Piotr Lichota

Identyfikacja parametryczna modelu matematycznego samolotu z wykorzystaniem jednoczesnych wychyleń powierzchni sterowych

Abstract:

W pracy przedstawiono nową metodę projektowania sygnałów multi-step wykorzystywanych podczas identyfikacji parametrycznej statków powietrznych. W zaproponowanym manewrze ster wysokości, ster kierunku i lotki wychylane są jednocześnie w przeciwieństwie do klasycznego podejścia. Identyfikację przeprowadzono stosując metodę czterech M opartą o przeprowadzenie eksperymentu (Manoeuvre), pomiar sygnałów (Measurements), zbudowanie modelu (Model)
i wybór metody identyfikacji (Method).

Zbiór jednoczesnych wymuszeń wyznaczono przy pomocy kryterium D-optymalnego. Wstępną wiedzę o systemie uzyskano poprzez identyfikację modelu liniowego metodą błędu wyjścia
w dziedzinie czasu. Do estymacji modelu a priori zawierającego wstępną informację o układzie wykorzystano typowe sygnały stosowane podczas identyfikacji. Punkty przełączenia dla
D-optymalnych sygnałów wejściowych określono przy pomocy dyskretnej transformaty falkowej
dla odpowiedzi modelu a priori. W celu ich określenia wprowadzono współczynniki wagowe
dla sygnałów po dekompozycji odpowiadających wychyleniom poszczególnych powierzchni sterowych. Zmiennymi decyzyjnymi były wartości sygnału pomiędzy punktami przełączeń.

Zagadnienie rozwiązano przy pomocy algorytmu genetycznego z selekcją o rankingu liniowym oraz elityzmem. Do rekombinacji wykorzystano krzyżowanie jednorodne. W celu wprowadzenia dodatkowej różnorodności w populacji wykorzystano operator mutacji. D-optymalne rozwiązanie zostało wykorzystane jako zbiór wymuszeń dla modelu nieliniowego, dla którego przeprowadzono identyfikację.

Dla modelu nieliniowego przeprowadzono także estymację, gdy zbiorami wymuszeń były harmoniczne funkcje typu multisine oraz gdy powierzchnie sterowe wychylano za pomocą klasycznych sygnałów (jednoczesnych lub jeden po drugiem). Sygnały multisine nie wpływały wzajemnie na siebie w dziedzinach czasu i częstotliwości, i minimalizowały Relative Peak Factor,
co maksymalizuje efektywność wymuszenia. Do wyznaczenia sterowania ruchem obiektu
z jednoczesnymi wychyleniami powierzchni sterowych i klasycznymi sygnałami wejściowymi wykorzystano kryterium D-optymalne. Na wymuszenia multisine i oparte o klasyczne sygnały nałożono te same ograniczenia czasowe co na manewr D-optymalny. Wymuszenia D-optymalne, multisine oraz wykorzystujące typowe sygnały wejściowe porównano pod względem dokładności estymat, czasu i przyspieszenia. Na tej podstawie stwierdzono, że manewry D-optymalny oraz multisine są lepsze niż oparte na klasycznych sygnałach i mogą być wykorzystane podczas identyfikacji statków powietrznych.