5. Варианты заданий
5.1. Система автоматической стабилизации углового положения летательного аппарата
Система автоматической стабилизации углового положения летательного аппарата в горизонтальной плоскости (автопилот) предназначена для автоматического поддержания заданного направления полета (курса). В состав системы входят: объект управления - летательный аппарат (ЛА), измерительно-преобразовательное устройство - свободный гироскоп (СГ), усилительное устройство - электронный усилитель (ЭУ), рулевой тракт - система управления приводом руля (РТ). Функциональная схема системы автоматической стабилизации летательного аппарата по курсу приведена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Функциональная схема системы автоматической стабилизации летательного аппарата по курсу
На рисунке 5.1 приняты следующие обозначения:
o(t) - заданное значение для курса (угол между заданным направлением полета и базовой линией начала отсчета);
(t) - текущее значение углового положения продольной оси ЛА;
UП(t) - напряжение, снимаемое с измерительного потенциометра свободного гироскопа;
UЭУ1(t) - выходное напряжение электронного усилителя ЭУ1;
(t) - текущее значение угла поворота руля летательного аппарата;
(t) - возмущение, действующее на летательный аппарат (ветер,
асимметрия планера и др.).
Рулевой тракт представляет собой силовой следящий привод руля и предназначен для отклонения пера руля на угол, зависящий от выходного сигнала электронного усилителя ЭУ1 (т.е. сигнала, пропорционального сигналу с гироскопа). В состав рулевого тракта входят:
- редуктор, выходной вал которого соединен с пером руля (Р);
- исполнительный двигатель - электрический двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ИД);
- усилитель напряжения - электронный усилитель (ЭУ2);
- усилитель мощности - электронный усилитель с короткозамкнутой обмоткой (ЭМУ);
- измерительный элемент - потенциометрический датчик углового положения пера руля (П).
Функциональная схема рулевого тракта приведена на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2. - Функциональная схема рулевого тракта летательного аппарата
На рисунке 5.2 приняты следующие обозначения:
Р(t) - текущее значение угла поворота пера руля;
Uп(t) - напряжение, снимаемое с потенциометрического датчика углового положения пера руля;
UЭУ1(t) - выходное напряжение электронного усилителя ЭУ1;
UЭУ2(t) - выходное напряжение электронного усилителя ЭУ2;
U(t) - сигнал рассогласования, поступающий на управляющую обмотку ЭМУ;
UЭМУ(t) - выходное напряжение ЭМУ;
Д(t) - текущее значение угла поворота вала двигателя ИД.
Синтез рулевого тракта летательного аппарата провести исходя из следующих требований: значения максимального времени переходного процесса (времени регулирования) tP, перерегулирования , коэффициента скоростной ошибки С1 должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 5.1. При анализе нелинейности САУ следует учесть влияние ограничения угла поворота пера руля летательного аппарата. В таблице 5.1 приведены значения порога ограничения А нелинейности.
Показатель колебательности переходного процесса в исследуемой системе для всех вариантов не должен превышать 2.
В таблицах 5.1 и 5.2 приведены структура передаточных функций, значения заданных показателей функционирования и параметров системы управления
Таблица 5.1 - Значения заданных показателей функционирования и параметров системы управления
№ в а р. |
Показатели качества |
Параметры передаточных функций элементов следящего привода |
Па-рам. нели- ней- но- сти |
|||||||
КЭМУ WЭМУ= ------------ ТЭМУS+1 |
КД WД= ------------- S( ТДS+1) |
WП= КП |
WР= КР |
|||||||
,% |
tP,c |
С1 |
ТЭМУ,с |
КЭМУ |
ТД,с |
KД |
KП |
KP |
А |
|
1 |
30 |
1,4 |
0,0175 |
0,04 |
4 |
0,17 |
5 |
1 |
1/125 |
15 |
2 |
25 |
0,46 |
0,0057 |
0,02 |
2 |
0,05 |
3 |
1 |
1/135 |
20 |
3 |
35 |
0,3 |
0,01 |
0,02 |
2,5 |
0,14 |
4 |
1 |
1/165 |
25 |
4 |
4-0 |
0,7 |
0,01 |
0,014 |
2 |
0,05 |
4 |
1 |
1/145 |
30 |
5 |
30 |
0,8 |
0,004 |
0,02 |
3 |
0,1 |
5 |
1 |
1/245 |
25 |
6 |
25 |
0,65 |
0,01 |
0,014 |
2 |
0,17 |
2 |
1 |
1/220 |
20 |
7 |
40 |
0,8 |
0,0175 |
0,02 |
1,5 |
0,17 |
3 |
1 |
1/250 |
15 |
8 |
35 |
1,5 |
0,0057 |
0,035 |
2 |
0,125 |
4 |
1 |
1/420 |
20 |
9 |
25 |
0,75 |
0,008 |
0,015 |
2 |
0,14 |
5 |
1 |
1/125 |
25 |
10 |
40 |
1,1 |
0,0057 |
0,025 |
2 |
0,17 |
4 |
1 |
1/135 |
30 |
11 |
20 |
1,2 |
0,017 |
0,03 |
4 |
0,15 |
3 |
1 |
1/220 |
35 |
12 |
32 |
0,55 |
0,006 |
0,025 |
3 |
0,165 |
2 |
1 |
1/165 |
40 |
13 |
38 |
0,6 |
0,008 |
0,035 |
2 |
0,12 |
4,5 |
1 |
1/245 |
35 |
14 |
40 |
1,15 |
0,004 |
0,012 |
1,5 |
0,08 |
5,5 |
1 |
1/125 |
30 |
15 |
25 |
0,85 |
0,003 |
0,032 |
2 |
0,06 |
3,5 |
1 |
1/320 |
25 |
16 |
30 |
0,07 |
0,015 |
0,01 |
3 |
0,1 |
2,5 |
1 |
1/165 |
20 |
17 |
40 |
0,9 |
0,02 |
0,015 |
4 |
0,09 |
4,2 |
1 |
1/350 |
15 |
18 |
35 |
1,0 |
0,007 |
0,02 |
2,5 |
0,075 |
3,2 |
1 |
1/125 |
20 |
19 |
25 |
1,3 |
0,017 |
0,04 |
3,5 |
0,08 |
2,2 |
1 |
1/135 |
25 |
20 |
34 |
0,45 |
0,08 |
0,018 |
4 |
0,14 |
4,3 |
1 |
1/165 |
30 |
21 |
22 |
0,85 |
0,01 |
0,01 |
1,2 |
0,12 |
3,3 |
1 |
1/220 |
35 |
22 |
30 |
0,4 |
0,0175 |
0,03 |
2,3 |
0,16 |
5,3 |
1 |
1/245 |
30 |
23 |
25 |
1,3 |
0,006 |
0,04 |
3,3 |
0,07 |
2,3 |
1 |
1/250 |
25 |
24 |
40 |
1,6 |
0,007 |
0,032 |
2,3 |
0,055 |
5 |
1 |
1/145 |
20 |
25 |
30 |
0,95 |
0,009 |
0,014 |
2,1 |
0,035 |
4 |
1 |
1/135 |
25 |
В таблице 5.1 приняты следующие обозначения: ТЭМУ - постоянная времени короткозамкнутой обмотки ЭМУ, КЭМУ - коэффициент усиления ЭМУ, ТД - постоянная времени двигателя постоянного тока, KД - коэффициент передачи двигателя, KП - коэффициент передачи потенциометрического датчика, KP – передаточное число редуктора.
Таблица 5.2- Значения заданных параметров системы управления
№ вар. |
Аэродинамические коэффициенты летательного аппарата с передаточной функцией S+a WЛА(s)= ------------------------------------------------------- S3 +(a - b’)S2+(-b - a b’)S |
Коэффи-циент передачи гироско-па |
||||
a |
a |
b |
b |
b’ |
KГ |
|
1 |
0,3 |
0,3 |
8,2 |
-0,5 |
-1 |
0,8 |
2 |
0,4 |
0,15 |
0,25 |
-0,7 |
-1,2 |
0,8 |
3 |
0,6 |
0,2 |
0,1 |
-0,4 |
-1,5 |
0,8 |
4 |
0,2 |
0,15 |
0,5 |
-0,8 |
-1 |
0,8 |
5 |
0,35 |
0,4 |
0,4 |
-0,5 |
-1,6 |
0,8 |
6 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
-0,1 |
-1,4 |
0,5 |
7 |
0,25 |
0,3 |
0,45 |
-0,7 |
-1,1 |
0,5 |
8 |
0,4 |
0,2 |
0,15 |
-0,35 |
-1,13 |
0,5 |
9 |
0,4 |
0,15 |
0,55 |
-0,6 |
-1,4 |
0,5 |
10 |
0,35 |
0,2 |
0,3 |
-0,6 |
-1,3 |
0,5 |
11 |
0,3 |
0,3 |
0,5 |
-0,2 |
-1 |
0,7 |
12 |
0,4 |
0,15 |
0,8 |
-0,25 |
-1,15 |
0,7 |
13 |
0,45 |
0,25 |
0,6 |
-0,21 |
-1,2 |
0,7 |
14 |
0,3 |
0,4 |
0,3 |
-0,4 |
-1 |
0,7 |
15 |
0,24 |
0,2 |
0,5 |
-0,4 |
-1,2 |
0,7 |
16 |
0,42 |
0,22 |
0,3 |
-0,5 |
-1,6 |
0,6 |
17 |
0,55 |
0,15 |
0,18 |
-0,35 |
-1,1 |
0,6 |
18 |
0,33 |
0,18 |
0,4 |
-0,25 |
-1,3 |
0,6 |
19 |
0,2 |
0,21 |
0,42 |
-0,75 |
-1,2 |
0,6 |
20 |
0,41 |
0,29 |
0,2 |
-0,3 |
-1,25 |
0,6 |
21 |
0,25 |
0,33 |
0,52 |
-0,6 |
-1 |
0,4 |
22 |
0,51 |
0,12 |
0,52 |
-0,52 |
-1,35 |
0,4 |
23 |
0,4 |
0,29 |
0,3 |
-0,65 |
-1,21 |
0,4 |
24 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
-0,6 |
-1,15 |
0,4 |
25 |
0,28 |
0,35 |
0,19 |
-0,55 |
-1,4 |
0,4 |