Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

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

Николаенков А.А.

Луцев А.С.

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.

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

1. Передача управляющих сигналов на рабочий привод узла (сервопривод);

2. Обеспечение бесперебойного сообщения между бортовым компьютером БПЛА и наземным пультом управления;

3. Сбор и передача данных о количестве топлива в баке, об остатке жидких удобрений, заряда батареи.

4. Сбор и передача телеметрических параметров и параметров режима распыления жидких удобрений.

Основными функциями наземного комплекса управления является:

1. Обеспечение работы БПЛА аграрного назначения сетью интернет и GPS навигацией.

2. Корректировка параметров полета в случае изменения погодных условий ;

3. Представление информации, принятой от бортового компьютера БПЛА, в графическом виде на мониторе пульта управления;

4. Отражение результатов функционирования системы распыления жидких удобрений;

5. Прокладка оптимального маршрута перемещения БПЛА, по которому будет происходить распыление жидких удобрений.

Отдавать команду на часто выполняемые действия БПЛА, таких как: взлет, заправка топливом и жидкими удобрениями, посадка, возврат, распыление удобрений, перемещение по заданному маршруту - можно предоставить право компьютеру наземного комплекса в автономном режиме. Для этого необходимо запрограммировать правильную последовательность дачи этих команд. Например, после заправки топливом всегда будет идти команда «взлет», затем «перемещение по заданному маршруту», затем «распыление удобрений». Данное решение позволит увеличить долю автономности наземного комплекса и свести к минимуму количество человеческих ошибок при управлении БПЛА.

1 Управление системами беспилотного летательного аппарата аграрного назначения

Автоматическое управление параметрами любой из систем, входящих в комплекс БПЛА имеет общий принцип. Например, управление режимом полета БПЛА осуществляется следующим образом: приемник, установленный на беспилотном летательном аппарате, принимает управляющий сигнал от поста управления или бортового компьютера о корректировке параметров режима полета, передает сигнал на сервопривод, 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

Регулировка скорости перемещения БПЛА зависит от работы сервопривода, управляющего дроссельной заслонкой двигателя. Сервопривод работает следующим образом: управляющий сигнал с бортового компьютера 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. 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 подавления 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.

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.

Рисунок 2. Конструкция датчика угловых скоростей.

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

Для эффективного автоматического управления и регулировки траектории движения БПЛА необходим сбор данных о частоте вращения лопастей или частоте вращения вала двигателя. Измерение частоты вращения вала двигателя в любой момент времени может осуществить датчик скорости вращения или по-другому тахогенератор, представляющий собой частотный датчик, который преобразовывает скорость вращения (углового перемещения) в частоту изменений потока энергии (электрического тока или датчика). Располагается датчик в вблизи двигателя БПЛА. Вал датчика скорости вращения соединяется с валом двигателя путем механического соединения при помощи муфты или шкива. Задачей датчика является измерение частоты вращения вала двигателя и передача сигнала на бортовой компьютер БПЛА. Полученный сигнал анализируется бортовым компьютером и в соответствии с программой полета будет передаваться управляющий сигнал на сервопривод об увеличении или уменьшении открытия дроссельной заслонки.

Принцип действия датчика скорости вращения основан на законе электромагнитной индукции, поэтому скорость вращения ротора пропорциональна напряжению, снимаемого со щеток. Снимаемое напряжение со щеток преобразуется в сигнал, несущий информацию не только о скорости вращения вала, но и о направлении вращения. Выходной сигнал может быть представлен в виде синусоидального изменения величины (напряжения) или в виде последовательности коротких импульсов. Скорость обработки такого сигнала меньше, чем у сигнала синхронных тахогенераторов переменного тока, поэтому система управления может за короткий срок времени отреагировать на изменение положения БПЛА в пространстве, что делает автоматическое управление более эффективным.

В ходе эксплуатации тахогенератор должен передавать точную информацию несмотря на вибрацию, изменение окружающей температуры, износ трущихся частей. 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. 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.: сборник статей / Институт инженерной физики и радиоэлектроники ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»; И. В. Макаров, В. И. Кокорин. - г. Красноярск.

Размещено на Allbest.ru