ТАУ-ликбез

Версия 10:02, 21 декабря 2022

Тау-----автор Книжников ВВ

Любая робототехника как связка механики, электроники и программирования называемой системой строится на фундаменте прикладной науки---теории автоматического управления  (ТАУ)!!!

В основе ТАУ заложены три фундаментальных кита-----

1) устойчивость определяет время возращение системы в предыдущее состояние после внешнего возмущения!

2) управляемость определяет время реакции положения системы на команду или отклика на перекладку руля!

3) маневримость определяет возможность угловых скоростей направления движения или переносимой системой перегрузки!

решение комплексного уравнения трёх состояний системы и есть задача полноценной САУ!

Устойчивость и управляемость

Понятие устойчивости условно разделяется на статическую например стул, автомобиль и динамическую типа велосипеда, мультироторного коптера, где нужно всё время подруливать восстанавливающей силой от движения, чтобы не опрокинуться!

Силовое управление возможно через момент силы принудительного динамического возмущения по какой либо оси---- тангаж, крен и рыскание! В авиации управляемость это , когда аэродинамические рули генерят боковую составляющую наведённой аэросилы противоположной отклонению вектора потока, нарушая устойчивость!

Математический анализ

Для описания сложной траектории движения дрона, или полёта по маршруту бпла, или работы манипулятора в трехмерном пространстве применяется мат-анализ из курса высшей математики технического вуза!

Вся задача стабилизации по трем осям координат дрона сводится к дроблению и интерполяциям по широко применяемым функциям ----то есть линерезация, гиперболизация, степенная или логарифмические функции, параболы, синусойды и экспоненты методом полиномов или бином ньютона для циклических задач!

Программное обеспечение автопилота эмулирует эти математические закономерности для расчета траектории по заданному маршруту в зависимости от выполнения входных данных со всевозможных встроенных и периферийных датчиков при условии приемлемых пределов устойчивости и управляемости сау в целом----- то есть экстраполяции или предугадывание желаемого положение тела в пространстве -----например воздушная кобра пугачёва и сальто вперёд или назад с одновременным вращением в двух осях типа пируэта.

Обратная связь

Основа динамической устойчивости любой системы ----это принцип обратной связи или следящая система, где чувствительность определяет обратное 
воздействие на возмущение через изменение значения датчика по инверсионному входу операционного усилителя.

Обратная связь может быть механической через положение ручки потенциометра типа рулевой машинки или магнитной по изменению напряженности поля типа датчики холла, оптической через фоторезисторы на яркость освещения, угловой скорости типа гироскопы, вектора ускорения типа акселирометры, термо и тензодатчики, микрофоны!

Прогресс силы

В тау есть понятие как прогресс силы или производная изменение силы по времени-----эта функция переходного процесса важна для более плавных движений под нагрузкой и уменьшения дискретности ! Особенно необходимо в манипуляторе при воздействии на интересуемый объект,чтобы его не разрушить------например схватить тонкий пластиковый стаканчик с водой, не смять его и не расплескать содержимое при переносе или просверлить тонким хрупким сверлом твердый материал!

Для этого существуют тензодатчики на захватах и сочленениях манипулятора, которые передают данные о силе воздействия на объёкт по принципу обратной связи через порты связи на чип автопилота, где математически эмулируется нежный захват по переходному процессу например синусоида или экспонента! Один из способов уменьшить дискретность манипулятора это введение в сочленения упругого элемента типа резины или пружины с низким коэф упругости по закону Гука по типу связок в мышцах животного!

Обязательно применяется в автоматической регулировки ПИДов переменный коэф. усиления или АРУ от входных данных по функции гиперболы или динамический компрессор----

при слабых входных значениях чувствительность возрастает и коэф. ПИД увеличивается, а при сильных наоборот загрубляется, это раздвигает динамический диапазон применения ап от очень слабых до сильных возмущений!

устройство автопилота смотри в статье "системы автоматического управления"

Схемы управления ла

Метод управления по принципу скоса струи воздуха управляющими рулями в противоположную сторону увеличения аэродинамической силы или момента опрокидывания по третьему закону Ньютона относительно точки центра масс ла!!!

где коэф.продольной устойчивости Aго=(Sстаб/Sкр)(b/CAXкр)

1) бойцовая-----при Аго=0.4-0.5 центровка Хцм=(20-25)%САХ крылья по крену элеронами,хвостовой стабилизатор по тангажу рулем высоты или элеватором!

2) летающее крыло----при Аго=-0.15-0.2 центровка Хцм=(15-20)%САХ крылья по крену и тангажу элевонами развитыми по всей длине!

3) пилотажный мотопланер----при Аго=0.7-0.8 центровка Хцм=(35-40)%САХ крылья по крену и тангажу флаперонами развитыми по всей длине методом изменения кривизны профиля, хвост не задействован!

4) паритель----при Аго=1.0-1.2 центровка Хцм=(50-60)%САХ хвостовым стабилизатором по тангажу и килем по рысканию, крылья не используются!

5) классическая пилотажка---при Аго=0.6 центровка Хцм=30%САХ крылья по крену элеронами,стабилизатор по тангажу рулём высоты,киль по рысканию рулём направления!

6) квадрокоптер по Х схеме----разнотягом парой моторов в сторону опрокидывания по тангажу и крену,рыскание реактивным моментом по диагонали!