Разработка закона управления полётом беспилотного летательного аппарата на максимальную дальность

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ОБЗОР МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ БЛА
1.1 Принцип оптимальности в задачах управления
1.1.1 Принцип оптимальности 10
1.1.2 Постановка задачи оптимального управления 11
1.1.3 Принцип максимума Понтрягина 12
1.2 Некоторые методы решения задач оптимального управления 14
1.2.1 Основные группы методов 14
1.2.2 Метод последовательных приближений 15
1.2.3 Метод локальных вариаций 17
1.2.4 Метод Хука-Дживса 18
1.2.5 Интеллектуальные методы моделирования 22
Выводы по первой главе 24
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТЫ
2.1 Построение математической модели БЛА
2.1.1 Описание объекта управления 25
2.1.2 Основные положения и допущения динамики полета БЛА 26
2.1.3 Аэродинамические силы и их моменты 26
2.1.4 Понятие перегрузки 31
2.2 Уравнения движения БЛА в вертикальной плоскости 32
2.3 Разработка алгоритма управления полетом БЛА
2.3.1 Постановка задачи 33
2.3.2 Алгоритм расчёта 34
Выводы по второй главе 37
3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Разработка программы, реализующей закон управления полетом БЛА
на максимальную дальность 38
3.2 Результаты вычисления коэффициентов управления методом Хука-
Дживса 41
3.3 Результаты вычисления коэффициентов управления генетическим алгоритмом 42
3.4 Результаты моделирования полета БЛА на максимальную дальность . 42
Выводы по третьей главе 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Описание систем координат (справочное) 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Взаимная ориентация систем координат (справочное) 52
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Метод Рунге-Кутты 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результаты вычисления коэффициентов управления методом Хука-Дживса 55
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Результаты вычисления коэффициентов управления с помощью генетического алгоритма 56
Купить

Одной из задач, традиционно решаемых при разработке беспилотных летательных аппаратов (БЛА), является задача определения максимальной дальности полёта при заданных аэродинамических характеристиках БЛА и параметрах запуска. Решение этой задачи выполняется с использованием теории оптимального управления, а именно, наиболее общего принципа этой теории - принципа максимума Понтрягина. На этом принципе основано множество методов.
Задача оптимального управления полетом БЛА, решение которой обеспечит максимальную точность, либо минимум затрат энергии на выполнение задачи управления, либо максимальную дальность, является актуальной и требует индивидуального подхода к решению. Поэтому помимо знания классических методов решения задачи оптимизации таких, как метод последовательных приближений, метод локальных вариаций и др., необходимы знания современных методов математического моделирования, работающих в условиях неточности и неопределенности исходных данных. Эта группа методов носит название интеллектуальные методы математического моделирования и включает в себя нечеткие алгоритмы, нейронные сети и генетические алгоритмы. Данные методы не отличаются простотой реализации, но зачастую позволяют решать задачи в условиях, когда традиционные методы оказываются непригодны.
Задача разработки закона управления полетом БЛА на максимальную дальность не является новой, но часто требует быстрого нахождения решения для экспресс анализа возможностей БЛА. В связи с чем, постоянно ищутся новые подходы к решению этой задачи. Например, при отыскании наилучших коэффициентов для алгоритма управления.
В настоящей дипломной работе будет предпринята попытка применить один из интеллектуальных методов для решения задачи поиска коэффициентов в алгоритме управления для тех начальных условий, для которых классический метод не позволит отыскать решение.
Цель дипломного проекта - разработка закона управления полетом БЛА в вертикальной плоскости на максимальную дальность.
Задачи дипломного проекта:
1. Изучить принципы оптимального управления, познакомиться с основными группами методов решения задач и выбрать метод для решения задачи дипломного проекта.
2. Выполнить описание объекта управления по данным из открытых источников, сформулировать основные положения и допущения динамики полета БЛА.
3. Изучить уравнения движения БЛА в вертикальной плоскости и разработать алгоритм управления.
4. Разработать программу, реализующую закон управления полетом БЛА на максимальную дальность.
5. Выполнить вычисление коэффициентов в алгоритме управления при различных исходных данных.
6. Выполнить моделирование движения БЛА в вертикальной плоскости при полете на максимальную дальность.
7. Сделать выводы о проделанной работе и дать рекомендации о возможности дальнейшего применения алгоритма.
В первой главе дипломного проекта приведен обзор методов решения задачи оптимального управления БЛА. Приведено краткое описание основных классических методов, а также основные принципы работы методов интеллектуального математического моделирования.
Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию дипломной работы. Выбран объект управления, приведено описание его характеристик, необходимых для решения поставленных задач. Сформулированы основные положения допущения при решения поставленных задач. Описаны аэродинамические силы и моменты, обеспечивающие полет БЛА. Приведены уравнения движения в вертикальной плоскости и разработан алгоритм управления для полета БЛА на максимальную дальность.
Практические результаты дипломной работы изложены в третьей главе. А именно, разработана программа, реализующая закон управления полетом БЛА на максимальную дальность и приведены результаты вычисления коэффициентов алгоритма управления методом Хука-Дживса и генетическим алгоритмом. Представлены результаты моделирования полета БЛА в вертикальной плоскости с разных высот на максимальную дальность, а также дополнительно исследовано влияние ограничения на минимальную скорость при решении задач достижения максимальной дальности.
В заключении к дипломной работе приведены основные результаты и выводы, а также даны рекомендации о возможности дальнейшего применения разработанного алгоритма.

Купить