Synthesis of optimal control of an axisymmetrical rotating air-craft with using a spiral forecast model

E. A. Znamenskiy; Знаменский Е. А.; D. S. Kabanov; Кабанов Д. С.; S. A. Kabanov; Кабанов С. А.; E. N. Nikulin; Никулин Е. Н.

doi:10.31857/S0002338825010027

Synthesis of optimal control of an axisymmetrical rotating air-craft with using a spiral forecast model

Authors: Znamenskiy E.A.¹, Kabanov D.S.¹, Kabanov S.A.¹, Nikulin E.N.¹
Affiliations:
1. BGTU “VOENMEH” named after. D.F. Ustinova
Issue: No 1 (2025)
Pages: 17-27
Section: CONTROL IN DETERMINISTIC SYSTEMS
URL: https://rjsvd.com/0002-3388/article/view/684554
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002338825010027
EDN: https://elibrary.ru/AGSIDW
ID: 684554

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The article presents mathematical models of the dynamics of an aircraft stabilized by rotation. An optimal control algorithm has been developed according to the A. A. criterion. Krasovsky with such a realtime motion apparatus using a spiral forecast model in combination with a PID controller. The results of numerical simulation are presented, showing the applicability of the approach used to the considered class of aircraft.

Keywords

mathematical model, axisymmetric rotating aircraft, optimal control, spiral forecast

Full Text

About the authors

E. A. Znamenskiy

BGTU “VOENMEH” named after. D.F. Ustinova

Author for correspondence.
Email: eugenznam@mail.ru
Russian Federation, St. Petersburg

D. S. Kabanov

BGTU “VOENMEH” named after. D.F. Ustinova

Email: kabanovds@mail.ru
Russian Federation, St. Petersburg

S. A. Kabanov

BGTU “VOENMEH” named after. D.F. Ustinova

Email: kaba-sa@mail.ru
Russian Federation, St. Petersburg

E. N. Nikulin

BGTU “VOENMEH” named after. D.F. Ustinova

Email: yevgeniy.nikulin.47@mail.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

Пермяков Г.Н. Атмосферные явления природы и их регулирование. СПб.: Нестор-История, 2012. 100 с.
Горбатенко В.П., Слуцкий В.И., Бычкова Л.Н. Метеорологический радиолокатор МРЛ-5: производство наблюдений. Диагноз и прогноз опасных явлений погоды: учебное пособие. Томск: Изд-во “ТМЛ-Пресс”, 2007. 120 с.
Абшаев М.Т., Абшаев А.М., Барекова М.В., Малкарова А.М. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Нальчик: Печатный двор, 2014. 508 с.
M1156 Precision Guidance Kit [Электронный ресурс] URL: https://en.wikipedia.org/wiki/M1156_Precision_Guidance_Kit (дата обращения: 09.06.2023).
Guo Q., Song W., Gao M., Fang D. Advanced Guidance Law Design for Trajectory-corrected Rockets with Canards under Single Channel Control// Engineering Letters. 2016. V. 24. № 4. P. 469–477.
Gao M., Zhang Y., Yang S., Fang D. Trajectory Correction Capability Modeling of the Guided Projectiles with Impulse Thrusters // Engineering Letters. 2016. V. 24. № 1. P. 11–18.
Elsaadany A., Wan-jun Y. Accuracy Improvement Capability of Advanced Projectile Based on Course Correction Fuze Concept // The Scientific World J. 2014. 10 p. [Электронный ресурс]. URL: https://www.hindawi.com/journals/tswj/2014/273450/ (дата обращения: 09.06.2023).
Wang Y., Song W. Correction Mechanism Analysis for a Class of Spin-stabilized Projectile with Fixed Canards // Engineering Letters. 2015. V. 23. № 4. [Электронный ресурс]. URL: http://www.engineeringletters.com/issues_v23/issue_4/EL_23_4_05.pdf (дата обращения: 09.06.2023).
Cheng J., Shen Q., Deng Z., Deng Z. Novel Aiming Method for Spin-Stabilized Projectiles with a Course Correction Fuze Actuated by Fixed Canards //Electronics. 2019. V. 8. P. 1135–1155.
Знаменский Е.А., Панченко А.В. Приложение аналитического решения задачи о вращательном движении оси снаряда к проектированию систем коррекции // Тр. 19-й Всероссийск. науч.-техн. конф. “Проектирование систем вооружения и измерительных комплексов”. Нижний Тагил: НТИ УрФУ (филиал), 2023. С. 92–99.
Знаменский Е.А. Исследование системы аэродинамической коррекции с одной степенью свободы для артиллерийских снарядов, стабилизированных вращением // Сб. тр. VII Всероссийск. науч.-техн. конф. “Фундаментальные основы баллистического проектирования”. СПб.: Изд-во Балтийск. гос. техн. ун-та, 2022. С. 14–24.
Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. М.: Наука, 1973. 560 с.
Кабанов С.А. Управление системами на прогнозирующих моделях. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1997. 200 с.
Кабанов Д.С., Никулин Е.Н. Алгоритм последовательной оптимизации этапа выдвижения спиц крупногабаритного трансформируемого рефлектора // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 3. С. 192–201.
Беллман Р. Процессы регулирования с адаптацией. М.: Наука, 1964. 360 с.
Малышев В.В., Кабанов Д.С. Алгоритм коррекции структуры управления автоматическим подводным аппаратом для построения области достижимости // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 7. С. 21–27.
Кабанов С.А. Оптимизация динамики систем при действии возмущений. М.: Физматлит, 2008. 200 с.
Кабанов Д.С. Оптимизация пространственного маневра автоматического подводного аппарата с коррекцией параметров структуры управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 1. С. 60–66.
Кабанов С.А., Митин Ф. В. Оптимизация процессов раскрытия и создания формы трансформируемого рефлектора космического базирования // Изв. РАН. ТиСУ. 2021. № 2. С. 106–125.
Кабанов С.А. Оптимизация динамики систем с коррекцией параметров структуры управления // Вестн. С.- Петербургск. ун-та. Сер.1. Математика. Механика. Астрономия. 2014. Т. 1. Вып. 2. С. 254–260.
Красовский А.А. Адаптивный оптимальный регулятор с переменным порядком наблюдателя и временем экстраполяции // Аи Т. 1994. № 11. С. 97–112.
Красовский А.А. Алгоритмические основы оптимальных адаптивных регуляторов нового класса // Аи Т. 1995. № 9. С. 104–116.
Красовский А.А., Наумов А.И. Аналитическая теория самоорганизующихся систем управления с высоким уровнем искусственного интеллекта // Изв. РАН. ТиСУ. 2001. № 1. С. 69–75.
Квстратов И.Ю., Кабанов С.А., Сиротинкин В.В. Управление многомерным объектом с помощью самоорганизующегося адаптивного регулятора // Изв. РАН. ТиСУ. 1997. № 3. С. 107–112.
Кабанов С.А. Управление с самоорганизацией как инструмент для решения оптимизационных задач в социально-экономической сфере // Изв. РАН. ТиСУ. 1999. № 3. С. 172–176.
Красовский А.А. Метод быстрого численного интегрирования одного класса динамических систем // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика. 1989. № 1. С. 3–14.
Красовский А.А. Основы алгоритмического обеспечения систем автоматического управления полетом с глубокой интеграцией // Вопр. кибернетики: Проблемы комплексирования кибернетических динамических систем. М.: АН РСФСР, 1992. С. 6–30.
Горбатенко С.А., Макашов Э.М., Полушкин Ю.Ф., Шефтель Л.В. Механика полета (Общие сведения. Уравнения движения): инж. справочник. М.: Машиностроение, 1969. 420 с.
Дмитриевский А.А. Внешняя баллистика. М.: Машиностроение, 1972. 584 с.
Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / Под ред. М. Н. Красильщикова, Г. Г. Себрякова. М.: Физматлит, 2003. 280с.
Красовский А.А., Ермилов А.С. Боевое применение и эффективность пилотажно-навигационных комплексов летательных аппаратов. М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1989. 288с.
Кабанов С.А., Александров А.А. Оптимизация траектории пространственного движения летательного аппарата как твердого тела // Аи Т. 2010. № 1. С 46–56.
Теряев Е.Д., Филимонов А.Б., Филимонов Н.Б., Петрин К.В. Концепция “гибких кинематических траекторий” в задачах терминального управления подвижными объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 12. С. 7–15.
Wang H.M, Kabanov S.A. Optimal Control of the Return of a Flying Object on the Hierarchy of Criterion of Quality // FIRA Robot World Congress. Seoul, 2002. P. 187–190.
Красовский А.А. Теория самоорганизующегося оптимального регулятора биномиального типа в детерминированно-стохастическом приближении // Аи Т. 1999. № 5. С. 97–113.
Кабанов С.А., Кабанов Д.С. Задачи управления с оптимизацией параметров прогнозирующих моделей. СПб.: Изд-во Балтийск. гос. техн. ун-та, 2017. 110с.