Скачать Труды МИЭА выпуск 19

Скачать Труды МИЭА выпуск 19

Статья 1
УДК 621.391.14
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ МЕЖДУ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ТРАКТАМИ ДАТЧИКОВ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ НА ТОЧНОСТЬ НАВИГАЦИОННОГО РЕШЕНИЯ БЕСКАРДАННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

О. Н. БОГДАНОВ, к. ф.-м. н.
МГУ им. М. В. Ломоносова,
119991, Российская Федерация, Москва, Ленинские горы, д. 1
А. В. ФОМИЧЕВ, к. ф.-м. н.
ПАО «Московский институт электромеханики и автоматики»
Россия, 125167, г. Москва, Авиационный пер., д. 5
e-mail: aomiea@aviapribor.ru
Для корректного функционирования бескарданной инерциальной навигационной системы (БИНС) необходима внутренняя синхронизация потоков измерительной информации от инерциальных датчиков. Данному вопросу в литературе уделяется определенное внимание, но вычисление навигационных погрешностей, как правило, проводится исходя из достаточно грубых оценок сверху. В предлагаемой статье вопрос влияния взаимной несинхронности измерений в трактах датчиков угловой скорости исследуется для двух типов движений БИНС, для которых рассинхронизация приводит к существенным погрешностям. Исследование проведено на основе точных кинематических соотношений и математических моделей. Проведенное моделирование подтверждает аналитические результаты, а также позволяет оценить чувствительность навигационных ошибок к изменениям параметров движения.
Ключевые слова: бесплатформенная инерциальная система, задержки в трактах датчиков угловых скоростей, навигационные погрешности.

STUDY OF RATE SENSOR MEASURING CHANNELS DELAY EFFECT ON THE STRAPDOWN INS NAVIGATION DECISION ACCURACY

O. N. BOGDANOV, PhD in Phys and Math.
Lomonosov Moscow State University,
GSP-1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russian Federation
A. V. Fomitchyov, PhD in Phys and Math.
‘Moscow Institute of Electromechanics and Automatics’ PJSC
5 Aviatzionny Pereulok, Moscow, 125167, Russia
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

Strapdown INS (SINS) correct operation requires internal synchronization of measurement data flows from inertial sensors. A certain attention is paid to that problem in literature, however navigation errors computation is usually carried out on the basis of fairly rough upper estimates.
The article examines the problem of mutual non-synchronization of measurements in rate sensors measuring channels for two types of SINS motion, for which the lack of synchronization leads to significant errors. The study was based on accurate kinematic ratios and mathematical models.
The simulation confirms the results of analysis and enables the estimation of navigation errors response to motion parameters changes.
Keywords: Strapdown INS, rate sensor channels delay, navigation errors.

Литература
1. Голован А. А., Парусников Н. А. Математические основы навига ционных систем. Часть I. Математические модели инерциальной навигации. 3-е изд., испр. и доп. М.: МАКС Пресс, 2011. – 136 с.
2. Емельянцев Г. И., Степанов А. П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации // Под общей ред. акад. РАН В. Г. Пешехонова – СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. – 394 с.
3. Кухтевич С. Е., Рафельсон В. Ф., Фомичев А. В. О погрешностях БИНС, обусловленных несинхронностью трактов измерения угловых скоростей и линейных ускорений и геометрией блока акселерометров // Труды МИЭА. 2011. Выпуск 3. С. 86-95.
4. Журавлев В. Ф. Основы теоретической механики. М.: Физматлит, 2001, 320 с.
5. Богданов О. Н., Голован А. А. Об имитации идеальных показаний датчиков БИНС при произвольном движении объекта // Труды МИЭА. 2013. Выпуск 7. C. 30-35.

Статья 2
УДК 621.391.14
РАСШИРЕНИЕ АЛГОРИТМОВ БИНС ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОЛЯРНОЙ НАВИГАЦИИ

О. А. БАБИЧ, д. т. н., профессор
ПАО «Московский институт электромеханики и автоматики»
Россия, 125167, г. Москва, Авиационный пер., д. 5
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

Прямоугольные координаты в системе ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) не имеют особых точек в околоземном пространстве и поэтому могут быть использованы как основные для навигации в полярных зонах Земли.
В статье предлагается алгоритм для вычисления прямоугольных координат в виде дополнительной части к базовому алгоритму БИНС, который рутинно работает от взлета и до посадки.
На основании вычисления текущих прямоугольных координат самолета в полярных областях строится закон управления, обеспечивающий навигацию самолета по принципу «из точки в точку».
Ключевые слова: полярная навигация, Бесплатформенная Инерциальная Навигационная Система (БИНС), акселерометр, гироскоп, режим ГПК (Wander Azimuth), стереографическая проекция.

THE EXTENSION OF THE SINS ALGORITHM FOR THE POLAR NAVIGATION
O. A. BABICH, Dr. Sc. in Engineering, professor
‘Moscow Institute of Electromechanics and Automatics’ PJSC
5 Aviatzionny Pereulok, Moscow, 125167, Russia
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

The ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) rectangular coordinate system doesn’t have any singular points in the near-Earth space, therefore it can be used as basic one for navigation in Polar regions.
The article describes a new algorithm for ECEF-coordinates calculation. This algorithm is the supplement to the base SINS-algorithm, which operates in its normal mode from take-off to landing.
In Polar regions the aircraft control law is realized by means of continuous calculating of ECEF-coordinates. The developed control low provides flights based on the ‘from point to point’ navigation.
Keywords: Polar navigation, Strapdown Inertial Navigation System (SINS), accelerometer, gyro, Wander Azimuth, stereographic projection.

Литература
1. Savage P. G. Strapdown Analytics – Second Edition, Strapdown Associates, Inc., Maple Plane, Minnesota, 2007.
2. Savage P. G. Computational Elements for Strapdown Systems, Low Cost Navigation Sensors and Integration Technology, NATO RTO-EN-SET-116, October 2008.
3. Бабич О. А. Обработка информации в навигационных комплексах, – М. Машиностроение. 1991, – 512 с.
4. Maclure K. C. (1949) Polar Navigation , Arctic 2(3) 183-194.
5. Yi-qing Yao, Xiao-su Xu, Yao Li, Yi-ting Liu. Transverse Navigation under Ellipsoidal Earth Model and its Performance in both Polar and Nonpolar areas, The Journal of Navigation, Volume-69, Issue 2, March 2016, pp. 335-352.

Статья 3
УДК 629.7.05
АПЕРИОДИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Ю. П. НИКОЛАЕВ, д. ф.-м. н., профессор
ПАО «Московский институт электромеханики и автоматики»
Россия, 125167, г. Москва, Авиационный пер., д. 5
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

Рассматривается метод построения областей апериодической устойчивости (A-областей) линейных динамических систем. Анализируется геометрия A-областей на плоскости (в пространстве) коэффициентов характеристического полинома. Дается современная трактовка задачи Вышнеградского.
Ключевые слова: апериодическая устойчивость, A-разбиение, граничная кривая, точка перегиба, касп.

THE APERIODIC STABILITY OF LINEAR DYNAMIC SYSTEMS
Y. P. NIKOLAEV, Dr. Sc. in Physics and Mathematics, the professor
‘Moscow Institute of Electromechanics and Automatics’ PJSC
5 Aviatzionny Pereulok, Moscow, 125167, Russia
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

The article considers a method for construction of linear dynamic systems aperiodic stability areas (A-areas). The A-areas geometry on the plane (in space) of characteristic polynomial coefficients is analyzed. The modern interpretation of the Vyshnegradsky problem is given.
Keywords: aperiodic stability, A-partition, boundary curve, flex point, cusp.
Литература
1. Неймарк Ю. И. Устойчивость линеаризованных систем. Л.: ЛКВВИА, 1949.
2. Mitrovich D. Graphical Analysis and Synthesis of Feedback Control Systems: Part I, Theory and Analysis; Part II, Synthesis // Trans.
AIEE (Applications and Industry). 1959. January. Vol. 57. P. 476-496.
3. Šiljak D. D. Generalization of the Parameter Plane Method // IEEE Trans. Automat. Control. 1966. V.AC-11. No 1. P. 63-70.
4. Грязина Е. Н., Поляк Б. Т., Тремба А. А. Современное состояние метода D-разбиения. Обзор. // АиТ. 2008. №12. С. 3-40.
5. Vishnegradsky I. Sur la theorie generale des regulateurs // Comptes Rendus, Acad. Sci. Paris. 1876. V. 83. P. 318-321.
6. Александров А. Д., Николаев Ю. П. Анализ устойчивости и синтез многорежимных систем управления // Многорежимные и нестационарные системы автоматического управления – М.: Машиностроение, 1978. С. 93-118.
7. Николаев Ю. П. Геометрия многомерной области устойчивости в пространстве четных (нечетных) коэффициентов характеристического полинома линейных систем // АиТ. 2014. №9. С. 3-20.
8. Немировский А. С., Поляк Б. Т. Необходимые условия устойчивости полиномов и их использование // АиТ. 1994. №11. С. 113-119.
9. Харди Г. Г., Литтлвуд Д. Е., Полиа Г. Неравенства. М.: ИЛ, 1948.
10. Чезаро Э. Элементарный учебник алгебраического анализа и исчисления бесконечно малых. Л.; М.: ОНТИ, 1936.
11. Fuller А. Т. Conditions of aperiodicity in linear systems //Brit. J. Appl.
Phys. 1955. № 6. P. 195-198.
1. Джури Э. Инноры и устойчивость динамических систем. М.: Наука, 1979. Jury E. I. Inners and the Stability of Dynamic Systems. Wiley, New York, 1974.

Статья 4
УДК 629.7.015
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОСАДКИ ПО КАТЕГОРИИ IIIC САМОЛЕТА ТУ-204СМ НА ВПП ПЕРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ В УСЛОВИЯХ БОКОВОГО ВЕТРА
А. В. ГРЕБЁНКИН, д. т. н., профессор
ПАО «Московский институт электромеханики и автоматики»,
Россия, 125167, г. Москва, Авиационный пер., д. 5
e-mail: aomiea@aviapribor.ru
С. А. КОСТИН
Группа компаний «ВОЛГА-ДНЕПР»
432072 РФ, г. Ульяновск, ул. Карбышева, 14
e-mail: sergei.kostin@volga-dnepr.com
В статье рассматривается возможность автоматической посадки самолета Ту-204СМ по категории IIIс ИКАО на влажную ВПП переменного состояния в условиях бокового ветра с повторяющимся выходом на режимы глиссирования и отказом критического двигателя.
Ключевые слова: автоматическая посадка, коэффициент сцепления, глиссирование, пробег по полосе, управление тормозами, управление интерцепторами.

THE ANALYSIS OF THE CAT.IIIC AUTOMATIC LANDING CAPABILITY OF TU-204SМ AIRCRAFT ON THE RUNWAY WITH VARIABLE SURFACE CONDITIONS IN THE CROSSWIND ENVIRONMENT
A. V. GREBYONKIN, Dr. Sc. in Engineering, professor
‘Moscow Institute of Electromechanics and Automatics’ PJSC,
5 Aviatzionny Pereulok, Moscow, 125167, Russia
e-mail: aomiea@aviapribor.ru
S. A. KOSTIN
VOLGA-DNEPR Group
432072 Russia, Ulianovsk, ul. Karbisheva, 14

The article considers the capability of Tu-204SМ aircraft Cat. IIIc (ICAO) automatic landing on a wet runway with variable surface conditions in the crosswind environment with repetitive coming to aquaplaning modes and critical engine failure.
Keywords: automatic landing, friction coefficient, aquaplaning, ground roll, brake control, spoiler control.
Литература
1. Кнороз В. И., Кленников Е. В. и др. Работа автомобильной шины. М.: Транспорт, 1976. 238 с.
2. Гребенкин А. В., Лигум Д. В. Оценка влияния состояния взлетно-посадочной полосы и бокового ветра на характеристики прерванного взлета и посадки регионального самолета с отказавшим критическим двигателем. Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации и повышения эффективности работы воздушного транспорта: сборник материалов Международной научно-практической конференции 18 — 19 ноября 2010 г.: научное издание / под ред. Н. У. Ушакова. Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2010. C. 30-32.

Статья 5
УДК 629.7.05
АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ АВТОМАТА ТЯГИ ТЯЖЕЛОГО САМОЛЕТА

В. Е. КУЛИКОВ, д. т. н., профессор,
М.С. БАЛЯКИН,
В. В. КУЛИКОВ,
А. С. ЮРЧЕНКО,
Д. Б. ЮРЧЕНКО
ПАО «Московский институт электромеханики и автоматики»
Россия, 125167, г. Москва, Авиационный пер., д. 5
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

Рассмотрена задача построения системы управления скоростью полета самолета с помощью автомата тяги. Найдена структура и параметры обратных связей астатического контура скорости с учетом динамических характеристик исполнительного механизма автомата тяги и приемистости двигателей самолета. Полученный результат аналитического синтеза системы управления скоростью полета подтвержден при моделировании разгонов и торможений тяжелого самолета.
Ключевые слова: автомат тяги, управление скоростью, астатический контур, исполнительный механизм.

ANALYTICAL SYNTHESIS OF THE AUTOMAT OF THE STRIKE OF THE HEAVY AIRCRAFT
V. E. KULIKOV, D. Sс. in Engineering, professor,
M. S. BALYAKIN,
V. V. KULIKOV,
A. S. YURCHENKO,
D. B. YURCHENKO
‘Moscow Institute of Electromechanics and Automatics’ PJSC
5 Aviatzionny Pereulok, Moscow, 125167, Russia
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

This article considers the problem of aircraft flight speed control system with auto-throttle construction. Astatic speed loop feedback structure and parameters with consideration for autothrottle actuators and acceleration dynamic performance of the aircraft are found. The acceleration and deceleration of heavy aircraft modeling confirms the received result of aircraft flight speed control system analytical synthesis is confirmed by acceleration and deceleration of heavy aircraft modeling.
Keywords: auto-throttle, flight speed control, astatic loop, actuator.
Литература
1. Самолет Ил-76ТД. Инструкция по технической эксплуатации. Часть 5, глава 57. Система автоматического управления (САУ-1Т-2БТ). Раздел 57-30-35. Автомат тяги. 1978.
2. Автоматическая бортовая система управления АБСУ-154-2. Руководство по технической эксплуатации. Часть 3. Автомат тяги АТ-6-2. 1984.
3. Самолет ТУ-204-300.Руководство по летной эксплуатации. Книга первая. Раздел 8.16.2. Вычислительная система управления тягой двигателей ВСУТ-85-3. ‒ ОАО «Туполев». 2005.
4. Михалев И. А., Окоемов Б. Н., Павлина И. Г., Чикулаев М. С., Эйдинов Н.М. Системы автоматического управления самолетом. Методы анализа и расчета. ‒ М.: Машиностроение, 1971, 464 с.
5. Харьков В. П., Халютин С. П. Управление вектором скорости летательного аппарата на основе энергетического подхода// Научный вестник МГТУ ГА. 2015. № 213. С. 73-80.
6. Кулифеев Ю. Б., Миронова М. М. Моделирование автоматического управления скоростью и высотой полета беспилотного летательного аппарата // Проблемы безопасности полетов/
Москва, 2016. № 5. С. 25-40.
7. ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. ‒ М.: Издательство стандартов, 1981, 54 с.
8. Лебедев А. А., Чернобровкин Л. С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, переработанное и доп. ‒ М., «Машиностроение», 1973, 616 с.
9. Лебедев А. А., Чернобровкин Л. С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов: учеб. пособие для авиац. вузов./ Под ред. А. А. Лебедева. ‒ М.: Оборонгиз, 1962. — 286 с.
10. Боднер В. А., Рязанов Ю. А., Шаймарданов Ф. А. Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов. ‒ М.: Машиностроение, 1973. — 247 с.
11. Остославский И. В., Стражева И. В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. ‒ М.: Машиностроение, 1965. — 467 с.
12. Аэромеханика самолета. Учебник для авиационных вузов. Под ред. канд. техн. наук доц. А. Ф. Бочкарева, М.: Машиностроение, 1977. — 416 с.
13. Егоров А. И. Обыкновенные дифференциальные уравнения с приложениями. ‒ 2-е изд., испр. ‒ М.:ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 384 с.
14. Системы автоматического управления самолетом/ И. А. Михалев, Б. Н. Окоемов, М. С. Чикулаев. 2-е изд., перераб. и доп. ‒ М.: Машиностроение, 1987. — 240 с.

Статья 6
УДК 629.7.05
КОМПЛЕКСНАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ В БОРТОВОМ НАВИГАЦИОННОМ КОМПЛЕКСЕ БПЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ОДНОВРЕМЕННОЙ НАВИГАЦИИ И СОСТАВЛЕНИЯ КАРТЫ (SLAM)

Ф. Г. ПАДЕРИН
ПАО «Московский институт электромеханики и автоматики»
Россия, 125167, г. Москва, Авиационный пер., д. 5
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

Применение метода одновременной навигации и составления карты при комплексной обработке информации в бортовом навигационном комплексе позволяет осуществлять навигацию в условиях плохого приема или отсутствия сигнала ГНСС. В работе рассматривается возможность использования измерений лазерного радара для вычисления координат точки места БПЛА и углов его ориентации, осуществления картографирования подстилающей поверхности и навигации в относительном режиме, предложен вариант комплексирования БИНС и лазерного радара по слабосвязанной схеме с использованием оптимального фильтра Калмана.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БПЛА), бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), метод одновременной локализации и построения карты (SLAM), лазерный радар (лидар), фильтр Калмана.

INTEGRATED DATA PROCESSING IN UAV ONBOARD NAVIGATION SYSTEM BASED ON SIMULTANEOUS LOCALIZATION AND MAPPING (SLAM) METHOD
F. G. PADERIN
‘Moscow Institute of Electromechanics and Automatics’ PJSC
5 Aviatzionny Pereulok, Moscow, 125167, Russia
e-mail: aomiea@aviapribor.ru

The use of simultaneous localization and mapping (SLAM) method during integrated data processing in onboard integrated navigation system provides navigation in the areas with low or absence of GNSS signal availability. This paper considers the Lidar (laser radar) applicability for UAV positioning and angles computations, ground mapping and navigation in relative mode.
The Strapdown INS (SINS) and laser radar integration based on loosely coupled scheme with the optimal Kalman filter is proposed.
Keywords: Unmanned Air Vehicle (UAV), Strapdown INS (SINS), simultaneous localization and mapping (SLAM) method, laser radar (Lidar), Kalman filter.

Литература
1. Usenko, V. Reconstructing Street-Scenes in Real-Time From a Driving Car // V. Usenko [и др.]. – IEEE Intl. Conf. on 3D Vision (3DV), 2015.
2. Zhang, J. and Singh, S. Visual-lidar odometry and mapping: Low-drift, roust, and fast // IEEE Intl. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), May 2015.
3. Bry, A. State Estimation for Aggressive Flight in GPS-Denied Environments Using Onboard Sensing // A. Bry, A. Bachrach, N. Roy – IEEE Intl. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), May 2012.
4. Kotecha, J. H. and Djuric, P. M. Gaussian particle filtering // IEEE Trans. Signal Processing, 51(10):2592-2601, October 2003. 5. Besl, P. J. A method for Registration of 3-D Shapes // Paul J. Besl,
N. D. McKay – IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence 14(2):239-256, 1992.
6. Geiger, A. Are we ready for autonomous driving? The KITTI vision benchmark suite // Int. Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2012.