6. Повышение демпфирования привода с большой инерционной нагрузкой и малым собственным демпфированием.

Иногда гидравлические приводы, управляющие положением инерционного объекта через упругие конструкционные элементы и (или) установленные на упругом основании обладают малым собственным демпфированием, т.е. повышенной колебательностью процессов управления. Например, понятие о колебательности процессов в выходной части привода, управляющего рулевой поверхностью, показано ниже.

Рис.1.27

Переходный процесс в выходной части привода на силовое воздействие.

Уравнение движения руля:

0.15...0.2

0.05

1 4

Логарифмический декремент затухания колебаний и коэффициент относительного демпфирования:

; ;

Частота демпфированных колебаний руля и собственная частота руля:

; ; ; - собственная частота руля.

Рассмотрим увеличение демпфирования привода, представленного на рис.1.28, выходная часть которого обладает малым демпфированием.

Рис.1.28

Схема привода, управляющего инерционным объектом с учетом упругости узлов крепления привода на летательном аппарате.

Передаточная функция исполнительного механизма гидропривода с инерционной нагрузкой описывается следующим выражением:

;

Факторы, определяющие демпфирование привода с учетом упругости привода и конструкции узлов его крепления, очевидны из следующего выражения:

В этом выражении Сэ – эквивалентная жесткость привода:

,

- собственная частота системы привода.

Жёсткость конструкции узлов крепления привода определяется выражением:

.

Рассмотрим показатели динамики привода с различными вариантами обратных связей: с обратной связью по ускорению инерционного объекта и с обратной связью по перепаду давления на поршне гидроцилиндра.

Рис.1.29

Расчетная схема привода различными вариантами обратных связей:

1- усилитель электрических сигналов; 2 – электрогидравлический усилитель мощности; 3 – силовой гидроцилиндр; 4 – инерционный объект; 5 – датчик положения поршня; 6 – условный переключатель с жесткой обратной связи по давлению нагрузки (с коэффициентом передачи КuP) на гибкую обратную связь с фильтром высоких частот (7); 8 – сумматор; 9 – датчик скорости инерционного объекта; 10 – датчик ускорения обратной связи по ускорению (с коэффициентом передачи Кux”).

Если на инерционном объекте установить датчик ускорения инерционного объекта и ввести обратную связь (отрицательную) по ускорению объекта, то схема привода примет вид, показанный на рис.1.29, а передаточная функция разомкнутого привода после замыкания исполнительного механизма обратной связью по ускорению инерционного объекта примет следующий вид:

;

Дополнительный комплекс, приведенный в скобках в знаменателе передаточной функции, характеризует собой дополнительное демпфирование, вносимое в привод обратной связью по ускорению инерционного объекта:

Рассмотрим теперь вариант привода с обратной связью по перепаду давления на поршне гидроцилиндра (давлению нагрузки).

Передаточная функция разомкнутого привода с такой обратной связью (без фильтра высоких частот 7, а лишь с коэффициентом передачи в цепи этой обратной связи Кup))имеет следующий вид:

;

Из приведенного выражения очевидно, что при чисто инерционной нагрузке введение обратной связи по перепаду давления на поршне гидроцилиндра эквивалентно введению обратной связи по ускорению инерционного объекта. При этом в приводе также появляется дополнительное демпфирование:

Задаваясь необходимым показателем демпфирования в приводе можно определить требуемый коэффициент обратной связи по перепаду давления на поршне гидроцилиндра:

или в несколько другой форме:

Следует иметь в виду, что введение жесткой обратной связи по давлению нагрузки приводит не только к увеличению демпфирования привода, но и к уменьшению статической жесткости замкнутого контура привода С(0):

Таким образом, при наличии жесткой обратной связи по давлению нагрузки в соответствии с увеличением коэффициента обратной связи по давлению (kup) при увеличении демпфирования уменьшается статическая жесткость привода и под действием внешней силы (статической внешней силы, силы трения и других силовых внешних воздействий) появляется статическая ошибка, а при отработке синусоидальных управляющих сигналов при наличии сил сухого трения в выходной части привода появляется дополнительное фазовое запаздывание в области частот управления, что снижает эксплуатационные свойства привода, как элемента системы управления.

Для исключения влияния внешних сил ( Fнв ) через канал обратной связи по давлению нагрузки на статику привода и уменьшения влияния этих сил на статическую и динамическую точность отработки управляющих команд привода в цепь обратной связи по давлению необходимо вводить фильтр высоких частот. Схема такого привода показана на рис.1.30.

Рис.1.30

При практической реализации обратной связи по перепаду давления на поршне гидроцилиндра (давлению нагрузки) в цепь этой обратной связи необходимо вставить фильтр высоких частот, т.е. устройство, которое пропускает с минимальными искажениями сигналы, пропорциональные перепаду давления нагрузки на собственной частоте привода и на частотах близких к ней частотах, и существенно ослабляющее сигналы низких частот, соответствующих частотам изменения сигналам управления. Указанный фильтр, например, может иметь следующую передаточную функцию:

,

где фвч – частота среза фильтра высоких частот. Она выбирается примерно равной половине собственной частоты привода и большей, чем частота изменения управляющего сигнала. Соотношение частоты изменения управляющего сигнала, собственной частоты привода и частоты среза фильтра высоких частот показано на рис.1.31.