Локализация скрытых колебаний в системах управления полетом

В статье исследуется задача управления с ограничениями на величину и скорость управляющего воздействия в применении к системам управления летательными аппаратами (ЛА). Известно, что в системе с ограничениями на скорость и величину отклонения рулевых органов могут возникнуть автоколебания значительной амплитуды, так называемая «потеря устойчивости в большом». Если ЛА аэродинамически устойчив, то в угловом продольном движении могут существовать устойчивый предельный цикл с малой амплитудой и неустойчивый — с большой. Если ЛА аэродинамически неустойчив, то может реализоваться один из двух устойчивых предельных циклов с малой амплитудой. Кроме того, имеется и неустойчивый предельный цикл, наличие которого делает необходимым исследование устойчивости самолета «в большом», то есть при воздействии на самолет больших возмущений, которые выводят его за границу амплитуды неустойчивого предельного цикла. Влияние нелинейностей типа «насыщение» может вызвать и так называемую «раскачку самолета летчиком», нарушающую процесс пилотирования.
Для исследования процессов, которые могут возникнуть в нелинейных системах управления ЛА, простое компьютерное моделирование является ненадежным инструментом, который может привести к неправильным выводам. Для получения достоверных результатов моделирования следует аналитически исследовать условие единственности предельного решения либо применить специальные аналитико-численные методы, позволяющие найти скрытые колебания.
В статье описан аналитико-численный метод для локализации и определения параметров скрытых колебаний в нелинейных системах и показано его применение для анализа динамики систем управления летательными аппаратами различных типов: управление углом рыскания ракеты-носителя с учетом нежесткости ее конструкции, системы автопилотирования самолета при управлении углом атаки, а также человеко-машинной системы самолет-пилот, снабженной средствами автоматизации управления.