Способ полунатурных роботизированных исследований и испытаний систем управления беспилотных воздушных судов вертикального взлета и посадки (бвс ввп)

Изобретение относится к способу полунатурных роботизированных испытаний систем управления беспилотных воздушных судов вертикального взлета и посадки (БВС ВВП). Для испытаний систем управления БВС ВВП выполняют полунатурное тестирование всей системы его автоматического управления (САУ), заключающийся в формировании линейных и угловых перемещений БВС ВВП на режимах вертикального взлета, посадки и висения с ограниченными линейными перемещениями, которые имитируются с помощью шестистепенного роботизированного манипулятора. При этом функционирование бортовой САУ происходит на основании информации, получаемой с помощью штатной системы измерения, а команды, формируемые САУ, и данные о реализации этих команд приводами передаются на моделирующий стенд, формирующий команды управления перемещением узла крепления роботизированного манипулятора по отношению к БВС ВВП. Обеспечивается повышение качества полунатурных испытаний БВС ВВП. 2 ил.

 

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для исследований и испытаний систем управления беспилотных воздушных судов вертикального взлета и посадки (БВС ВВП), в том числе – в составе беспилотной авиационной системы (БАС).

Из уровня техники известен способ проведения полунатурных испытаний систем автоматического управления летательных аппаратов [1], заключающийся в использовании трехстепенного динамического стенда для установки штатной аппаратуры радиолокационного визира. Трехстепенной динамический стенд предназначен для воспроизведения угловых разворотов радиолокационного визира, имитирующих развороты БВС в процессе полета, выполнен в виде опорно-поворотного механизма, оснащенного электродвигателями углового разворота опорной платформы в трех плоскостях (по углам азимута, крена и тангажа).

Недостатком этого способа является ограниченность использования в составе стенда реального оборудования БАС, так как все остальные элементы системы управления в предлагаемой концепции полунатурного моделирования заменяются имитаторами.

Известен способ полунатурных испытаний систем управления сближением и стыковкой летательных аппаратов, в основу которого заложена имитация пространственного перемещения испытываемых ЛА (летательных аппаратов) с помощью шестистепенного роботизированного манипулятора [2,3]. Способ реализуется за счет использования компьютерного моделирования динамики перемещения сближаемых ЛА, двух роботизированных манипуляторов, обеспечивающего относительное перемещение макетов ЛА, и реального оборудования стыковки, которые реализуют физический контакт ЛА с воспроизведением соответствующих сил и моментов.

Недостатком данного способа испытаний летательных аппаратов является использование в составе стенда полунатурного моделирования из числа реального оборудования ЛА только элементы системы стыковки и захвата.

Известен способ проведения полунатурных испытаний беспилотного летательного аппарата самолетного типа, в основу которого заложено использование шестистепенной платформы Гью-Стьюарта для включения информации об углах крена и тангажа, получаемых с помощью бортовой инерциально-навигационной системы, в контур автоматического управления БВС за счет соответствующего наклона платформы [4]. При этом предполагается возможность использования в контуре управления штатных элементов, таких как наземный пункт управления и автопилот, тогда как моделирование динамики полета и имитация сигналов информационно-измерительной системы, за исключением углов крена и тангажа, производится с помощью компьютера.

Недостатком данного способа испытаний летательных аппаратов является использование платформы только для имитации углов крена и тангажа и ограниченный диапазон располагаемых изменений этих углов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится способ проведения отработки систем управления беспилотного летательного аппарата с использованием комплекса полунатурного моделирования беспилотного летательного аппарата типа мультикоптер [5].

Достоинством данного метода полунатурного моделирования является обеспечение осуществляющих подыгрыш внешних физических воздействий (динамического подобия движения) с помощью шестистепенной платформы Гью-Стьюарта. По сравнению с рассмотренным выше способом, в данном случае расширен диапазон физических воздействий, которые может воспринимать штатная система бортовых измерений в составе автоматической системы управления.

Недостатком данного способа является то, что в предложенной реализации имеются существенные ограничения углового положения платформы, а также не предусмотрена возможность испытаний БЛА ВВП с работающей силовой установкой.

В результате принимаются значительные допущения относительно математической модели летательного аппарата и элементов системы управления.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении качества полунатурных испытаний БВС ВВП вертолетного типа за счет воспроизведения на втулке несущего винта сил и моментов, соответствующих фактическим значениям, реализуемым при типовых режимах полета, и, тем самым, имитации динамики полета и условий работы всего контура автоматического управления БЛА. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что роботизированный манипулятор перемещается по траектории, соответствующей моделируемому движению БЛА ВВП, тем самым замыкая контур управления с реальными системами измерения углового и пространственного положения, бортовым вычислителем, приводами и, в конечном счете, органами управления.

Основной идеей предлагаемого изобретения является то, что снижение трудоемкости испытаний и обеспечение безопасности первого вылета БВС ВВП достигается в результате воспроизведения с помощью моделирующего стенда и роботизированного манипулятора в реальном масштабе времени пространственного движения БВС ВВП с учетом:

- функционирования реальных средств измерения пространственного и углового положения БВС в качестве источников информации для работы САУ(система автоматического управления полетом);

- функционирования реальной БЦВМ (бортовая цифровая вычислительная машина) для реализации алгоритмов САУ;

- функционирования реальных приводов.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Выполняется полунатурное испытание БВС ВВП за счет включения в контур управления БВС реальных средств измерения углового положения и линейных ускорений, БЦВМ, реализующей тестируемый алгоритм автоматического управления БВС, а также приводов (исполнительных механизмов) системы управления.

Испытываемый экземпляр БВС закрепляется на роботизированном манипуляторе, обеспечивающем линейные и угловые перемещения БВС (см. чертеж 1).

Для БВС вертолетного типа предлагается использовать узел крепления к фланцу манипулятора, повторяющий способ креплнения втулки к валу несущего винта, тем самым прикладываемые спомощью манипулятора силы и моменты будут имитировать реальные силы и моменты, создаваемые несущим винтом.

Заданный режим полета передается с наземного пункта управления на БВС в соответствии с реальной схемой управления данным БВС.

Информация, получаемая с помощью штатной бортовой системой измерения углового положения и линейных перемещений, передается по каналу радиосвязи (или с помощью имитатора канала радиосвязи) на наземную станцию управления и используется для формирования входных сигналов для функционирования штатной бортовой САУ.

Для аппаратуры, функционирование которой ограничено вследствие размещения испытательного стенда внутри помещения (например, GPS, компас), используются имитаторы, формирующие соответствующие сигналы на основе моделирования динамики движения БВС.

На основании сравнения заданных и измеренных значений углового положения и линейных перемещений БВС, поступающих на вход САУ, формируются команды управления в соответствии с реальными алгоритмами функционирования САУ.

Выходные (командые) сигналы САУ, поступающие на вход исполнительных элементов системы управления и информация о перемещении приводов передается на моделирующий стенд (см. чертеж 2).

На моделирующем стенде реализуется математическая модель динамики полета исследуемого БВС, включающая в себя математические модели расчета сил и моментов, действующих на БВС, и математическую модель углового и пространственного движения БВС, обеспечивающую расчет перемещения и ориентации участка конструкции БВС в точке расположения узла крепления к роботизированному манипулятору.

С помощью обратной модели динамики и кинематики роботизированного манипулятора формируются команды управления манипулятором, обеспечивающие перемещение БВС в соответствии с результатом моделирования динамики полета.

Предлагаемый способ испытаний позволяет провести полунатурные испытания системы автоматического управления БВС ВВП с работающими в контуре управления датчиками системы измерения ориентации и перемещения БВС, БЦВМ с реально функционирующими алгоритмами САУ и приводами.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Патент RU 2629709C2 Устройство полунатурного моделирования системы управления беспилотным летательным аппаратом, 2017г.,

2. Ou Ma - Use of industrial robots for hardware-in-the-loop simulation of satellite rendezvous and docking, 2012,

3. T. Boge - EPOS−A Robotics-Based Hardware-in-the-Loop Simulator for Simulating Satellite RvD Operations, 2010,

4. Stephan Schulz et al - Hardware-in-the-loop Testbed for Autopilot Development using Flight Simulation and Parallel Kinematics (2020),

5. Гоголев А.А. - Полунатурное моделирование беспилотных летательных аппаратов типа мультикоптер (Труды МАИ № 92).

Способ полунатурных роботизированных испытаний систем управления беспилотных воздушных судов вертикального взлета и посадки (БВС ВВП), заключающийся в том, что с целью обеспечения безопасности и сокращения сроков летных испытаний выполняется полунатурное тестирование всей системы автоматического управления БВС ВВП путем формирования линейных и угловых перемещений БВС, имитирующих реальную динамику полета БВС на режимах вертикального взлета, посадки и висения с ограниченными линейными перемещениями, с помощью шестистепенного роботизированного манипулятора, при этом функционирование бортовой САУ происходит на основании информации о фактических угловых и линейных перемещениях БВС, получаемой с помощью штатной системы измерения, а команды, формируемые САУ, и данные о реализации этих команд приводами передаются на моделирующий стенд, обеспечивающий расчет динамики и кинематики перемещений БВС и формирующий команды управления перемещением узла крепления роботизированного манипулятора к испытываемому БВС, что позволяет обеспечить получение достоверной информации о пригодности предлагаемых архитектуры и настройки САУ в составе БВС для безопасного выполнения полета, а также проведение исследований и отладки новых решений в части алгоритмов и аппаратной реализации БВС ВВП, в том числе – для случаев выполнения посадки на подвижную платформу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тренажеростроению и может быть использовано для обучения и тренировки летного и инженерно-технического состава. Процедурный авиационный тренажер съемного авиационного вооружения состоит из блоков имитации прицельной марки, имитации средств отображения информации, имитации органов управления, системы объективного контроля, имитации функционирования съемной подвижной пушечной установки, имитации функционирования авиационного пускового устройства и ручки управления самолетом, размещенные на Г-образной стойке.

Изобретение относится к учебным моделям для обучения управлению воздушными транспортными средствами, в частности к способам и устройствам для полунатурного моделирования систем управления (СУ) с головками самонаведения (ГСН) воздушных и космических летательных аппаратов (ЛА), проверки работоспособности и управляемости ГСН ЛА.

Установка для демонстрации микромеханического авиагоризонта содержит трёхканальный комбинированный блок микромеханических гироскопов и акселерометров, расположенный на платформе в кардановом подвесе, датчики углов крена и тангажа, двигатели крена и тангажа, дисплей, задатчик типа параметров ориентации, задатчики типа индикации и углов крена и тангажа, два преобразователя сигналов, два преобразователя аналог-код, микроконтроллер, персональный компьютер, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к области авиационной техники и предназначено для использования в учебных и исследовательских целях. Пилотажный стенд маневренного самолета с электромеханическим ограничителем предельных режимов содержит последовательно соединенные блок командных рычагов управления, блок датчиков положения командных рычагов управления, блок пространственного движения самолета, блок визуализации пространственного движения самолета, систему визуализации пространственного движения самолета, последовательно соединенные блок задания начальных условий, блок динамики силовой установки, взаимодействующие с блоком пространственного движения самолета.

Изобретение относится к тренажеростроению и может быть использовано для обучения и тренировки летного и инженерно-технического состава. Авиационный тренажер состоит из блоков имитации прицельной марки, имитации средств отображения информации, имитации органов управления, системы объективного контроля, имитации функционирования съемной подвижной пушечной установкой, имитации агрегата подвески с линиями связи и ручки управления самолетом.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к зеркальным коллимационным устройствам отображения объектов. По первому варианту устройство для проецирования изображений в коллимационном потоке содержит источник изображения и вогнутое сферическое зеркало.

Изобретение относится к способу оценки инженерно-психологического подобия объектов управления. Для оценки подобия объектов производят регистрацию и анализ характеристик перемещений рычагов управления на целевом летательном аппарате (ЛА), для которого достигается подобие управления, и на оцениваемом объекте управления выполняют тестовый маневр на целевом ЛА с одновременной регистрацией перемещений рычагов управления на автономный карманный регистратор, затем тот же летчик выполняет тот же тестовый маневр на оцениваемом объекте управления, производят сравнение профилей распределения действий летчика на целевом и оцениваемом объектах управления определенным образом, принимается решение об инженерно-психологическом подобии сравниваемых объектов.

Изобретение относится к тренажеростроению и может быть использовано для обучения и тренировки летного и инженерно-технического состава. Авиационный тренажер содержит блоков имитации прицельной марки, имитации средств отображения информации, имитации органов управления, системы объективного контроля, имитации функционирования съемной подвижной пушечной установкой, имитации системы управления авиационным пусковым устройством, имитации стрельбы, проверок цепей стрельбы, распознавания типов неуправляемых авиационных ракет и ручки управления самолетом, размещенные на Г-образной стойке, жестко закрепленной на основании.

Изобретение относится к способу моделирования динамики полета летательного аппарата на пилотажном стенде. Для моделирования динамики полета при изменении оператором положения рычагов управления передают информацию об изменении положения этих рычагов в блок-вычислитель динамики движения летательного аппарата, рассчитывают в блоке-вычислителе параметры движения летательного аппарата, в том числе перегрузки, и осуществляют визуализацию на основе этих параметров приборов и внекабинной обстановки, моделируют физиологическую реакцию на перегрузки и корректируют поступающую в этот блок информацию о положении рычагов управления в зависимости от рассчитанной перегрузки в блоке-вычислителе динамики движения летательного аппарата.

Группа изобретений относится к космической промышленности. Устройство для разработки и/или испытания полезной нагрузки для спутника содержит интерфейс полезной нагрузки, соединенный с полезной нагрузкой, и линию связи, соединяющую устройство с компьютером.

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к конструкциям аэродинамических моделей (АДМ) летальных аппаратов (ЛА), предназначенных для испытаний в аэродинамических трубах (АДТ). Способ исследования и оптимизации компоновки ЛА, заключается в том, что исследования в АДТ проводятся пошагово, с корректировкой модулей, образующих внешний обвод ЛА.
Наверх