📄Работа №211110
Тема: Программная реализация алгоритма ориентации и навигации для бесплатформенной инерциальной навигационной системы летательного аппарата
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Автоматика и управление
Объем:
141 листов
Год:
2017
Просмотров:
36
4900
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИМОВ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ 8
1.1 Анализ аппаратной части бесплатформенной инерциальной навигационной
системы 8
1.2 Описание систем координат и модели Земли 9
1.3 Алгоритмы ориентации и навигации 10
1.3.1 Навигационный алгоритм 11
1.3.2 Алгоритм ориентации в направляющих косинусах 16
1.3.3 Алгоритм ориентации в параметрах Родрига-Гамильтона 20
1.4 Особенности выходных сигналов блока чувствительных элементов 22
1.5 Алгоритм ориентации и навигации, использующий промежуточные
параметры ориентации 24
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ 26
2.1 Исследование алгоритмов численного интегрирования промежуточных
параметров ориентации 26
2.2 Моделирование алгоритма БИНС 31
3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ОРИЕНТАЦИИ И
НАВИГАЦИИ 35
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 37
4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 37
4.2 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ 39
4.3 Микроклимат рабочей зоны 39
4.4 Освещение рабочих мест 41
4.5 Меры защиты от поражения электрическим током 42
4.6 Пожарная безопасность 42
4.7 Организация рабочего места 44
4.8 Организация режима труда и отдыха пользователя 46
5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 47
5.1 Сетевое планирование 47
5.2 Построение сетевого графика 48
5.3 Расчет параметров событий сетевого графика 49
5.4 Расчет параметров работ сетевого графика 51
5.5 Расчет трудоемкости работ исполнителей 53
5.6 Определение затрат на выполнение работ 54
5.6.1 Материалы и комплектующие изделия 54
5.6.2 Основная зарплата исполнителей работ 55
5.6.3 Дополнительная зарплата исполнителей работ 55
5.6.4 Отчисления на социальные нужды и обеспечение 55
5.6.5 Расходы на электроэнергию 56
5.6.6 Накладные расходы 56
5.6.7 Смета затрат 56
5.7 Экономический эффект 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЕ А Алгоритмы численного интегрирования 60
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Алгоритм ориентации и навигации 78
ПРИЛОЖЕНИЕ В Листинг программы на языке Си 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Блок-схемы программы 96
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Листинг программы для построения графиков 114
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты моделирования алгоритма в прикладных программах и тестирования на бортовом вычислителе 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Сетевой график 123
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИМОВ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ 8
1.1 Анализ аппаратной части бесплатформенной инерциальной навигационной
системы 8
1.2 Описание систем координат и модели Земли 9
1.3 Алгоритмы ориентации и навигации 10
1.3.1 Навигационный алгоритм 11
1.3.2 Алгоритм ориентации в направляющих косинусах 16
1.3.3 Алгоритм ориентации в параметрах Родрига-Гамильтона 20
1.4 Особенности выходных сигналов блока чувствительных элементов 22
1.5 Алгоритм ориентации и навигации, использующий промежуточные
параметры ориентации 24
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ 26
2.1 Исследование алгоритмов численного интегрирования промежуточных
параметров ориентации 26
2.2 Моделирование алгоритма БИНС 31
3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ОРИЕНТАЦИИ И
НАВИГАЦИИ 35
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 37
4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 37
4.2 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ 39
4.3 Микроклимат рабочей зоны 39
4.4 Освещение рабочих мест 41
4.5 Меры защиты от поражения электрическим током 42
4.6 Пожарная безопасность 42
4.7 Организация рабочего места 44
4.8 Организация режима труда и отдыха пользователя 46
5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 47
5.1 Сетевое планирование 47
5.2 Построение сетевого графика 48
5.3 Расчет параметров событий сетевого графика 49
5.4 Расчет параметров работ сетевого графика 51
5.5 Расчет трудоемкости работ исполнителей 53
5.6 Определение затрат на выполнение работ 54
5.6.1 Материалы и комплектующие изделия 54
5.6.2 Основная зарплата исполнителей работ 55
5.6.3 Дополнительная зарплата исполнителей работ 55
5.6.4 Отчисления на социальные нужды и обеспечение 55
5.6.5 Расходы на электроэнергию 56
5.6.6 Накладные расходы 56
5.6.7 Смета затрат 56
5.7 Экономический эффект 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЕ А Алгоритмы численного интегрирования 60
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Алгоритм ориентации и навигации 78
ПРИЛОЖЕНИЕ В Листинг программы на языке Си 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Блок-схемы программы 96
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Листинг программы для построения графиков 114
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты моделирования алгоритма в прикладных программах и тестирования на бортовом вычислителе 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Сетевой график 123
📖 Аннотация
В данной работе представлена программная реализация алгоритма ориентации и навигации для бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) летательного аппарата в нормальной географической системе координат. Актуальность исследования обусловлена широким распространением БИНС, связанным с развитием микроэлектроники, и ключевой проблемой разработки оптимальных вычислительных алгоритмов для работы в режиме реального времени. Основным результатом является выбор и реализация алгоритма, основанного на параметрах Родрига-Гамильтона в качестве промежуточных кинематических параметров, что обеспечивает линейность уравнений, применимость для любых углов ориентации и снижение вычислительной нагрузки по сравнению с алгоритмом в направляющих косинусах. Программа написана на языке Си для микропроцессора 1892ВМ8Я в среде MC Studio, прошла моделирование и тестирование. Научная значимость заключается в анализе и сравнительной оценке кинематических алгоритмов с учетом особенностей интегрирующих лазерных гироскопов и свойства некоммутативности поворотов. Практическая ценность состоит в создании готового программного модуля для бортового вычислителя БИНС. Теоретической основой послужили труды таких авторов, как П.В. Бромберг, заложивший основы теории инерциальных систем, В.В. Матвеев и В.Я. Распопов, подробно осветившие принципы построения БИНС, а также Ю.Н. Челноков, исследовавший кватернионные методы в механике.
📖 Введение
В настоящее время в связи бурным развитием микроэлектроники процессорной техники всё более широкое распространение получают бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС). В БИНС блок чувствительных элементов жестко крепится к корпусу, задача определения навигационного базиса решается алгоритмически и реализуется математически в бортовом вычислителе. В связи с этим отличительной особенностью этих систем является большой объем вычислений, проводимых в режиме реального времени. Поэтому одной из проблем, возникающих при разработке БИНС, является построение оптимальных алгоритмов работы бортового вычислителя.
Цель выполнения дипломной работы: разработать программу, реализующую алгоритм ориентации и навигации для БИНС в нормальной географической системе координат (НГСК), на языке программирования Си.
Для разработки алгоритма ориентации и навигации БИНС должны быть последовательно решены следующие задачи:
- анализ и выбор алгоритма ориентации и навигации (рассматриваются алгоритмы в направляющих косинусах, параметрах Родрига-Гамильтона);
- моделирование алгоритма ориентации и навигации в пакете прикладных программ;
- написание и отладка программы на языке программирования Си в среде
разработки MC Studio для микропроцессора 1892ВМ8Я;
- тестирование программы на навигационном вычислителе.
Для решения вышеперечисленных задач делается обзор литературы отечественных авторов. В качестве основных книг по вопросам алгоритмов ориентации и навигации БИНС используются «Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем» В. В. Матвеева и «Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения» Ю. Н. Челнокова.
Цель выполнения дипломной работы: разработать программу, реализующую алгоритм ориентации и навигации для БИНС в нормальной географической системе координат (НГСК), на языке программирования Си.
Для разработки алгоритма ориентации и навигации БИНС должны быть последовательно решены следующие задачи:
- анализ и выбор алгоритма ориентации и навигации (рассматриваются алгоритмы в направляющих косинусах, параметрах Родрига-Гамильтона);
- моделирование алгоритма ориентации и навигации в пакете прикладных программ;
- написание и отладка программы на языке программирования Си в среде
разработки MC Studio для микропроцессора 1892ВМ8Я;
- тестирование программы на навигационном вычислителе.
Для решения вышеперечисленных задач делается обзор литературы отечественных авторов. В качестве основных книг по вопросам алгоритмов ориентации и навигации БИНС используются «Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем» В. В. Матвеева и «Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения» Ю. Н. Челнокова.
✅ Заключение
В ходе выполнения работы в качестве основных были рассмотрены алгоритмы ориентации и навигации в направляющих косинусах и в параметрах Родрига- Гамильтона. Достоинствами данных алгоритмов является то, что уравнения БИНС, записанные с помощью этих кинематических параметров, — линейны, определены для любых углов рыскания, тангажа и крена. Размерность системы кинематических дифференциальных уравнений ориентации в параметрах Родрига-Г амильтона существенно меньше (на пять единиц) размерности системы кинематических уравнений Пуассона, что делает ее более привлекательной как для аналитического изучения задачи определения ориентации объекта с помощью БИНС, так и для ее численного решения на борту движущегося объекта.
Лазерные гироскопы блока чувствительных элементов относятся к гироскопам интегрирующего типа и имеют следующие особенности: одинаковые показания могут быть сформированы блоком гироскопов БИНС при различных угловых движениях летательного аппарата, поэтому точное определение ориентации ЛА с использованием выходного сигнала этих гироскопов невозможно. Причиной данной методической погрешности определения ориентации объекта в трехмерном пространстве является свойство некоммутативности трехмерных поворотов.
Исходя из особенностей выходных данных БЧЭ был выбран алгоритм ориентации и навигации, использующий в качестве промежуточных параметров ориентации параметры Родрига-Гамильтона, имеющие минимальные
вычислительные затраты на реализацию, а в качестве конечных параметров - матрицу направляющих косинусов. Для устранения методической погрешности определения ориентации объекта в трехмерном пространстве были исследованы методы численного интегрирования системы дифференциальных кинематических уравнений, построенные с помощью метода последовательного приближения Пикара. Для нахождения промежуточных параметров был выбран наиболее подходящий по точности и объему вычислений метод численного интегрирования — алгоритм, реализующий второе приближение к методу средней скорости.
После выбора метода численного интегрирования был синтезирован и промоделирован в пакете прикладных программ алгоритм ориентации и навигации. При сравнении результатов моделирования синтезированного алгоритма с эталонными значениями выяснилось, что алгоритм определяет координаты месторасположения и составляющие относительной скорости с достаточной точностью. Ошибки вычисления этих величин по окончанию моделирования составили:
ДА = 8.6517999 • 10-6 °; Дф = 3.4585763e • 10-3 °; ДЯ = 80.304234 м;
LVXg = 1.63028 • 10-2 м/с; ДУу = 0.80457 м/с; ДУ2 = 1.50639 • 10-2м/с.
Была разработана программа на языке Си, реализующая синтезированный алгоритм БИНС, для бортового вычислителя на базе сигнального микропроцессора 1892ВМ8Я. По результатам тестирования выяснилось, что ошибки по Л, ф, V^, Я, V , ^, О, у не превышают цены младшего разряда.
Ошибки по VYg, незначительно превышают цены младшего разрядов, что может быть вызвано отличием реализации вычисления тригонометрических функций, используемых библиотеками в пакете прикладных программ и в среде разработки MC Studio для микропроцессора 1892ВМ8Я. Также причиной может быть рассинхронизация временых шкал, формируемых в вычислителе и при моделировании. Таким образом, проведенные исследования доказали работоспособность синтезированного алгоритма ориентации и навигации.
В разделе БЖД были проанализированы опасные и вредные производственные факторы, воздействующие на оператора ПЭВМ. Указаны рекомендации по организации режима работы на ПЭВМ, рассмотрены меры по обеспечению эргономичности и безопасности рабочего места оператора.
В организационно-экономическом разделе было рассмотрено сетевое
планирование НИР, оценены затраты на проведение работ, обоснован экономический эффект от разработки алгоритма ориентации и навигации.
Лазерные гироскопы блока чувствительных элементов относятся к гироскопам интегрирующего типа и имеют следующие особенности: одинаковые показания могут быть сформированы блоком гироскопов БИНС при различных угловых движениях летательного аппарата, поэтому точное определение ориентации ЛА с использованием выходного сигнала этих гироскопов невозможно. Причиной данной методической погрешности определения ориентации объекта в трехмерном пространстве является свойство некоммутативности трехмерных поворотов.
Исходя из особенностей выходных данных БЧЭ был выбран алгоритм ориентации и навигации, использующий в качестве промежуточных параметров ориентации параметры Родрига-Гамильтона, имеющие минимальные
вычислительные затраты на реализацию, а в качестве конечных параметров - матрицу направляющих косинусов. Для устранения методической погрешности определения ориентации объекта в трехмерном пространстве были исследованы методы численного интегрирования системы дифференциальных кинематических уравнений, построенные с помощью метода последовательного приближения Пикара. Для нахождения промежуточных параметров был выбран наиболее подходящий по точности и объему вычислений метод численного интегрирования — алгоритм, реализующий второе приближение к методу средней скорости.
После выбора метода численного интегрирования был синтезирован и промоделирован в пакете прикладных программ алгоритм ориентации и навигации. При сравнении результатов моделирования синтезированного алгоритма с эталонными значениями выяснилось, что алгоритм определяет координаты месторасположения и составляющие относительной скорости с достаточной точностью. Ошибки вычисления этих величин по окончанию моделирования составили:
ДА = 8.6517999 • 10-6 °; Дф = 3.4585763e • 10-3 °; ДЯ = 80.304234 м;
LVXg = 1.63028 • 10-2 м/с; ДУу = 0.80457 м/с; ДУ2 = 1.50639 • 10-2м/с.
Была разработана программа на языке Си, реализующая синтезированный алгоритм БИНС, для бортового вычислителя на базе сигнального микропроцессора 1892ВМ8Я. По результатам тестирования выяснилось, что ошибки по Л, ф, V^, Я, V , ^, О, у не превышают цены младшего разряда.
Ошибки по VYg, незначительно превышают цены младшего разрядов, что может быть вызвано отличием реализации вычисления тригонометрических функций, используемых библиотеками в пакете прикладных программ и в среде разработки MC Studio для микропроцессора 1892ВМ8Я. Также причиной может быть рассинхронизация временых шкал, формируемых в вычислителе и при моделировании. Таким образом, проведенные исследования доказали работоспособность синтезированного алгоритма ориентации и навигации.
В разделе БЖД были проанализированы опасные и вредные производственные факторы, воздействующие на оператора ПЭВМ. Указаны рекомендации по организации режима работы на ПЭВМ, рассмотрены меры по обеспечению эргономичности и безопасности рабочего места оператора.
В организационно-экономическом разделе было рассмотрено сетевое
планирование НИР, оценены затраты на проведение работ, обоснован экономический эффект от разработки алгоритма ориентации и навигации.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.