Другие журналы
Сетевое издание Аэрокосмический научный журнал

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл. № ФС 77-61858. ISSN 2413-0982

Оптимальное управление маневрами гиперзвукового планирования на основе принципа максимума Понтрягина

Аэрокосмический научный журнал # 05, сентябрь 2015
DOI: 10.7463/aersp.0515.0821077
Файл статьи: Aersp_Sep2015_026to037.pdf (1470.86Кб)
автор: Мельников А. Ю.1,*

УДК 629.7.015.07

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Цель работы – синтез простой аналитической формулы оптимального угла крена гиперзвуковых планирующих аппаратов для условий пассивного квази-горизонтального полёта, допускающей реализацию в бортовых алгоритмах управления.
Введение содержит обоснование актуальности, формулировку основных задач управления, историю исследований по указанной теме. Выявлен общий недостаток методов решения других авторов - проблема практической реализации в бортовых алгоритмах управления. Систематизированы аналогичные задачи оптимизации полёта в атмосфере по типу манёвра, управляющим параметрам и ограничениям.
В постановке задачи планер стартует горизонтально с суборбитальной скоростью, пассивно планирует в статичной Атмосфере по сферической поверхности постоянного радиуса  в центральном поле тяготения.
Заданы уравнения движения в инерциальной сферической системе координат, ограничения на угол крена и критерии оптимизации в конце полёта:
максимум скорости или азимута и минимум расстояния до заданных геоцентрических точек.
Решение:
   1) преобразована система уравнений движения путем замены аргумента времени на другой независимый аргумент – равновесную нормальную перегрузку. Получены Гамильтониан и уравнения сопряженных параметров. Снижено количество ведущих уравнений и сопряженного вектора.
   2) сопряженные параметры выражены формулами через текущие параметры движения. Формулы доказаны путем дифференцирования и подстановки в уравнения движения.
   3) получена Формула оптимального управления углом крена по условию максимума. После подстановки формул сопряженных параметров, введения констант и тригонометрических преобразований получена Формула угла крена как функций текущих параметров движения.
Угол крена выражен через отношение синуса широты к косинусу наклонения суборбиты с поправкой на скорость.
На сферической схеме представлена геометрическая иллюстрация траектории и управляющих параметров.
В заключении указана суть и новизна решения, описана модель полёта, в которой были проведены численные испытания формулы, сделан вывод о ее правомерности и возможности практической реализации в бортовых алгоритмах управления гиперзвуковыми планирующими аппаратами.

Список литературы
  1. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.В. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Физматгиз, 1976. 322 c..
  2. Зенгер Е. Техника ракетного полета. Пер. с нем. М.: Оборонгиз, 1947. 300 с.
  3. Пашинцев В. Т. Приближенное оптимальное управление углом крена в задаче возвращения гиперзвуковых летательных аппаратов // Ученые записки ЦАГИ. Вып. 4, том 3, 1972. С. 136-144.
  4. Шкадов Л.М., Буханова Р.С., Илларионов В.Ф., Плохих В.П. Механика оптимального пространственного движения летательных аппаратов в атмосфере. М.: Машиностроение, 1972. 342 c.
  5. Butt W. A., Yan L., Kendrick A. S. Adaptive dynamic surface control of a hypersonic flight vehicle with improved tracking // Asian Journal of Control, 2013. vol. 15, № 2, P. 594–605. DOI:10.1002/asjc.450
  6. Xu B., Yangand C., Pan Y. Global Neural Dynamic Surface Tracking Control of Strict-Feedback Systems With Application to Hypersonic Flight Vehicle // IEEE transactions on neural. Networks and learning systems. 2015. Vol. 26, no. 10. P.2563-2575. DOI:10.1109/TNNLS.2015.2456972
  7. Xu B., Shi Z. An overview on flight dynamics and control approaches for hypersonic vehicles // Science China Information Sciences. 2015. vol. 58. no. 7, P. 1–19. DOI: 10.1007/s11432-014-5273-7
  8. Xu B. Robust adaptive neural control of flexible hypersonic flight vehicle with dead-zone input nonlinearity // Nonlinear Dynamics. 2015. vol. 80. iss. 3. P. 1509–1520.
  9. Бетанов В.В., Доронин Д.В., Захаров С.Е. Алгоритм оперативного прогноза траектории движения спускаемого аппарата, совершающего планирующий полёт во вращающейся атмосфере // Космические исследования. 1999. № 4. С. 365-373.
  10. Лазарев Ю.Н. Управление траекториями аэрокосмических аппаратов. Самара: Самар. науч. центр РАН, 2007, 274 c.
  11. Соколов Н. Л. Приближенный аналитический метод расчета пространственных маневров космического аппарата в атмосфере // Космические исследования. 1988. Т. 26. Вып. 2. С. 209.
  12. Корянов В. В., Казаковцев В. П. Методы расчета параметров движения спускаемых аппаратов // Естественные и технические науки. 2014. № 9-10. С. 179-184.
  13. Корянов В. В., Казаковцев В. П. Анализ влияния ветра на динамику углового движения спускаемого аппарата с надувным тормозным устройством на конечном участке траектории // Естественные и технические науки. 2014. № 11-12. C. 243-246.
  14. Лысенко Л. Н., Шам Н.Ч. Анализ применимости существующих компьютерных технологий для автоматизации синтеза нечеткого управления движением легкого дистанционно пилотируемого летательного аппарата в сложных метеорологических условиях // Научный вестник МГТУ ГА. 2014. № 200(2). С. 118-125.
  15. Милютин, А.А. Дмитрук А.В., Осмоловский Н.П. Принцип максимума в оптимальном управлении. М.: Изд-во ЦПИ при механико-математическом факультете МГУ, 2004. 167 с.
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Аэрокосмический научный журнал» Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)