- •Жанжеров Е.Г.
- •1.1. Назначение системы стабилизации летательных аппаратов
- •1.2. Функциональная схема системы стабилизации
- •1.4. Возмущения, действующие на летательный аппарат в полете
- •1.5. Рулевые органы летательного аппарата
- •СТАБИЛИЗАЦИЯ УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ ЖЕСТКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
- •2.1. Структурная схема системы стабилизации
- •2.5. Анализ точности дискретного канала рысканья системы угловой стабилизации
- •2.6. Способ повышения точности стабилизации движения летательного аппарата по каналу тангажа
- •РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ
- •4.1. Функциональная схема рулевого привода
- •4.2. Принцип действия рулевых машин
- •4.3. Передаточные функции рулевых машин
- •4.4. Передаточная функция рулевого привода
- •Глава 5
- •5.1. Влияние упругих колебаний корпуса на угловое движение летательного аппарата
- •5.3. Структурная схема системы угловой стабилизации упругого летательного аппарата
- •5.4. Явление транспонирования частоты в системе угловой стабилизации упругого летательного аппарата
- •5.6. Условия стабилизации четных и нечетных тонов упругих колебаний корпуса летательного аппарата
- •5.8. Методика выбора частоты квантования при стабилизации нескольких тонов упругих колебаний корпуса
- •Глава 6
- •6.1. Уравнения движения летательного аппарата при учете колебаний жидкого топлива
- •'Pvefp
- •6.3. Стабилизация углового движения летательного аппарата при учете колебаний топлива в баках
- •СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ЦЕНТРА МАСС ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
- •7.1. Принципы построения системы стабилизации
- •7.2. Выбор закона управления системы боковой стабилизации
- •7.3. Анализ динамики системы боковой стабилизации
- •8.1. Понятие о квантовании сигнала по уровню
- •8.4. Динамика системы стабилизации при учете нелинейности рулевого привода
- •МЕТОДЫ ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ
- •Интегрирование по правилу прямоугольников
Недостатки электрических РМ - сравнительно малые моменты, разви ваемые на валу, при равных габаритах и весе с электрогидравлическими РМ.
Применяются электрические РМ на вторых ступенях ракет, где для управления рулевыми органами не требуются значительные усилия.
Рулевые мамины дискретного действия. Из рулевых машин дис кретного действия наибольшее применение находит РМ с использованием шаговых двигателей (рис. 4.4). Шаговый двигатель (Ш Д) представляет собой синхронный двигатель переменного тока с асинхронным пуском. Металл, из которого выполнен ротор, обладает остаточным намагничи ванием за счет наличия петли гистерезиса. Такие двигатели называются гистерезисными.
Рис. 4.4
На шаговый двигатель поступает сигнал в виде унитарного кода. ШД воздействует на золотниковый механизм (ЗМ) гидроусилителя (ГУ), в ре зультате чего происходит перераспределение давлений в рабочем цилинд ре (РЦ), что обусловливает перемещение выходного вала РМ.
В данных рулевых машинах применяется механическая жесткая отри цательная обратная связь (МОС).
Достоинства данных РМ - значительные развиваемые силы и момен ты, хорошее быстродействие, упрощение реализации преобразователя, со гласующего РМ с БЦВМ, так как цифровой код преобразуется в унитар ный код, а не в аналоговый сигнал. Рулевые машины дискретного действия нашли широкое применение на первых и вторых ступенях ракет.
4.3. Передаточные функции рулевых машин
Получим дифференциальное уравнение рулевой машины, а затем оп ределим передаточную функцию РМ при различных условиях. Запишем уравнение моментов РМ:
где А/р - момент, развиваемый РМ;
Мц - инерционный момент;
Л/д- демпфирующий момент;
Мс - статический момент.
Как правило, рулевые машины работают на линейном участке мо-
ментной характеристики, поэтому можно записать, что |
|
Л/р = К1у. |
(4.2) |
здесь /у- ток на выходе усилителя. |
|
Л/„=/5, |
(4.3) |
где /- приведенный к выходному валу момент инерции подвижных частей РМ и рулевых органов;
5 - угловое ускорение выходного вала РМ. |
|
Л/д =Л:Д5, |
(4.4) |
где Кд - коэффициент демпфирования; |
|
8 - угловая скорость выходного вала РМ. |
|
МС=КШЬ, |
(4.5) |
где Кш- коэффициент статического или, как его обычно называют, шар нирного момента РМ, зависящего от угла поворота вала РМ (5) и от силы воздействия воздушной или газовой струи на рулевой орган.
Подставив зависимости (4.2)-(4.5) в (4.1), получим
|
|
|
К1у =1Ь+ КДЬ + КШ&. |
(4.6) |
|||
Из выражение (4.6) найдем передаточную функцию РМ: |
|||||||
|
|
IV |
(р)= |
U p ) |
= |
к |
(4.7) |
|
|
PMW |
, 2 |
„ |
i |
||
|
|
|
|
У |
Ip |
+ КдЬ +Кщ |
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
(г?)- |
2 |
2 |
|
(4.8) |
|
|
PMW |
|
’ |
|||
|
|
|
?РМ Р |
+ 27рм ^РМ Р +1 |
|||
„ |
К |
|
|
|
|
|
|
где Лрм =-р— ; |
Г т ~ ][к ш* |
* РМ~2т1/Кш ' |
|||||
|
л ш |
||||||
Рассмотрим следующие частные случаи:
1. Рулевые органы представляют собой газодинамические рули. В этом случае основной нагрузкой на РМ является статическая нагрузка,
обусловленная шарнирным моментом. Тогда можно записать, что
Мш» Ми, т.е. можно пренебречь инерционным моментом. При учете дан ного допущения передаточная функция рулевой машины запишется в виде
|
КрМ |
(4.9) |
|
r m (p )~ |
|
|
Трм Р+1' |
|
где |
Кп |
|
Тт = -р— ■ |
|
2. Рулевые органы представляют собой камеры маршевого либо руле
вого двигателя. В таком случае шарнирный момент мал и им можно пренебречь. Передаточная функция РМ запишется в виде
Wm(p) = |
РМ |
|
|
Р(-Т т Р + Ъ |
(4.10) |
||
|
|||
где |
|
|
|
Ярм |
Т т = Т , - |
|
|
Л д |
|
||
Если не учитывать инерционность РМ, то передаточная функция |
|||
примет вид |
|
|
|
Тш (р) = ^ |
|
||
|
|
(4.11) |
|
т.е. в этом случае рулевая машина представляет собой интегрирующие звено.
4.4. Передаточная функция рулевого привода
Представим структурную схему рулевого привода (рис. 4.5), исполь зуя зависимость для передаточной функции РМ вида (4.10). На рис. 4.5 обозначено: К\ - коэффициент передачи усилителя в прямой цепи; К2 -
коэффициент передачи усилителя в цепи обратной связи; KQQ - коэффи циент передачи цепи обратной связи.
Определим передаточную функцию РП:
йрм ( Р) = |
Р(Т?м Р + 1) |
* 1 * Р М |
1t К2К0СКШ |
2 |
Р(Т?мР + 1)
Рис. 4.5
Wn( р ) = — |
|
---------------- , |
( 4 . 1 3 ) |
Г ПУ |
+ 2 |
7 ^ + 1 |
|
к _ |
* 1 . |
|
|
&2к ОС |
|
( 4 . 1 4 ) |
|
г „ - 1 |
Г р м |
; |
( 4 . 1 5 ) |
i K m K2Koc |
|
||
р - |
1 |
|
( 4 . 1 6 ) |
2^1Т?МКРМК2КОС
Итак, рулевой привод представляет собой колебательное звено (при £п< 1). Как видно из уравнения (4.14), коэффициент передачи РП не за висит от коэффициента передачи рулевой машины.
Зависимость (4.15) показывает, что замыкание контура привода жест кой отрицательной обратной связью приводит к уменьшению инерци онности рулевого привода при выполнении условия
* 2 * О С * Р М > 1 . |
(4.17) |
Определим пределы изменения коэффициента усиления в цепи обрат ной связи К2. С помощью зависимости (4.17) можно найти нижний предел коэффициента К2. Верхний предел можно определить, задавшись значени ем коэффициента демпфирования
Sn^0,5. (4.18)
Учитывая (4.16), (4.17), (4.18), получим зависимость для выбора/^-
1 |
1 |
(4.19) |
<К 2 < |
|
ЯрМ^ОС^РМ ^ОС^РМ
В заключение можно отметить, что обратная связь в РП реализуется с помощью датчиков обратной связи потенциометрического либо индук ционного типа.
4.5.Влияние инерционности рулевого привода на динамику
системы угловой стабилизации
Влияние инерционности РП рассмотрим на примере аналогового кана ла рысканья СУС с учетом того, что передаточная функция корректиру ющего контура представлена зависимостью (3.24).
Структурная схема канала рысканья изображена на рис. 4.6. Проанализируем устойчивость СУС без учета и с учетом инерци
онности РП. Используем для решения данной задачи метод логарифми ческих частотных характеристик (ЛЧХ).
Рис. 4.6
Запишем передаточную функцию разомкнутой системы без учета инерциальносги рулевого привода W](p) и с учетом инерциальности Wz(pY
W\{p) = КгКкКпЬуЛ «Л^ + \ |
\— = Ко |
---------Т*1 P + 1 — . |
к2 p + l р |
+ ьw |
(Гк2 р+1){Т2рр2+1) |
Здесь |
|
|
TP = J j r - i К0 =К гКкКп.
А10\у\|/
Тк\ Р + 1
(Г к1 р + \)(Т2рр2-\)(т1р2 +2Тп^пр + \)
Построим ЛЧХ для данных двух случаев, считая ЛА статически неус тойчивым и учитывая, что Гр >ТК\> ? >ТП.
ЛЧХ приведены на рис. 4.7. Как видно из рисунка, инерционность РП ухудшает качество процесса регулирования СУС, так как уменьшаются за пасы по амплитуде и фазе.
АА\ > АА2, Аф1> Дф2-
В связи с вышеизложенным в системах стабилизации ЛА применяют ся рулевые приводы, обладающие малой инерционностью (Гп = = 0,02...0,05 с).