Analytical Synthesis of an Aircraft’s Lateral Motion Control by Output at the Lack of Measurements of Slip and Roll Angles

N. E. Zubov; Зубов Н. Е.; E. Yu. Zybin; Зыбин Е. Ю.; A. V. Lapin; Лапин А. В.

doi:10.31857/S0002338823020191

Analytical Synthesis of an Aircraft’s Lateral Motion Control by Output at the Lack of Measurements of Slip and Roll Angles

Authors: Zubov N.E.¹, Zybin E.Y.², Lapin A.V.¹^,2
Affiliations:
1. Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russia
2. Federal Autonomous Enterprise State Research Institute of Aviation Systems (GosNIIAS), 125167, Moscow, Russia
Issue: No 3 (2023)
Pages: 133-140
Section: CONTROL SYSTEMS FOR MOVING OBJECTS
URL: https://rjmseer.com/0002-3388/article/view/676491
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002338823020191
EDN: https://elibrary.ru/JFPEOZ
ID: 676491

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

For a linearized fourth-order model describing the lateral motion of an aircraft with two controls, the stabilizing control laws analytical expressions are obtained at the lack of measurements of slip and roll angles. Analytical synthesis is based on a new approach of solving the problem of control by output. In contrast to the traditional Van der Woude approach using multilevel decomposition, the proposed approach is applicable to a wide class of systems with total dimension of control and observation vectors not exceeding the dimension of state vector. A compact formula is presented that determines the matrix of controller by output for a fourth-order dynamic system with two inputs and two outputs, provided that the indices of controllability and observability are not equal to each other. The results of simulation of control processes are given on the example of stabilization of the lateral motion of a hypothetical aircraft.

References

Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Рябченко В.Н., Фомичев А.В. Синтез законов управления боковым движением летательного аппарата при отсутствии информации об угле скольжения. Аналитическое решение // Изв. вузов. Авиационная техника. 2017. № 1. С. 61–70.
Буков В.Н. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом. М.: Наука, 1987.
Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Рябченко В.Н., Пролетарский А.В. Аналитический синтез законов управления боковым движением летательного аппарата // Изв. вузов. Авиационная техника. 2015. № 3. С. 14–20.
Зубов Н.Е., Лапин А.В., Рябченко В.Н. Аналитический алгоритм построения орбитальной ориентации космического аппарата при неполном измерении компонент вектора состояния // Изв. РАН. ТиСУ. 2019. № 6. С. 128–138. https://doi.org/10.1134/S0002338819040176
Lapin A.V., Zubov N.E. Autonomous Stabilization of a Spacecraft Orbital Orientation at the Lack of Angular Velocity Measurements // Int. Russian Automation Conf. Sochi. 2022. P. 51–56. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896299.
Буков В.Н. Вложение систем. Аналитический подход к анализу и синтезу матричных систем. Калуга: Изд-во Н.Ф. Бочкаревой, 2006. 716 с.
Зубов Н.Е., Рябченко В.Н., Лапин А.В. Аналитический синтез законов стабилизации взаимосвязанных движений летательного аппарата в каналах тангаж-рысканье при отсутствии информации об угле атаки // Изв. вузов. Авиационная техника. 2022. № 1. С. 87–96.
Зубов Н.Е., Лапин А.В., Микрин Е.А., Рябченко В.Н. Управление по выходу спектром линейной динамической системы на основе подхода Ван дер Воуда // ДАН. 2017. Т. 476. № 3. С. 260–263.
Lapin A.V., Zubov N.E. Generalization of Bass – Gura Formula for Linear Dynamic Systems with Vector Control // Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences. 2020. V. 89. Iss. 2. P. 41–64. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-2-41-64
Зыбин Е.Ю., Мисриханов М.Ш., Рябченко В.Н. Рекурсивные тесты на управляемость и наблюдаемость больших динамических систем // АиТ. 2006. № 5. С. 119–132.
Скороход Б.А., Колежук В.С. Определение индекса наблюдаемости линейной дискретной системы с векторным выходом // Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. 2003. № 6. С. 24–28.
Ким Д.П. Теория автоматического управления. М.: Юрайт, 2020. 276 с.
Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Физматлит, 2010. 560 с.
Лапин А.В., Зубов Н.Е. Реализация в среде MATLAB аналитических алгоритмов модального управления по состоянию и выходу // Инженерный журнал: наука и инновации. 2020. № 1 (97). С. 1–16. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2020-1-1950
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1974. 832 с.
Lapin A.V., Zubov N.E. Analytic Solution of the Problem of Stabilizing Orbital Orientation of a Spacecraft with Flywheel Engines // AIP Conf. Proceedings. Moscow. 2021. V. 2318. Iss. 1. 130009. P. 1–8. https://doi.org/10.1063/5.0036155.
Kisacanin B., Agarwal G.C. Linear Control Systems: With Solved Problems and MATLAB Examples. N.Y.: Kluwer Acad. Plenum Publ., 2002.