СИСТЕМА КОРРЕКТИРОВКИ КУРСА ПОЛЕТА С УЧЕТОМ БОКОВОГО ВЕТРА

Аннотация. В данной работе решается задача корректировки курса дирижабля при воздействии на него бокового ветра. Описывается метод её решения при помощи нечеткой логики. Разработана система по решению задачи. Приводятся результаты тестирования системы в среде Matlab.

Abstract. This paper solves the problem of adjusting the course of the airship under the influence of a side wind on it. It describes the method of its solution using fuzzy logic. Developed a system for solving the problem. The results of testing the system in Matlab environment are given.

Ключевые слова: летательный аппарат, дирижабль, нечеткая логика, курс, управление, ветер.

Keywords: летательный аппарат, дирижабль, нечеткая логика, курс, управление, ветер.

Введение. В современном мире возрастает роль различных летательных аппаратов. В данной работе решается задача корректировки курса дирижабля. Дирижабль рассматривается как пример аппаратов аэростатического типа, имеющих обширную область применения. Например, их можно использовать для транспортировки грузов, тушения пожаров, туризма, мониторинга различных объектов и связи. Но возникают сложности, переменное воздействие ветра, которое нужно учитывать при управлении.

Метод нечеткой логики позволяет эффективно учитывать неопределенности и неточности реального мира [1, c. 45], что позволит скорректировать воздействие ветра.

Постановка задачи. Есть дирижабль, который имеет текущий курс, заданный курс и текущая угловую скорость поворота по курсу. Текущий курс совпадает с заданным. На дирижабль происходит воздействие бокового ветра, которое сбивает его с курса. Необходимо определить, новый угол рулей направления дирижабля.

Пусть дирижабль, для которого задали курс , движется по курсу , причем , с текущей угловой скоростью , скоростью , и углом отклонения рулей . На дирижабль воздействует ветер со скоростью . Необходимо корректировать , чтобы выполнялись условия

Описание модели. Модель включает в себя блок нечеткой логики и блок имитирующий дирижабль, состоящий из нескольких подблоков. Данная система представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Имитационную модель дирижабля

Модель дирижабля сформирована из подсистем, характеризующих его движение в воздухе:

– блок расчета аэродинамических коэффициентов дирижабля,

– блок расчета аэродинамических коэффициентов рулей,

– блок расчета сил и моментов, действующих на дирижабль,

– блок задания движения в пространстве.

Для модуля нечеткого управления использовался инструмент Matlab, который называется FuzzyLogicDesigner. В нем настроим входные данные, выходные данные и базу правил. Они строятся в соответствии с известными правилами из [2; 3].

Программная реализация и результат. В разработанном блоке управления на базе нечеткой логике в качестве входных данных подается ошибка курса и текущая скорость поворота, а выводом являются команды отклонения руля направления.

База правил состоит из 7 возможных результатов, если не указано иное: [NL NM NS Z PS PM PL].

Таблица 1

База правил

Проведем моделирование в среде Matlab. Для тестирования зададим желаемый курс движения дирижабля 45 градусов. Зададим скорость дирижабля 1 м/с и 4 м/с и скорость ветра 1 м/c. Также учтем, что ветер действует порывами. По результатам моделирования были получены следующие графики (рис. 2).

Рисунок 2. Результаты моделирования.

На указанных графиках видно, что при скорости для прямого полета 1 м/с и 4 м/с система ведет себя по разному. При скорости 4 дирижабль быстрее выходит на заданный угол. Понятно, что при более высокой скорости эффективность системы стабилизации намного лучше, поэтому корректировка угла руля происходит намного реже. Угол курса также устанавливается намного быстрее.

Заключение. Была разработана система корректировки курса при воздействии на дирижабль бокового ветра. Данная система использует в своей работе базу правил, лингвистические переменные (ошибку курса и скорость разворота). Полученные результаты подтверждаются математическими выводами и результатами моделирования с помощью Matlab.

Список литературы:

1. Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные системы, генетические алгоритмы и нечеткие системы / Д. Рутковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский; Пер. с польск. – М.: Горячая линия­ – Телеком, 2006. – 452 с.
2. Лю Б. Теория и практика неопределенного программирования. / Б. Лю; Пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. ¬ – 416 с
3. Усков А.А. Системы с нечеткими моделями объектов управления. Монография. – Смоленск: СФРУК, 2013. – 153 с.