English version
ISSN 1817-2172, рег. Эл. № ФС77-39410, ВАК

Дифференциальные Уравнения
и
Процессы Управления

О журнале История Журнала Издатель Адреса Тематика Редакторский состав Рецензирование Для авторов Издательская этика Коллекция номеров English version

Устойчивость вынужденных колебаний в пилотируемых системах летательных аппаратов

Автор(ы):

Юлия Сергеевна Зайцева

Университет ИТМО
Россия, 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр. 49

juliazaytsev@gmail.com

Леонид Сергеевич Чечурин

Лаппеенрантский технологический университет
Финляндия, 53850, Лаппеэнранта, Юлиопистонкату 34

leonid.chechurin@lut.fi

Аннотация:

В статье рассматриваются колебательные режимы неавтономной системы управления полетом. Исследуется явление раскачки самолета летчиком при наличии в системе нелинейностей типа "насыщение" и люфт, в условиях активного управления и существенной величины временн\'ого запаздывания. Устанавливаются условия возникновения автоколебаний, с помощью метода гармонической стационаризации исследуется робастность вынужденных колебаний в первом гармоническом приближении на классе амплитуд и частот задающего воздействия.

Ключевые слова

Ссылки:

  1. Anderson M. R., Schmidt D. K. Closed-Loop Pilot Vehicle Analysis of the Approach and Landing Task // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1987. Vol. 10, no. 2. P. 187–194.
  2. Hess R. A. Analysis of aircraft attitude control systems prone to pilot-induced oscillations // J. of Guidance, Control, and Dynamics. 1984. Vol. 7, no. 1. P. 106 – 112.
  3. Ефремов А. В., Оглоблин А. В., Предтеченский А. Н., Родченко В. В. Летчик как динамическая система. М.: Машиностроение, 1992.
  4. Efremov A. Analysis of Reasons for Pilot Induced Oscillation Tendency and Development of Criteria for Its Prediction: Tech. Rep. Contract SPC-94-4028. Moscow, Russia: Pilot-Vehicle Laboratory, Moscow Aviation institute, 1995.
  5. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / Под ред. Г.С. Бюшгенса. М.: Наука. Физматлит, 1998. С. 816.
  6. Aviation Safety and Pilot Control: Understanding and Preventing Unfavorable Pilot- Vehicle Interactions / Ed. by D. T. McRuer, J. D. Warner. Washington, DC: Committee on the Effects of Aircraft-Pilot Coupling on Flight Safety Aeronautics and Space Engineering Board Commission on Engineering and Technical Systems National Research Council. National Academy Press, 1997. URL: http: //www.nap.edu/catalog/5469.html.
  7. Duda H. Effects of Rate Limiting Elements in Flight Control Systems – A New PIO Criterion // Effects of Rate Limiting Elements in Flight Control Systems – A New PIO Criterion / in Proc. of the AIAA Guidance, Navigation and Control Conf. Baltimore, Maryland: 1995. — August. P. 288 – 298.
  8. Lindsey S. W. Prediction of longitudinal pilot induced oscillations using the optimal control model. Master's thesis, School of Engineering Air Force Institute of Technology Air University, Ohio, 1989.
  9. Klyde D., McRuer D., Myers T. Unified Pilot-Induced Oscillation Theory. Vol. I: PIO Analysis with Linear and Nonlinear Effective Vehicle Characteristics, Including Rate Limiting: Tech. Rep. WL-TR 96-3028: Wright-Patterson Air Force Base, Ohio: Wright Laboratory, 1995.
  10. Katayanagi R. Pilot-Induced Oscillation Analysis with Actuator Rate Limiting and Feedback Control Loop // Trans. Japan Soc. Aero. Space Sci. 2001. Vol. 44, no. 143. P. 48 – 53.
  11. McRuer D. T., Klyde D. H., Myers T. T. Development of a Comprehensive PIO Theory // AIAA paper 96-3433. 1996. P. 581 – 597.
  12. McRuer D., Krendel E. Mathematical Models of Human Pilot Behavior. AGARD AG-188, 1974.
  13. Ефремов А.В., Кошеленко А.В., Тяглик М.С., Тюменцев Ю.В., Тянь В.Ц. Математическое моделирование характеристик управляющих действий летчика при исследовании задач ручного управления // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2015. Т. 2. С. 34–40.
  14. Андриевский Б.Р., Кузнецов Н.В., Кузнецова О.А., Леонов Г.А., Мокаев Т.Н. Локализация скрытых колебаний в системах управления полетом // Труды СПИИРАН. 2016. No 49. С. 5–31.
  15. Andrievsky B., Arseniev D. G., Kuznetsov N. V., Zaitceva I. S. Pilot-Induced Oscillations and Their Prevention // Cyber-Physical Systems and Control. CPS&C 2019 / Ed. by D. Arseniev, L. Overmeyer, H. Ka ̈lvia ̈inen, B. Katalinic ́. Springer, Cham, 2013. Vol. 95 of Lecture Notes in Networks and Systems. P. 108–123.URL:https: //link.springer.com/chapter/10.1007\%2F978-3-030-34983-7_11.
  16. Federal Aviation Administration. Pilot Induced Oscillations. URL: https://www. skybrary.aero/index.php/Pilot_Induced_Oscillation (дата обращения: 2017-10-24).
  17. Mandal T., Gu Y., Chao H., Rhudy M. B. Flight Data Analysis of Pilot-Induced- Oscillations of a Remotely Controlled Aircraft // Proc. AIAA Guidance Navigation and Control Conf. (GNC 2013), Boston, MA. AIAA, 2013. — Aug. P. 1–15.
  18. Mandal T., Gu Y. Analysis of Pilot-Induced-Oscillation and Pilot Vehicle System Stability Using UAS Flight Experiments // Aerospace. 2016. Vol. 3, no. 42. P. 1–23. URL: https://www.mdpi.com/2226-4310/3/4/42.
  19. McRuer D., Graham D., Krendel E., Reisener, Jr. W. Human pilot dynamics in compensatory systems-theory, models, and experiments with controlled element and forcing function variations: Tech. Rep. AFFDL-TR-65-15: Franklin Inst., 1965.— January.
  20. Деруссо П. Пространство состояний в теории управления (для инженеров). Перев. с англ. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1970. С. 620.
  21. Методы классической и современной теории автоматического управления / Под ред. Пупкова К. А., Егупова Н. Д. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004.
  22. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1988. С. 256.
  23. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973. С. 584.
  24. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Гос. изд-во физико-математической литературы, 1957. С. 407.
  25. Айзерман М. А., Гантмахер Ф.Р. Абсолютная устойчивость регулируемых систем. М.: АН СССР, 1963.
  26. Баркин А.И., Зеленцовский А.Л. Критерий абсолютной устойчивости нелинейных систем управления // Автомат. и телемех. 1981. С. 5–10.
  27. Андронов А. А. Предельные циклы Пуанкаре и теория автоколебаний. Собрание трудов Андронова А. А. // Изд. АН СССР. 1956. С. 41.
  28. Якубович В. А. Частотные условия автоколебаний в нелинейных системах с одной стационарной нелинейностью // Сибирский матем. журнал. 1973. Т. 14, No 5. С. 1100–1129.
  29. Кузнецов Н. В. Теория скрытых колебаний и устойчивость систем управления // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемем теоретической и прикладной механики. Башкирский государственный университет, 2019. С. 46–48.
  30. Брагин В.О., Вагайцев В.И, Кузнецов Н.В., Леонов Г.А. Алгоритмы поиска скрытых колебаний в нелинейных системах. Проблемы Айзермана и Калмана и цепи Чуа // Известия РАН. Теория и Системы Управления. 2011. No 4. С. 3–36. [V.O. Bragin, V.I. Vagaitsev, N.V. Kuznetsov, G.A. Leonov, Algorithms for Finding Hidden Oscillations in Nonlinear Systems. The Aizerman and Kalman Conjectures and Chua's Circuits, J. of Computer and Systems Sciences Intern., 50(4), 2011, pp. 511-543 (doi:10.1134/S106423071104006X)].
  31. Цыпкин Я. З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974. С. 576.
  32. Хлыпало Е. И. Нелинейные корректирующие устройства в автоматических системах. Л.: Энергия, 1973. С. 344.
  33. Duda H. Prediction of Pilot-in-the-Loop Oscillations due to Rate Saturation // J. of Guidance, Navigation, and Control. 1997. — May–June. Vol. 20, no. 3.
  34. Glattfelder A., W.Scaufelberger. Stability analysis of single loop control systems with saturation and antireset-windup circuits // IEEE Trans. Automat. Contr. 1983. — Dec. Vol. 28, no. 12. P. 1074–1081.
  35. Andrievsky B., Kuznetsov N., Leonov G., Pogromsky A. Hidden Oscillations in Aircraft Flight Control System with Input Saturation // Proc. 5th IFAC Intern. Workshop on Periodic Control Systems (PSYCO 2013), IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). Vol. 5(1). Caen, France: 2013. P. 75–79.
  36. Zames G., Falb P. Stability conditions for systems with monotone and slope-restricted nonlinearities // SIAM J. 1968. Vol. 6, no. 1. P. 89–108.
  37. Евдокимов С.Н., Климанов С.И., Корчагин А.Н., Микрин Е.А., Сихарулидзе Ю.Г. Терминальный алгоритм управления продольным движением спускаемого аппарата с ограничением перегрузки // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2012. No 5. С. 102.
  38. Евдокимов С.Н., Климанов С.И., Корчагин А.Н., Микрин Е.А., Сихарулидзе Ю.Г. Управление продольным и боковым движением спускаемого аппарата в коридоре углов входа с ограничением перегрузки // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2012. No 6. С. 63.
  39. Микрин Е.А., Зубов Н.Е., Негодяев С.С., Богачев А.В. Оптимальное управление орбитальной ориентацией космического аппарата на основе алгоритма с прогнозирующей моделью // Труды Московского физико-технического института. 2010. Т. 2, No 3 (7). С. 189–195.
  40. Amato F., Iervolino S., Pandit M. et al. Analysis of Pilot-in-the-Loop Oscillations Due to Position and Rate Saturations // Proc. 39th IEEE Conf. on Decision and Control (CDC 2000), Sydney, Australia. IEEE, 2000. P. 6.
  41. Amato F., Iervolino R., Scala S., Verde L. Category II pilot-in-the-loop oscillations analysis from robust stability methods // J. of Guidance, Control and Dynamics. 2001. — May–June. Vol. 24, no. 3.
  42. Теория автоматического управления: Нелинейные системы управления при случайных воздействиях / Под ред. Под ред. А. В. Нетушила. М.: ВШ, 1983.
  43. Нгуен Ч. К. Влияние люфта и сухого трения на устойчивость мехатронного привода (аналитическое исследование) // Научно-технический вестник Университета ИТМО. 2006. No 28. С. 157–162.
  44. Белова Л. А., Нетушил А. В. Об абсолютной устойчивости систем регулирования с неоднозначными нелинейностями типа люфт и упор // Автомат. и телемех. 1967. Т. 12. С. 58–63.
  45. Брусин В. А. Об абсолютной устойчивости следящей системы с люфтом // Изв. вузов. Радиофизика. 1964. No 3. С. 7–16.
  46. Петров П. В., Коева А. А. Исследование автоколебаний в гидромеханических приводах, работающих в условиях трения // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18, No 4 (65). С. 183–190.
  47. Tarbourieh S., Queinnec I., Prieur C. Nonstandard use of anti-windup loop for systems with input backlash // IFAC J. of Systems and Control. 2018. Vol. 6. P. 33–42.
  48. Наджаров Э. М. Приближенное определение периодических режимов в системах автоматического регулирования, содержащих несколько нелинейностей // В кн.: Труды 2-го Всесоюзного совещания по ТАР. 1955. Т. 1.
  49. McRuer D. T. Pilot-Induced Oscillations and Human Dynamic Behavior: Tech. rep. Hawthorne, CA, USA: NASA, 1995. — July.
  50. Гольдфарб Л. С., Балтрушевич А. В., Нетушил А. В. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 1976. С. 430.
  51. Берко В.С., Живов Ю.Г., Поединок А.М. Приближенный критерий устойчивости вынужденных колебаний регулируемых объектов с нелинейным приводом // Ученые записки ЦАГИ. 1984. Т. ХV, No 4. С. 72–80.
  52. Леонов Г.А. Эффективные методы поиска периодических колебаний в динамических системах // Прикладная математика и механика. 2010. Т. 74, No 1. С. 37–73.
  53. Leonov G. A., Kuznetsov N. V., Vagaitsev V. I. Localization of hidden Chua's attractors // Physics Letters A. 2011. Vol. 375, no. 23. P. 2230–2233.
  54. Leonov G. A., Kuznetsov N. V. Analytical-numerical methods for investigation of hidden oscillations in nonlinear control systems // IFAC Proceedings Volumes (IFAC- PapersOnline). 2011. Vol. 18, no. 1. P. 2494–2505.
  55. Leonov G. A., Kuznetsov G. V. Hidden attractors in dynamical systems. From hidden oscillations in Hilbert-Kolmogorov, Aizerman, and Kalman problems to hidden chaotic attractors in Chua circuits // Int J. Bifurcation and Chaos. 2013. Vol. 23, no. 1. P. 1–69.
  56. Kuznetsov N., Leonov G. Hidden attractors in dynamical systems: systems with no equilibria, multistability and coexisting attractors // IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). 2014. Vol. 47, no. 3. P. 5445–5454. Proc. 19th IFAC World Congress. URL: https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S1474667016424614.
  57. Dudkowski D., Jafari S., Kapitaniak T. et al. Hidden attractors in dynamical systems // Physics Reports. 2016. Vol. 637. P. 1 – 50. URL: http://www. sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157316300928.
  58. Чечурин С. Л. Параметрические колебания и устойчивость периодического движения. СПб.: ЛГУ, 1983. С. 220.
  59. Бюшгенс Г. С., Студнев Р. В. Аэродинамика самолета: Динамика продольного и бокового движения. М.: Машиностроение, 1979. С. 352.
  60. Chechurin L., Chechurin S. Physical Fundamentals of Oscillations. Frequency Analysis of Periodic Motion Stability. Springer, 2017. P. 220.

Полный текст (pdf)