книги из ГПНТБ / Кашин Г.М. Автоматическое управление продольным движением упругого самолета

и коэффициентом передачи (передаточной функции) цепи между нелинейным элементом у' (у) рулевого привода автопилота и точкой 1 формирующего фильтра, т. е.

включаемый после нелинейного элемента, необходим для ослаб­ ления сигналов с частотами, большими частоты автоколебаний соа контура стабилизации. Параметры фильтров могут быть вы­

браны следующие: 7,3 = 0,3—0,5 с; kB=0,3—1 ;— ^соа; иф = 0,3—

0,5; = 2—5.

Для спектральных анализаторов, показанных на рис. 6. 3, а, б, фильтр, включаемый после нелинейного элемента, целесообразно

выбрать с передаточной функцией ----------—-------- .

быть такой, чтобы синхронный детектор работал в режиме сред­ них номинальных напряжений.

На рис. 6. 6 показаны соответственно процессы в спектраль­ ных анализаторах, изображенных на схемах рис. 6.3, при вклю­ чении на вход синусоидального напряжения w0=5sinco/. Из кри­ вых видно, что наибольшие наклоны выходного сигнала имеют место в схемах со спектральными анализаторами, выполнен­ ными по схемам на рис. 6.3, б, в.

Цепи системы самонастройки, выполненные по этим схемам, имеют высокую чувствительность и хорошую избирательность.

На частоте входного сигнала f = 5 Гц величина - - > 0 . Это опре­

деляет качество помехозащищенности на высоких частотах.

26 0

рис. 6. 7. В этой схеме на вход спектрального анализатора по­ дается суммарный сигнал отклонения руля 6 и сигнал с датчика угловой скорости Еь Такое включение целесообразно с точки зре­

бывает на режимах полета при малых скоростных напорах), основным сигналом, поступающим на спектральный анализатор,

Рис. 6. 7. Структурная схема самонастраивающейся системы стабилизации угловой скорости

движения руля вызывают большие угловые скорости самолета, основным сигналом, поступающим на спектральный анализатор, будет сигнал датчика угловой скорости. Точки б и ei являются самыми чувствительными точками.

Из схемы, приведенной на рис. 6.7, видно, что входной сиг­ нал цепи самонастройки «о определится соотношением (динами­ ческие свойства ДУС здесь не учитываются)

Величина k& изменяется по режимам полета в пределах

0,1—1,5 с -1.

Таким обазом, съем напряжений с двух точек схемы обеспе­ чивает нормирование входного сигнала Uo(t) спектрального ана­ лизатора.

Прежде чем определить коэффициент усиления Аи интегри­ рующего устройства контура самонастройки, необходимо уточ­

261

нить частоту настройки ши.а спектрального анализатора, кото­ рая, как указывалось ранее, находится в пределах

-------- О н . а О а -

Фпах

При определении коэффициента усиления k в прямой цепи критерием оптимальности может быть обеспечение запаса устой­ чивости контура стабилизации угловой скорости (—6 дБ) или обеспечение минимума интегральной квадратичной оценки

Первый и второй критерии должны поддерживаться практи­ чески неизменными во всех режимах полета за счет самона­ страивающейся системы. Частота настройки сои.а может быть on-, ределена из условия

лов синхронного детектора, получаемые при подаче возмущения 6Л на вход системы при разомкнутом контуре самонастройки. Учитывая соотношение (6.29) и изменяя Тя (когда /» —>min), можно определить частоту настройки соп.а, что легко выполнить на ЦВМ.

Частота настройки сон.а может быть определена также на ана­ логовой вычислительной машине путем измерения в точке 7 (см.

дк

для худшего в смысле устойчивости случая, когда в системе дей­ ствуют возмущения, выводящие рулевую машину в режим на­ сыщения по скорости. Тогда

2 6 2

Коэффициент усиления k0 выбирается из условия обеспече­ ния запаса устойчивости — б дБ из следующего соотношения:

Р и с . 6 . 8. Схема линеаризованной самонастраивающейся системы стабилиза­ ции угловой скорости

тур самонастройки, в котором неизвестным является коэффи­ циент усиления интегрирующего устройства k„. Исследуем устой­ чивость системы в зависимости от изменения коэффициента ka.

Устойчивость замкнутой системы автоматического регулиро­ вания, как известно, определяется характеристическим уравне­ нием вида

При исследовании многоконтурных систем со многими пара­ метрами более точное представление об устойчивости системы дает характеристическое уравнение вида

Из схемы на рис. 6.8 видно, что передаточная функция от точки 3 к точке 6 определится выражением

Как видно, функция В(р) является частью характеристического уравнения контура стабилизации. Функция А(р) определяет

263

цепь самонастройки. Можно исследовать устойчивость такой

Рис. 6.9. Исследование устойчивости самонастраи­ вающейся системы

проводится вектор, соединяющий точки, которые характери­ зуются одним и тем же значением частот. Этот разностный век­ тор и является вектором В (/со) +А (/со). Полный угол, который описывает этот вектор при изменении со от —оо до +оо, пропор­ ционален числу поворотов вокруг начала координат плоскости F. Если вектор F Цсо) не совершит ни одного оборота, то система устойчива. Если разностный вектор F Цсо) проходит через начало координат плоскости F, то система автоматического регулирова­ ния находится на границе устойчивости. Построение можно ограничить областью положительных частот.

Исследование устойчивости описанным выше методом удобно выполнить путем построения логарифмических частотных харак­ теристик. На рис. 6.9 осуществлено построение фазовых и ам­ плитудных характеристик функций — В (/со) и А (/со). В этом слу­ чае амплитудная и фазовая характеристики функции — ВЦ со) являются опорными для соответствующих характеристик функ­ ции АЦсо) двухконтурной системы подобно тому, как амплитуд-

264

зрения устойчивости. Так, фазовая характеристика <рд(со) пере­ секает кривую опорных частот (фв—л) в точках с частотами иь со2 и (Оз. Из анализа амплитудной характеристики | Л (/со) | и опорной характеристики |В(/со) |' видим, что минимальный запас

Отрезок а, б определяет диапазон, в котором может изменяться коэффициент усиления ka. Коэффициент k„ выбирается такой ве­ личины, чтобы запас устойчивости самонастраивающейся системы был не менее — (7—8) дБ. Нижний предел значения /ги ограничивается минимально необходимой скоростью самона­ стройки. Максимальное значение ки определяется временем за тухания автоколебательного процесса /З.а при скачкообразном уменьшении коэффициента усиления k в два раза в прямой цепи от его максимального граничного значения йщахгрВеличина kи должна быть такой, чтобы за это же время коэффициент k цепи самонастройки успел уменьшиться от величины &таХгр До зна­

чения *opt — шахгр (соответствующего запасу устойчивости —

6 дБ). Коэффициент k„ выбирается в диапазоне 2—5. Из лога­ рифмических характеристик видно, что (Oi<(i)H.a<coa.

На рис. 6. 10,6 показана структурная схема линеаризованной самонастраивающейся системы СЛС со спектральным анали­ затором и формирующим фильтром, имеющими следующие ха­ рактеристики:

*Ф=0,75; *6=0,1; Сн = 0,4; Сф = 0,35.

В этой системе настраиваемый коэффициент усиления нахо­ дится в прямой цепи и съем сигналов на спектральный анали-

265

затор осуществляется в одной точке системы стабилизации.

HP

На рис. 6. 11 вычерчены кривые границ устойчивости, из ко­ торых следует, что при + = 1 2 система неустойчива. Приемлемыми являются значения + = 2=5. На осцил-

266

лизаторами, показанными на рис. 6.3, а, б и в . На вход системы подавались синусоидальные напряжения с частотами 0 ,5 < /< <1,5 Гц. В этом диапазоне частот находится основной спектр возмущений ветра и управляющих воздействий летчика. Из осциллограммы на рис. 6. 12 (система со спектральным аналщ затором на рис. 6.3, а) видно, что на режиме малых скоростных напоров (режим № 2) настройка коэффициента k от нулевого значения до минимальной величины осуществляется за 10—15 с

267

При увеличении коэффициента усиления в прямой цепи насту­ пает режим автоколебаний в системе, который устраняется с по­ мощью самонастраивающейся системы за время не более 3 с.

Режим №2

Рис. 6. 12. Переходные процессы в самонастраивающейся системе угловой скорости (со спектральным анализатором, приведенным на рис. 6. 3, а)

5)

Рис. 6. 13. Переходные процессы в самонастраивающейся системе управления угловой скоростью (со спектральным анализатором, приведенным на рис. 6. 3, е)

запас устойчивости. Эта схема имеет слабую помехозащищен­ ность. Так, при'подаче на ее вход сигнала с частотой 6 Гц (см. рис. 6.12,6) наблюдается довольно быстрое уменьшение коэф­

26 8

фициента усиления к. Система самонастройки со спектральным анализатором, выполненным по схеме рис. 6. 3, б, имеет лучшую

процессы в системе со спектральным анализатором, показанным на рис. 6.3, в. В этой схеме настройка коэффициента k до мини­ мальных значений осуществляется за 2—5 с. Автоколебатель­ ный режим устраняется за 1—2 с. Система имеет хорошую помехозащищенность. Эта схема несколько сложнее в реализа­ ции, но обеспечивает лучшее качество настройки коэффициента усиления к.

ниями являются управляющие сигналы летчика при полуавто­ матическом управлении (или управляющие сигналы САУ) и сиг­ налы датчиков, обусловленные возмущениями ветра и упругими колебаниями.

Спектральная плотность помехи от упругих колебаний само­ лета имеет ярко выраженные максимумы на частотах тонов. Ча­ стоты этих тонов больше частоты настройки спектрального ана­ лизатора.

Основная мощность спектра возмущений от летчика и ветра (см., рис. 3. 25 и 3. 26) лежит левее частоты настройки спек­ трального анализатора. Сигналы этих возмущений, проходя по цепи самонастройки, сформируют выходной сигнал ивых такого знака, который необходим, чтобы вызвать увеличение коэффи­ циента усиления k. И наоборот, сигналы от помех упругих коле­ баний с частотами (о>о)н.а образуют сигнал цВЫх обратной по­ лярности, вызывающий уменьшение коэффициента усиления к прямой цепи.

Чтобы представить работу системы самонастройки, необхо­ димо рассмотреть, как усиливается спектр сигналов, циркули­ рующих в замкнутом контуре стабилизации и поступающих на вход формирующего фильтра. Для данного случая необходимо иметь частотные характеристики

при различных значениях коэффициента усиления k.

Частотные характеристики (6.31) показаны на рис. 6.14. На рис. 6. 15 представлены спектральные плотности воздействий

269