¿Qué es Teoría de control?

El avance de la tecnología de control de aeronaves está estrechamente relacionado con el desarrollo de la teoría del control automático. La teoría de control se ha utilizado ampliamente en la tecnología de control de aeronaves y se han logrado muchos resultados importantes.

La teoría de control clásica seconvirtió en un estabilizador giroscópico eléctrico montado en un avión a principios del siglo XX y lo convirtió en un piloto automático, pero esto es solo el resultado de la exploración intuitiva de las personas en la práctica, y no hay una guía teórica. En ese momento, el piloto automático tenía una estructura relativamente simple, y la estabilidad y el control de la aeronave eran extremadamente simples, y la calidad del control no era alta.

Desde finales de la década de 1930 hasta principios de la de 1940, se formó la teoría clásica del control. Bajo la guía de esta teoría, se mejoró el rendimiento del piloto automático en la aeronave, y en la década de 1940 proporcionó la base para el desarrollo de los misiles V-1 y V-2.

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La teoría de control clásica es adecuada para sistemas lineales y constantes de entrada única, salida única (los parámetros no cambian con el tiempo). Por lo tanto, al analizar y diseñar sistemas de control de misiles V-1 y V-2, el movimiento del misil se descompone en un solo -Ejercicio de entrada y salida única.

El misil V-2 sale de la atmósfera desde el suelo y sus parámetros característicos varían mucho. Es un objeto que varía en el tiempo. Sin embargo, para aplicar la teoría de control clásica, se utiliza el método de congelación por coeficiente para simplificar el tiempo. -Variando objeto en un objeto fijo.

De esta manera, aunque se han puesto en uso tanto misiles V-1 como V-2, su precisión de impacto no es alta. La teoría no lineal en la teoría de control clásica se desarrolló en las décadas de 1940 y 1950. Los métodos de análisis clásicos incluyen el método de función de descripción y el método de plano de fase.

Estos métodos de análisis son más efectivos en el análisis de sistemas de guía de misiles tácticos (a menudo se utilizan métodos de control de relé no lineales), y se han convertido en uno de los factores que contribuyeron al mayor desarrollo de los misiles tácticos en la década de 1950.

Con el desarrollo de los misiles y las actividades espaciales, los requisitos de precisión para el control de las aeronaves se han mejorado considerablemente y las tareas realizadas por las aeronaves se han vuelto más complejas.

Junto con los rápidos cambios en el entorno durante el vuelo de las aeronaves, se han impuesto requisitos más estrictos a las aeronaves sistemas de control. Para cumplir con estos requisitos, se deben buscar nuevas teorías que orienten el diseño del sistema de control.

Teoría de controlmoderna La teoría de control moderna producida en la década de 1960 se basa en el concepto de variables de estado, utilizando métodos matemáticos modernos y computadoras para analizar y sintetizar nuevas teorías de sistemas de control complejos. Es adecuada para múltiples entradas, múltiples salidas, tiempo -sistemas variables o no lineales.

La aeronave y su sistema de control son exactamente tales sistemas. La aplicación de la teoría de control moderna para analizarla y sintetizarla puede hacer que el rendimiento del sistema de control de la aeronave alcance un nuevo nivel.

Desde el aterrizaje de la nave espacial Apollo en la luna en la década de 1960, el acoplamiento de la nave espacial Apollo con la nave espacial Soyuz en la década de 1970 y el exitoso vuelo del transbordador espacial en la década de 1980, no tienen nada que ver con la teoría de control moderna y aplicaciones informáticas.

En términos de precisión de control, la teoría de control moderna, computadoras y nuevos elementos y componentes se utilizan para reducir la precisión de impacto de los misiles intercontinentales de decenas de kilómetros a aproximadamente 100 metros.

Uno de los núcleos de la teoría del control moderno es la teoría del control óptimo. Esta teoría comenzó a tener una aplicación práctica a principios de la década de 1960.

Esto cambia el método de diseño de la teoría clásica de control centrado en la estabilidad y la calidad dinámica, pero considera el desempeño del sistema durante todo el período de trabajo como un todo, buscando la ley de control óptimo, que puede mejorar en gran medida el desempeño del sistema.

La teoría del control óptimo se utiliza en el control del combustible y la velocidad del motor, el control del tiempo mínimo para la corrección de la trayectoria, el control de la trayectoria óptima y el control automático del aterrizaje Se han obtenido resultados obvios.

Otro núcleo de la teoría de control moderna es la teoría de estimación óptima (filtro de Kalman). Proporciona una poderosa herramienta matemática para resolver interferencias aleatorias y problemas de control aleatorio en el control de aeronaves.

El filtrado de Kalman rompe las limitaciones del filtrado de Wiener y es adecuado para múltiples entradas, múltiples sistemas lineales de salida, procesos aleatorios estables o no estacionarios, y se usa ampliamente en el seguimiento de la medición de la órbita de las aeronaves, la intercepción de control y el encuentro.

Teoría de sistemas discretos Elsistema de control de muestreo se aplicó a los misiles en las décadas de 1940 y 1950, y la teoría de sistemas discretos correspondiente se produjo a fines de la década de 1940. Desde la década de 1960, la aplicación de sistemas de control por computadora en el control de aeronaves se ha vuelto cada vez más común.

El control por computadora (control digital) es un tipo de control discreto. La teoría de sistemas discretos se ha utilizado ampliamente en el control de aeronaves modernas. El piloto automático digital se utilizó en el módulo lunar de la nave espacial Apollo en la década de 1960.

Teoría del control adaptativo. Elentorno de vuelo variable y complejo de las aeronaves es difícil de adaptar para los sistemas de control general. Es necesario estudiar un sistema de control adaptativo que pueda cambiar automáticamente la estructura y los parámetros del sistema a medida que cambia el entorno.

Desde finales de la década de 1950 hasta finales de la de 1970, la teoría del control adaptativo se estableció gradualmente y los pilotos adaptativos se desarrollaron en consecuencia.

Teoría de sistemas a gran escalaDebido a la aplicación de la teoría de control y las computadoras modernas, el control de la aeronave se ha desarrollado desde el control general hasta el control activo (ver Tecnología de control activo) y hay más subsistemas en la aeronave. La combinación de los subsistemas para formar un sistema completo puede hacer que el rendimiento de todo el sistema sea más perfecto.

La teoría de sistemas a gran escala formada en la década de 1970 proporcionó las condiciones para el análisis y diseño de sistemas integrados de aviación. En la década de 1980, aparecieron el sistema de control integrado de vuelo de control de incendios y el sistema de control integrado de vuelo de empuje.

Los aviones modernos no solo deben tener un rendimiento excelente, sino que también deben tener la capacidad de lidiar con problemas de forma autónoma en algunos casos.

Por ejemplo, en combate aéreo, se requiere que el avión vuele automáticamente a la posición óptima para que pueda atacar eficazmente al avión enemigo. Cuando un misil ataca a un objetivo activo, el objetivo puede tomar la iniciativa para contraatacar o escapar pasivamente.

El misil debe buscar y formar automáticamente la ley de control más apropiada para completar la tarea de destruir el objetivo. Esto requiere el uso de un sistema de control más avanzado en la aeronave, un sistema de control inteligente. Este sistema tiene la capacidad de autoaprendizaje, autoanálisis e inferencia, puede mejorar automáticamente el método de control y modificar el rendimiento del sistema, y realizar mejor las tareas complejas.

Desde la década de 1970, la ciencia de sistemas, el reconocimiento de patrones, la inteligencia artificial y los sistemas expertos han proporcionado ciertas condiciones para el análisis y desarrollo de sistemas de control inteligente. Bajo la guía de la teoría de control clásica, la teoría de control moderna, la teoría de sistemas a gran escala, la ciencia de sistemas, etc., el control de aeronaves se desarrollará en la dirección de la digitalización, la integración e incluso la inteligencia.

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