Размещено на http://www.allbest.ru/

Устройства и приводы, обеспечивающие заданный режим полета беспилотного летательного аппарата аграрного назначения

Николаенков А.А.

Полет беспилотного летального аппарата (БПЛА) аграрного назначения предполагает перемещение аппарата по заранее проложенной траектории, на определенной высоте, с определенной скоростью и углами ориентирования в пространстве. Также программное обеспечение должно иметь модуль, помогающий прокладывать оптимальный маршрут при порывах ветра и возвращать летательный аппарат в исходное положение траектории полета, модуль для контроля расхода топлива и модуль для автоматического контроля параметров режима распыления жидкостных удобрений. Процесс управления параметрами полета происходит следующим образом: датчики, считывающие параметры полета и режима распыления жидкого удобрения передают информацию на пульт управления, где переданная информация обрабатывается и выводится на экран. Система автоматического управления выдаст управляющий сигнал, корректирующий параметры полета и распыления в случае отклонения параметра от заданных значений, на рабочий привод узла (сервопривод), отвечающего за управление данным параметром. сервопривод пьезогироскоп скорость вращение

Для автономного функционирования беспилотного летательного аппарата в бортовой компьютер встроена система, содержащая программное обеспечение автопилота. Задачами бортового комплекса управления является [1]:

1. Решения задачи навигации и автоматического управления летательным аппаратом;

2. Обеспечения командно-телеметрического взаимодействия с наземным комплексом управления;

3. Обеспечение функционирования полезной нагрузки;

4. Обеспечение самодиагностики летательного аппарата.

Основными задачами наземного комплекса управления является:

1. Обеспечение командно-телеметрического взаимодействия с БКУ;

2. Обеспечение ручного управления в реальном времени;

3. Предоставление элементов программирования и управления БПЛА;

4. Представление телеметрической информации в графическом виде;

5. Отражение результатов функционирования полезной нагрузки.

Для обеспечения автономности наземного комплекса управления от рабочего места оператора в систему наземного комплекса управления включается пульт индикации и выбора режимов, который с минимальным энергопотреблением отражает ключевые параметры жизнеобеспечения беспилотного летательного аппарата, а так же ретранслирует основные команды выполнения задания, например, «взлёт», «возврат», «посадка», «прекратить задание». Данное решение сводит задачи рабочего места оператора к программированию маршрута, настройкам беспилотного летательного аппарата, расширенному исследованию полётных параметров. Это позволяет увеличить продолжительность автономного функционирования наземного комплекса управления.

1. Управление системами беспилотного летательного аппарата аграрного назначения

Автоматическое управление частотой вращения лопастей, режимом распыления удобрений и пространственным положением беспилотного летательного аппарата осуществляется следующим образом: приемник, установленный на беспилотном летательном аппарате, принимает управляющий сигнал от поста управления или бортового компьютера о корректировке параметров режима полета или режима распыления удобрений, передает сигнал на сервомеханизм, который осуществляет управление топливной заслонкой двигателя, что позволяет менять объем топливной смеси, поступающий в камеру сгорания и менять скорость вращения лопастей, соответственно изменяя высоту полета беспилотного летательного аппарата или скорость перемещения. Сигнал на ботовой компьютер подается от датчиков оборотов лопастей, от гироскопа, а также от датчика давления, установленного в арматуре системы распыления жидких удобрений. Работа любого датчика заключается в непрерывном сборе информации о контролируемом параметре работы конкретного узла или системы и передачи электрического сигнала на бортовой компьютер беспилотного аппарата. Бортовой компьютер обрабатывает сигнал и определяет соответствие значения параметра заданным программой полета значению определенному датчиком. При расхождении значений больше, чем на допустимую величину, подается управляющий сигнал на корректировку данного параметра на сервопривод. Аналогичным образом происходит автоматическое управление остальных систем беспилотного аппарата аграрного назначения.

2. Конструкция и принцип работы сервоприводов для регулирования работы двигателя БПЛА

Все сервоприводы для радиоуправляемых моделей используют три провода для работы [2]. Положительный провод для питания, обычно 4,8 вольта или 6 вольт, отрицательный провод и сигнальный провод. Управляющий сигнал передает информацию о требуемом положении выходного вала. Вал связан с потенциометром, который определяет его положение. Контроллер по сопротивлению потенциометра и значению управляющего сигнала определяет, в какую сторону требуется вращать мотор, чтобы получить нужное положение выходного вала. Чем выше напряжение питания сервопривода, тем быстрее он работает и больший момент развивает. Управляющий сигнал представляет собой импульсы переменной ширины. Импульсы повторяются с постоянной частотой, которая измеряется в герцах. Большая часть приемников генерирует импульсы с частотой 50 герц. Это означает, что они передают команды о требуемом положении сервопривода 50 раз в секунду. Положение сервопривода определяется шириной импульса. Для типичного сервопривода, используемого в радиоуправляемых моделях, длительность импульса в 1520 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение. Увеличение или уменьшение длины импульса заставит сервопривод повернуться по часовой или против часовой стрелки соответственно. Конструкция сервопривода представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 . Конструкция сервопривода

3. Конструкция и принцип работы пьезогироскопа

Гироскопы предназначены для демпфирования угловых перемещений аппарата вокруг одной из осей, стабилизации углового перемещения, компенсации внешних воздействий на модель, в особенности от порывов ветра и изменения моментов лопастей. Суть работы гироскопа заключается в измерении скорости поворота и выдачи сигнала на коррекцию. Гироскоп включается в цепь между приёмником и сервоприводом. В настоящее время на летательных аппаратах устанавливаются пьезогироскопы, работающие по тому же принципу, что и механические гироскопы, но у них отсутствуют вращающиеся части. Пьезогироскоп состоит из датчика угловой скорости и контроллера [3]. Конструкция датчика угловых скоростей представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Конструкция датчика угловых скоростей.

Функция контроллера заключается в том, чтобы считывать сигналы с датчика угловых скоростей с некоторой заданной частотой и выдавать полученные сигналы на дальнейшую обработку в бортовой компьютер. В датчик угловых скоростей установлены вибрирующие пластины. Поворачиваясь вокруг оси, такая пластина начинает отклоняться в плоскости, поперечной плоскости вибрации. Это отклонение измеряется и поступает на выход датчика, откуда снимается уже внешней схемой для последующей обработки. Алгоритм работы пьезогироскопа представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Алгоритм работы пьезогироскопа.

Перед началом эксплуатации беспилотного летательного аппарата требуется регулировка гироскопа, позволяющая добиться оптимального управления летательным аппаратом.

4. Конструкция и принцип работы датчика скорости вращения

Датчики скорости вращения представляют собой, так называемые, частотные датчики. Их принцип действия состоит в преобразовании скорости вращения (углового перемещения) в частоту изменений потока энергии (электрического тока или напряжения). Выходной сигнал датчика скорости вращения может быть представлен в виде синусоидального изменения величины (напряжения) или в виде последовательности коротких импульсов/ Датчики для измерения ускорения. В ряде систем автоматического регулирования возникает задача измерения ускорения. Одним из способов такого измерения является применение измерительных устройств с инерционной массой. Устройство предназначено для моментального преобразования скорости ротора в пропорциональное значение электрического напряжения. Тахогенераторы используются в качестве датчиков контроля и измерения скорости и являются информативной электрической машиной. Для повышения качества работы и сглаживания пульсаций, в конструкции тахогенератора применяют повышенное количество пластин в коллекторе. Для достижения высокой точности, конструкция тахогенератора выполняется с якорем, в котором отсутствуют пазы. Путём механического соединения (муфта, шкив, и т.п.) вала тахогенератора с валом какого-либо другого ведущего устройства, можно определять частоту вращения последнего по значениям выходного напряжения. Существенным преимуществом этих тахогенераторов является отсутствие источника энергии для возбуждения. На рисунке 4 показан тахогенератор с постоянными магнитами [4].

1- шарикоподшипники; 2- якорь; 3 - кольца; 4 - кольца стопорные ; 5 - полюсы; 6 - корпус; 7 - постоянные магниты ; 8 - перемычки; 9 - щетки.

Список литературы

1. Комплекс управления беспилотными летательными аппаратами для дистанционного зондирования земли. [Электронный ресурс]: сборник статей / Институт инженерной физики и радиоэлектроники ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»; И. В. Макаров, В. И. Кокорин. - г. Красноярск. Режим доступа: http://uav-siberia.com/news/kompleks-upravleniya-bespilotnymi-letatelnymi-apparatami-dlya-distantsionnogo-zondirovaniya-zemli. - Загл. с экрана.

2. Авиамоделизм - мир увлеченных. [Электронный ресурс]: сборник статей, описывающих внутреннюю и внешнюю компоновку авиамоделей. - Режим доступа: http://www.avmodels.ru/articles/equipment/servoprivod.html. - Загл. с экрана.

3. Гироскопы на радиоуправляемых моделях. [Электронный ресурс]: сборник статей/ RC design; автор статьи Виталий Пузрин. Режим доступа: http://www.rcdesign.ru/articles/radio/gyro_stady. - Загл. с экрана.

4. Сайт об электрических сетях. [Электронный ресурс] : на сайте представлена документация, которая может быть востребована работающим в различных службах предприятия электрических сетей. - Режим доступа: http://leg.co.ua/info/elektricheskie-mashiny/samoletnye-i-avtomobilnye-generatory.html. - Загл. с экрана.

Размещено на Allbest.ru