Перелік скорочень

БПЛА ДПЛА	– –	безпілотний літальний апарат дистанційно пілотовані апарати
ЛА	–	літальний апарат
ІНС	–	інерціальна навігаційна система
СНС	–	супутникова навігаційна система
ЦФА	–	цифровий фотоапарат
РЛС	–	радіолокаційна станція
ШПО	–	широкопольний об’єктив
ТПВ	–	тепловізійна камера
ТК	–	телевізійна камера
БЦОМ	–	бортова цифрова обчислювальна машина
ЦКРМ	–	цифрова камера рельєфу місцевості
БК	–	блок комутації
СК	–	система координат
ППМ	–	проміжний пункт маршруту
ЄС ОрПР	–	єдина система організації повітряного руху
ЗШК	–	заданий шляховий кут
ЛБУ	–	лінійне бічне ухилення
ДП	–	додаткова поправка
ПНК	–	пілотажно навігаційний комплекс
БФІ	–	багатофункціональний індикатор
ВМ	–	виконавчий механізм
ДКШ	–	датчик кутової швидкості
БІНС	–	безпілотна інерціальна навігаційна система
СПС	–	система повітряних сигналів
ММ	–	магнітометр
СУП	–	система управління польотом
АПК	–	алгоритм перетворення координат
АП	–	автопілот
НАУ	–	наземна апаратура управління
РМ	–	рульова машинка
БАУ	–	бортова апаратура керування
АЛ	–	алгоритм літаководіння
ДТ	–	датчик температури
ДСТ	–	датчик статичного тиску
ДПТ	–	датчик повного тиску
АУЗ	–	апаратура управління та зв’язку
АЦП	–	аналогово-цифровий перетворювач

ВСТУП

Безпілотні літальні апарати (БПЛА) можуть бути застосовані для вирішення багатьох завдань, виконання яких пілотованими літальними апаратами в різних цілях недоцільно. У число таких завдань входить: моніторинг повітряного простору, земної і водної поверхонь, екологічний контроль, керування повітряним рухом, контроль судноплавства, розвиток систем зв'язку й ін. Інтерес до БПЛА викликаний їхньою економічністю при експлуатації, усуненням ризику для життя екіпажу, обмежень по експлуатаційних навантаженнях, визначених фізіологічними можливостями людини, можливістю вести спостереження з безлічі місць протягом короткого періоду часу. Особливістю застосування БПЛА є можливість безперервного спостереження поверхні й повітряного простору при великому видаленні об'єкта спостереження за допомогою різних датчиків. БПЛА можуть бути застосовані не тільки для зазначених вище цілей, але й для інших, наприклад, контролю державного кордону. Усе перераховане характеризує широке коло завдань, які досить ефективно й економічно можуть бути вирішені у випадку застосування БПЛА.

З 2012 року в Національному авіаційному університеті здійснюється державна програма побудови безпілотної транспортної системи «Україна 1». Тому актуальним є розробка сукупності методів підтримки основних функцій системи на розрахунковій основі, створення сукупності алгоритмів, що розширюють галузі застосування системи. В цьому напрямку однією із найбільш актуальних задач є задача створення алгоритма управління БПЛА. При цьому даний напрямок є напівекспериментальним, бо алгоритми мають проходити тестування в умовах реального польоту.

Об’єктом дослідження алгоритми управління БПЛА. Практична реалізація сучасних систем управління польотом як пілотованих, так і безпілотних ЛА, нині можлива на основі цифрової обчислювальної техніки. Тому у проведеній роботі велика увага приділена розробленню алгоритмів управління як неперервних, так і дискретних законів управління, які реалізуються у цифрових системах

Синтез алгоритмів роботи системи управління польотом БПЛА ґрунтується на математичній моделі БПЛА, розробка якої складається з побудови змістовної моделі, розробки алгоритму моделі та розробки програми моделі.

Предметом дослідження є система управління БПЛА. Система управління польотом БПЛА повинна забезпечити: точне виконання маршруту на встановленій висоті польоту (ешелоні), визначення навігаційних параметрів польоту, забезпечення виконання мети польоту, підліт БПЛА до місця посадки в заданий час. Система управління вирішує завдання стабілізації, тобто обробляє команди наведення і забезпечує стійкість руху шляхом вироблення команд керування РМ алгоритмом автопілоту. У випадку перевищення заданих значень (по кутах і кутових швидкостях) система управління видає команду стабілізації режиму горизонтального польоту. Основні функції системи управління польотом БПЛА в напівавтоматичному і автоматичному режимах виконує автопілот, який реалізує закони управління по каналах тангажа, курсу і крену.

Метою дипломної роботи є побудова ефективної системи управління БПЛА. Розроблена система управління дозволяє знизити вимоги до кваліфікації зовнішніх пілотів та значно здешевити експлуатацію БПЛА.

Побудова змістовної моделі включає:

− постановка задачі моделювання (дається чітке формулювання цілей та задач дослідження системи управління польотом БПЛА, обґрунтовується необхідність подальшого моделювання, обирається методика розв’язання задачі з урахуванням наявних програм для розрахунку аеродинамічних характеристик БПЛА та отримання його динамічних похідних;

− визначення вимог до вихідної інформації;

− висунення гіпотез і припущень;

− визначення параметрів і змінних моделі БПЛА (вхідних, вихідних і змінних управління, зовнішніх і внутрішніх параметрів системи управління);

− обґрунтування вибору показників і критеріїв ефективності системи.

Розробка алгоритму моделі системи включає:

• побудова логічної схеми алгоритму (створюється узагальнена схема моделюючого алгоритму, яка задає загальний порядок дій при моделюванні);

− отримання математичних співвідношень;

− перевірка достовірності алгоритму;

Розробка програми моделі системи включає:

− вибір обчислювальних засобів (обираються тип ЕОМ і мова програмування);

− проведення програмування;

− перевірка достовірності програми

Методи дослідження. В роботi викоpистaно мeтoди декомпозиції управління та комп’ютерне моделювання. Синтез алгоритмів роботи системи управління польотом БПЛА ґрунтується на математичній моделі БПЛА, розробка якої складається з побудови змістовної моделі, розробки алгоритму моделі та розробки програми моделі.

Наукова новизна заключається в розробці нових алгоритмів управління та опрацювання команд пілота БПЛА, що дало змогу покращити льотні характеристики.

Основні результати, значущість роботи, рекомендації щодо використання.

Отриманi результaти дипломнoї робoти полягaють y настyпному:

1) Синтезовані нелінійні алгоритми управління літальним апаратом для пілотажного і траєкторного рівня;

2) Проведені імітаційні випробування алгоритмів управління показали

високу надійність і точність регулювання;

3) Реалізовано взаємодію розробленої системи з авіасимулятором FlightGear.

Математична модель є універсальною і може бути налаштована на будь-який літальний апарат шляхом виставки відповідних коефіцієнтів і початкових умов. Розроблена математична модель може розглядатися як інструмент для дослідження динаміки жорстких літальних апаратів.

Пропозиції щодо мoжливого подальшого застосування: результати роботи можуть бути впроваджені при проектуванні безпілотних літаків в НАУ. Отриману систему можна використовувати в якості симулятора для відпрацювання навиків пілотування БПЛА. Таким чином, розроблена модель має широкий спектр можливостей для подальшого використання.

Основні положення і результати дипломної роботи апробовані та обговорювалися на ХV міжнародній науково-практичній конференції молодих учених і студентів «Політ. Сучасні проблеми науки» (Політ, 2015, НАУ, Київ);

Основні результати дипломної роботи опубліковані в матеріалах конференцій (Політ, 2015, НАУ, Київ).