1.5. Определение и оценка параметров полуавтоматической системы управления в продольном движении

В состав полуавтоматической системы управления (системы улучшения устойчивости и управляемости – СУУ) включают автомат продольного управления (АПУ) и автомат регулировки управления (АРУ).

1.5.1.Выбор параметров автомата продольного управления

Для курсовой работы рекомендуется выбрать статический АПУ, в котором реализованы обратные связи по угловой скорости тангажа ω_z и нормальной перегрузке n_у, позволяющие влиять как на относительный коэффициент затухания ξ₀, так и на опорную частоту недемпфированных колебаний ω₀. Дополнительное отклонение руля высоты с помощью АПУ имеет вид:

.

Расчет и выбор значений коэффициентов усиления АПУ осуществляется в расчетном диапазоне высот и скоростей в такой последовательности:

1. определяются располагаемые значения коэффициентов :

Здесь T_cn ≥ 0,02 с - постоянная времени сервопривода.

2. определяются потребные значения коэффициентов исходя из условия обеспечения желаемых значений ξ_зад≈0,6 (с) и ω_зад≈6 (1/с) - примерно в центре области хорошей устойчивости и управляемости для самолета данного класса:

3. Окончательно выбираются коэффициенты :

Таблица 6. Результат расчета по выбору коэффициентов усиления АПУ.

H=500м

M	q, н/	mzω 1/рад	ω*2 1/	Kωzрасп с	Knyрасп	Kωzпотр с	Knyпотр	Kωzmin с	Knymin
0,2	2672,3	-11,8	2,12	5,693	3,5095904	2,932	28,4556	2,932	3,5096
0,3	6012,67	-12,1	4,12	2,657	1,4166244	1,0751	5,62679	1,0751	1,4166
0,4	10689,18	-12,43	6,786	1,67	0,823998	0,4803	1,8597	0,4803	0,824
0,5	16701,85	-12,87	10,785	1,195	0,592435	0,1849	0,751	0,1849	0,5924
0,6	24050,66	-13,75	17,427	0,97	0,5327912	-0,0218	0,3318	-0,0218	0,3318

H=4000м

M	q, н/	mzω 1/рад	ω*2 1/	Kωzрасп с	Knyрасп	Kωzпотр с	Knyпотр	Kωzmin с	Knymin
0,3	3883,23	-12,1	2,44	4,113	2,0093799	2,0885	14,0211	2,0885	2,0094
0,4	6903,53	-12,43	4,02	2,585	1,1703773	1,1089	4,7661	1,1089	1,1704
0,5	10786,76	-12,87	6,268	1,85	0,8254102	0,6281	2,0316	0,6281	0,8254
0,6	15532,93	-13,75	10,232	1,5012	0,7499779	0,3304	1,0033	0,3305	0,74998

H=7000м

M	q, н/	mzω 1/рад	ω*2 1/	Kωzрасп с	Knyрасп	Kωzпотр с	Knyпотр	Kωzmin с	Knymin
0,3	2589,62	-12,1	1,704	6,168	3,1553452	3,534	32,0268	3,5335	3,1553
0,4	4603,77	-12,43	2,652	3,877	1,7357654	2,009	11,0611	2,0091	1,7358
0,5	7193,39	-12,87	4,132	2,774	1,2237445	1,2658	4,81313	1,2658	1,2237
0,6	10358,49	-13,75	6,716	2,251	1,1068968	0,841	2,487	0,8408	1,1069

По полученным значениям коэффициентов строятся графики в функции скоростного напора q=ρV²/2 для всех режимов полета. Обычно требуемые зависимости аппроксимируют простыми в реализации функциями. Поэтому выбираются настройки (программы коррекции) в классе кусочно-линейных функций, причем желательно проводить их по нижним точкам.

Рис. 9 Зависимость коэффициентов усиления.

Затем для выбранных настроек определяются эффективные значения параметров замкнутой системы “самолет+СУУ”:

1. опорная частота колебаний

;

2. относительный коэффициент демпфирования

.

Все полученные значения сводятся в таблицу, причем каждому режиму полета соответствует своя расчетная точка (расчетные точки нумеруют по возрастанию величины скоростного напора).

Таблица 6. Результат расчета по выбору коэффициентов усиления АПУ.

H=500м

M	q, н/	Kωz*, с	Kny*	ωэф, 1/с	ζэф, с
0,2	2672,296	1,26	2	1,938845115	1,0994188
0,3	6012,6659	1,13	1,4	3,379116645	1,0959409
0,4	10689,184	0,5	0,8	4,309081693	0,8491057
0,5	16701,85	0,2	0,6	5,525592083	0,6629221
0,6	24050,664	0	0,33	5,996102373	0,6191412

H=4000м

M	q, н/	Kωz*, с	Kny*	ωэф, 1/с	ζэф, с
0,3	3883,233	1,26	2	2,569128238	1,0092797
0,4	6903,5253	1	1,18	3,36235622	1,0080171
0,5	10786,758	0,5	0,79	4,126372998	0,7885584
0,6	15532,932	0,22	0,61	5,011765508	0,6449056

H=7000м

M	q, н/	Kωz*, с	Kny*	ωэф, 1/с	ζэф, с
0,3	2589,6216	1,26	2	1,819308007	0,9657702
0,4	4603,7717	1,26	1,78	2,731868266	0,9640925
0,5	7193,3933	0,95	1,12	3,305059956	0,9170247
0,6	10358,486	0,58	0,8	3,919607384	0,7706431

Значения ω_эф и ξ_эф, найденные для всего расчетного диапазона высот и скоростей, наносятся на область хорошей устойчивости и управляемости ω₀(ξ₀) для самолета данного класса, после чего делаются выводы о том, насколько улучшились характеристики устойчивости и управляемости после установки на самолет полуавтоматической системы управления. Если “выпадение” точек за границы области все еще имеет место, следует проанализировать, сколько процентов точек “выпадает” и какие значения Н и М им соответствуют, затем дать рекомендации по устранению этого явления (например, пересмотреть параметры горизонтального оперения для повышения его эффективности).

Рис. 10 Области хорошей устойчивости и управляемости с АПУ.

Вывод:

После установки АПУ характеристики сместились в область хорошей устойчивости и управляемости, однако остались точки, не попавшие туда, это связано с использованием в расчете располагаемых коэффициентов. Для перемещения точек в область хорошей управляемости необходимо, чтобы Кωz и Кny минимальные равнялись потребным значениям. Это возможно произвести, уменьшив Тсп и внедрением в систему автомат регулирования управления (АРУ). Для устранения методической ошибки следует ввести в АРУ корректировку по высоте и скоростному напору.