Общая характеристика процесса управления

Рассмотрим класс ЛА с аэродинамическими средствами управления (самолет, вертолет, дирижабль, крылатая ракета и др.).

Цель управления полетом самолета заключается в обеспечении успешного выполнения операции в целом, а, следовательно, и всех её этапов в отдельности. Выделим общие этапы полета:

- взлет;

- набор высоты с разгоном (H→ var, V→var);

- крейсерский полет (полет по заданному маршруту);

- смена высоты крейсерского полета с сохранением скорости (H → var, V=const);

- разгон и торможение на постоянной высоте (V→var, H=const);

- снижение с торможением (H → var, V→var);

- заход на посадку;

- захват глиссады посадки, полет по глиссаде и приземление.

Обозначенные этапы полета могут комбинироваться. Цель летной операции достигается с помощью соответствующего управления движением. Движение ЛА как твердого тела характеризуется шестью степенями свободы – тремя поступательными и тремя вращательными (три координаты центра масс и три угловые координаты: рысканье, тангаж, крен). В общем случае учитывают и скорости их изменения. В совокупности эти 12 параметров называются фазовыми координатами. Фазовые координаты должны изменяться по соответствующим законам.

Управление полетом может быть ручным (штурвальным), полуавтоматическим и автоматическим.

Задачи управления обычно разделяют на триуровня:

1.) обеспечение требуемой устойчивости и управляемости,

2.) стабилизация тех или иных фазовыхкоординат,

3.) управлениетраекторией полета или совершениеманевров.

Наиболее ответственным представляется третийуровень (хотя его выполнение без первого уровня невозможно). Решение этих задач осуществляется с помощью соответствующих замкнутых контуровуправления.

Контур устойчивости и управляемости

Под устойчивостью ЛА понимается его способность сохранять режим движения после воздействия различных возмущений.

Управляемость определяется качеством реакции ЛА на действияуправляющих органов.

Для режимов ручного и полуавтоматическогоуправления характерно присутствие в замкнутом контуре оператора (пилота) и ЛА как объекта управления.

Полуавтоматические системы управления применяются в тех случаях, когда участие оператора обеспечивает б҆҆о҆льшую точность и б҆о҆льшую безопасность, чем в случае использования автоматической системы. На рисунке показана функциональная схема полуавтоматической системы.

 

Оптимальное взаимодействие о ператора и ЛА возможно в том случае, если ЛА сконструирован с учетом возможностей оператора, а оператор хорошо знает динамические характеристики ЛА. Для реализации управляющих команд оператора (усилий на рычагах управления) необходим механизмдозировкиуправлений, позволяющий произвести требуемые отклонения рычагов управления (кинестетическая обратная связь). Хорошие динамическиекачества в системе при ручномуправлении могут быть обеспечены при вполне определенных характеристиках устойчивости и управляемостиЛА. Показатели собственнойустойчивости и управляемости ЛА регламентируются такими требованиями как:

- наиболее полное использование маневренных возможностей ЛА,

- простота управления,

- минимальнаявероятность выхода на недопустимыережимы полета.

Улучшение показателей устойчивости и управляемостипомогаютпилот у в решении поставленных задач при ручном и полуавтоматическом управлении. Здесь уместно упомянуть о компромиссе при выборе требуемых характеристик по устойчивости и управляемостиЛА.

Контур стабилизации

Процесс управления полетом ЛА включает отдельныетиповыефазы, которые в большинстве случаев сводятся к поддержанию заданного значения фазовых координат. Например, на этапе крейсерского полета скорость должна быть постоянной, угол тангажа равен балансировочному углу атаки, а угол рыскания определяется заданным курсом. Заход на посадку производится по траектории, состоящей из прямолинейных участков при постоянной скорости и т. д.

Большинство типовых этапов представляют собой комбинациидвух или более режимов стабилизации таких фазовых координат как: углы курса, крена, тангажа, высота полета, вертикальная скорость, истинная (индикаторная) скорость или число Маха М. Некоторые параметры могут стабилизироваться в двухвариантахуправления, например, курс – с помощью руля направления или элеронов; скорость – с помощью двигателя или руля высоты.

В режиме стабилизации операциипилота сводятся к поддержанию заданного значения стабилизируемого параметра с помощью приборов (авиагоризонта, высотомера, указателя скорости и числа М, указателя курса и др.). Стабилизируя режим полета по приборам, пилот становится звеном замкнутого контура управления,входной величиной которого является рассогласование заданного и текущего значений стабилизируемой координаты, а выходной – усилие на рычагах управления или его перемещение.

Длительный процесс стабилизации утомителен для пилота, поэтому на борту ЛА используют два автомата стабилизации – автопилот (САУ угловым положением и высотой) и автомат тяги (САУ скоростью путем изменения тяги двигателей).