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

Рис. 6. 14. Частотные характеристики параметров замкнутой системы стабилизации угловой ско­ рости

летчика 5д ц0(«>) и спектральные плотности ветровых возмущений Sip «„(“ )■ Они вычислены по формулам:

Рис. 6. 15. Спектральные плотности входных сигналов формирующего фильтра при действии возмущений летчика, ветра и помехи первого тона упругих коле­ баний

Как следует из кривых рис. 6. 15, при малых значениях коэф­ фициента усиления k = kz будет выполняться соотношение

0>Н а со

. 271

Частота о>2 зависит от характера и спектрального состава возмущающих сигналов. Эта частота колеблется при работе системы в полете в некотором диапазоне, так что

0 )2 = (Он.а — Ао).

При высокой чувствительности спектрального анализатора, хорошей избирательности и помехозащищенности в контуре ста­ билизации за счет цепи самонастройки обеспечивается соотно­ шение

в самонастраивающейся системе стабилизации угловой скорости

и с определенной точностью выдерживается заданный запас устойчивости.

На основе самонастраивающегося контура угловой скорости может быть также образован и контур стабилизации управле­ ния угловым движением летательного аппарата [12].

Структурная схема самонастраивающегося контура управле­ ния угловым тангажным движением самолета представлена на рис. 6. 16. Здесь через WM(p) обозначена передаточная функция входного элемента последовательной модели контура угловой скорости. Указанная передаточная функция может быть или чи­ сто усилительным звеном с коэффициентом усиления &м=1-М ,5 или простым сглаживающим фильтцом с передаточной функцией

вида------— с постоянной времени, равной 0,3—0,5 с.

Т ЫР + 1

При предлагаемом способе самонастройки автоматически на всех режимах полета поддерживаются постоянными частотные свойства внутреннего контура угловой скорости, поэтому отпа­ дает необходимость в дополнительномизменении параметров kMи Тм.

Параметры kM и Тм обеспечивают динамические свойства контура стабилизации угла тангажа, идентичные колебатель-

272

тура управления тангаж-ом являются критерием при выборе па­ раметров kyi и Ты) .

сти и управляемости достигается посредством включения фор­ мирующего фильтра на входе замкнутого контура стабилизации

требуемого запаса устойчивости.

6 . 4 . С А М ОНАСТРАИВАЮ Щ АЯС Я СИСТЕМ А УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКО Й САМ ОЛЕТА

Контур перегрузки может быть сформирован на основе кон­ тура угловой скорости. Для обеспечения необходимого качества

Рис. 6. 17. Структурная схема самонастраивающегося контура управления перегрузкой

регулирования на входе контура угловой скорости устанавли­ вается ячейка, состоящая из ограничителя и параллельного со­ единения усилительного и интегрирующего звена (рис. 6.17). Самонастройка коэффициента усиления контура перегрузки kn

273

может быть осуществлена по принципу частотного анализа спектра сигналов, циркулирующих в контуре перегрузки. Однако использование только одного такого принципа не позволяет по­ лучить хорошей динамики процессов самонастройки ввиду инер­ ционности контура. Динамика самонастройки может быть зна­ чительно улучшена, если блок самонастройки, реагируя на изме­ нение соотношения между низкочастотной и высокочастотной частями спектра, будет реагировать также и на изменение скоро­ сти полета самолета v и постоянной времени Tv инерционного звена, характеризующего динамику образования перегрузки са­ молета.

Указанные принципы положены в основу самонастройки кон­ тура перегрузки. В схеме на рис. 6. 17 выпрямленные сигналы датчиков угловой скорости и перегрузки, пропущенные предва­ рительно через полосовые низкочастотный и высокочастотный фильтры, используются для подстройки коэффициента усиления kn в прямой цепи контура перегрузки.

Частоту — высокочастотного фильтра (см. рис. 6. 17) целе- Т'R

сообразно выбрать равной частоте автоколебаний контура пере­ грузки, которая для легких самолетов лежит в пределах 2 Гц при собственной частоте контура угловой скорости порядка

2,5 Гц.

Частота — низкочастотного фильтра может быть в два Т'н

раза меньше частоты высокочастотного фильтра. Относитель­ ный декремент затухания £н = £в = 0,5.

Такой выбор фильтров обеспечивает высокую чувствитель­ ность блока самонастройки к изменению спектра сигналов кон­ тура перегрузки.

Для определения изменения параметров v и Tv на вход низ­

фильтр — сигнал угловой скорости д ДУСа, а на высокочастот­ ный фильтр—сигнал перегрузки пу с линейного акселерометра. Между высокочастотным фильтром и датчиком перегрузок уста­ навливается множительный элемент 2 (см. рис. 6. 17) для изме­ нения kn, аналогичный элементу 1 , который включен в прямую цепь контура перегрузки.

С увеличением скорости полета v или с уменьшением по­ стоянной времени Tv контур перегрузки приближается к границе устойчивости, приобретая большую колебательность. Указанные две причины приведут к тому, что сигнал на выходе детектора высокочастотного фильтра превысит сигнал на выходе детек­ тора низкочастотного фильтра. Вследствие этого будет умень­ шаться коэффициент усиления звеньев 1 и 2, а контур пере­ грузки будет возвращаться к прежнему запасу устойчивости.

2 7 4

Применение двух звеньев 1 и 2 с переменным коэффициен­ том усиления kn несколько усложняет схему самонастройки. Казалось бы, ее можно упростить, убрав элемент 2 и подав сиг­ нал на высокочастотный фильтр прямо с выхода звена 1. В этом случае сохранится прежняя цепь для прохождения сигнала пере­ грузки. Однако в таком случае на высокочастотный фильтр на­ чинает непосредственно поступать входной управляющий сигнал, что приводит к нежелательному уменьшению коэффициента усиления контура перегрузки kn. Нелинейный элемент 3 [см. фор­ мулу (6. 10)] на выходе исполнительного устройства служит для обеспечения постоянного качества настройки коэффициента k„ на всех режимах полета.

При действии на систему управляющих сигналов n3 (t), воз­ мущающих сигналов ветра WB(t) и помех u3 (t) в системе стаби­ лизации перегрузки поддерживается за счет блока самона­ стройки следующее соотношение:

оk

Здесь частота настройки сос п меньше частоты возможных авто­

равному — 7 дБ. Если на вход контура стабилизации перегрузки с коэффициентом kn= k novt подать синусоидальное напряжение «1 = 6 sin сос nt, то в цепи самонастройки будет иметь место сле­ дующее соотношение:

Исследование устойчивости самонастраивающейся системы перегрузки (см. рис. 6. 17) и выбор коэффициента k'K можно вы­

полнить методами, описанными в 6.3. На рис. 6.18 показана

275

структурная схема линеаризованной самонастраивающейся си­ стемы стабилизации перегрузки. Величину ех можно выбрать равной величине выходного сигнала ограничительного элемента 4. В этом случае еt = 1.

Передаточная функция контура угловой скорости W ^ {р)

Т 3

принимается при исследовании устойчивости контура перегрузки такой, что коэффициент усиления в ее цепи имеет оптимальное значение, т. е. fc = fc0pt (см. рис. 6.7). Для упрощения расчетов, как показано в [12], передаточную функцию угловой скорости, можно принять

2

Wо (Р) = -------- —-------(6.45)

—р 2 + 2 С г)«0 р — « о

&S

Для рассматриваемого легкого самолета переменной геомет­

функции (6.45) будут иметь значения £0 = 0,3; оо0=15-г-16 рад/с. Далее, определяя характеристическое уравнение А{р\ k'K) си­

стемы (см. рис. 6.18) и решая уравнение А ( х ; у, k'n) =

— А 2(х ; k'K) 4 - А \ ( у 0) У й к ' и) = 0 для различных значений k'K, опре­

делим область оптимальных значений и границы устойчивости. Удовлетворительное качество регулирования получается при

* ;= 2 ^ 5 .

Как видно из рис. 6. 17, самонастраивающаяся система пере­ грузки имеет два контура самонастройки. В такой схеме важно, чтобы оба самонастраивающиеся контура — угловой скорости и перегрузки — работали независимо и не влияли отрицательно друг на друга.

На рис. 6. 19 показаны переходные процессы в системе управ­ ления перегрузкой самолета при работе обоих контуров само­

27 6

настройки. Из рис. 6. 19, а видно, что при увеличении скорости полета v в контуре перегрузки возникает режим автоколебаний, который устраняется системой самонастройки путем уменьше­ ния коэффициента k n. Коэффициент усиления k в контуре угло­ вой скорости не меняется. На рис. 6.19,6 демонстрируется про­ цесс устранения автоколебаний, возникающих при уменьшении постоянной времени Т Из рисунка видно, что процессы в кон­ туре перегрузки не влияют на контур угловой скорости. Подоб­ ные процессы при изменении постоянной времени Г, показаны также на рис. 6. 19, в.

На рис. 6. 19, г представлены процессы при изменении эффек­ тивности рулей. Автоколебания, возникающие в контуре угловой скорости, устраняются за 2—3 с блоком самонастройки умень­ шением коэффициента усиления k в контуре угловой скорости, а коэффициент усиления k„ остается неизменным. При увеличе­ нии скорости полета, как следует из осциллограммы, имеет ме­

сигналов перегрузки демонстрируется также на осциллограмме рис. 6. 19, д.

6 . 5 . С А М ОНАСТРАИВАЮ Щ АЯС Я СИСТЕМ А ДЕМ ПФИРОВАНИЯ НИЗШ И Х ТОНО В УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

Общий коэффициент усиления контура демпфирования упру­ гих колебаний пропорционален /у2 и коэффициентам передач цепей обобщенных координат qi и существенно изменяется по режимам полета. Поэтому для обеспечения необходимой эффек­ тивности демпфирования низших тонов упругих колебаний коэф­ фициенты усиления в контурах должны автоматически изме­ няться по режимам полета. В этом случае может быть приме­ нена самонастраивающаяся система, работающая также по принципу спектрального анализа сигналов в контурах демпфи­ рования упругих колебаний.

Самонастраивающаяся система демпфирования упругих ко­ лебаний должна работать как совместно с самонастраиваю­ щейся системой демпфирования самолета как жесткого тела, так и независимо от нее. Эти самонастраивающиеся системы должны быть спроектированы так, чтобы они работали как сов­ местно, так и независимо, дополняли друг друга и решали общую задачу оптимального демпфирования упругого самолета на всех режимах полета.

Структурная схема двухконтурной самонастраивающейся системы демпфирования упругого тяжелого самолета показана на рис. 6.20. На рис. 6.21 представлена эта же схема после ее

277

!10

'Увеличение эффективности руля

Рис. 6. 1Э. Переходные процессы в двухконтурной самонастраивающейся системе угловой скорости # и перегрузки пу