книги / Системы управления летательными аппаратами и их силовыми установками
..pdfРис. 15.6 |
Рис. 15.7 |
Графики £/, и U2 представлены на рис. 15.6. Определим сдвиг фаз между напряжениями £/,, U2:
Д а = а, - а 2,
71
где а, = Ш + — - ф, а 2 = со/ + <р.
Да = ^ - 2 с р . |
(15.7) |
Таким образом, сдвиг фаз между напряжениями С/, и U2 зави
сит от угла <р.
Если теперь при равенстве напряжений С/, и U2 нулю бу
дут выдаваться импульсы - старт-импульс /, стоп-импульс 2 (см. рис. 15.6), то временной интервал между ними будет зависеть от угла ф. Данная операция выполняется в преобразователе фаза - вре менной интервал (ПФВ).
Далее старт-импульс открывает вентиль (В), через который от генератора импульса (ГИ) поступают импульсы высокой частоты на счетчик точного отсчета (СТО).
При заполнении счетчика точного отсчета поступает импульс на счетчик грубого отсчета (СТО), при этом показания СТО спи сываются. Стоп-импульс закрывает вентиль и прекращает подачу импульсов на СТО.
Если в показаниях счетчиков учесть постоянный сдвиг, со
ответствующий — , то можно сделать так, чтобы число импульсов,
поступающих в БЦВМ, было равно углу поворота ротора датчика уг ла относительно статора, а значит, углу поворота ЛА.
15.4. Основные характеристики вычислительного устройства автомата угловой стабилизации
Вычислительное устройство автомата угловой стабилизации ЛА, выполняет следующие основные функции:
-осуществляет преобразование координат;
-обеспечивает преобразование входной информации, исходя из обеспечения устойчивости СУС и качества регулирования;
-подавляет помехи.
Первая операция выполняется в преобразователе координат, по следующие операции - в корректирующем контуре (КК). В дискрет ном вычислительном устройстве данное деление является условным, так как все операции выполняются путем решения алгоритмов
вБЦВМ.
Ваналоговом вычислительном устройстве преобразователь ко ординат и корректирующий контур выполнены конструктивно са мостоятельно.
Рассмотрим причины преобразования координат в АС и основ ные характеристики корректирующего контура.
1.Преобразование координат. Преобразование координат вы полняется с целью развязки каналов СУС, т.е. для ликвидации вред
ных перекрестных связей между каналами стабилизации, воз никающих в связи с тем, что программное значение угла вращения ЛА в процессе полета не равно нулю.
На рис. 15.8 изображены вертикальная и горизонтальная плоско сти стабилизации и плоскости рулевых органов 1-3, 2-4, развернутые относительно плоскостей стабилизации на угол ф.
Допустим, что по оси у действует возмущающий момент, обус
ловливающий разворот ЛА по углу рыскания. Задача состоит в том, чтобы обеспечить формирование рулевыми органами 1-3, 2-4 управ ляющих моментов, компенсирующих действие возмущения.
Как видно на рис. 15.8, управляющие моменты создаются как относительно оси у, так и относительно оси z (Му, Мг).
У !
Рис. 15.8 |
|
По оси у |
|
Му = M,.j совф+ М2 4 sin ф . |
(15.8) |
По оси z |
|
Мг = Мизsin ф- М2.4 cos ф. |
(15.9) |
Анализ зависимостей (15.8), (15.9) показывает, что создаваемый рулевыми органами управляющий момент Муявляется полезным, так как он компенсирует действие возмущения. В то же время момент, действующий на оси z, является вредным, так как вызывает отклоне ние ЛА по углу тангажа. Необходимо обеспечить равенство нулю момента Mz.
Для ликвидации вредных перекрестных связей вводится преоб разование координат в виде:
А/,.3-U^, cosф+ 1/9 simp, |
(15.10) |
Л/2.4 = (/>|(sm (p-f/9cos(p. |
(15.11) |
Здесь t/4, и [/э информация об отклонениях J1A по углам рыс
кания, тангажа:
UV =KVA\\>, |
(15.12) |
U9 =K9A&. |
(15.13) |
Для рассматриваемого случая (см. рис. 15.8) U9 =0, так как
возмущающий момент вызывает только отклонение по углу рыс кания.
Подставим (15.10), (15.11) в (15.8), (15.9) и учтем выражения (15.12), (15.13):
м у |
= K y i y c o s 2 y +y i s m 2 у)= К у Ц , |
(15.14) |
М 2 = |
(\|/ sin фсоэ q> —v|/costpsin ф) = 0. |
(15.15) |
Итак, за счет вводимого преобразования координат по оси у
действует управляющий момент, пропорциональный углу рыскания, и компенсирующий действие внешнего возмущения; по оси z уп равляющий момент отсутствует, т.е. ликвидируется вредная перекре стная связь между каналами.
В заключение можно отметить, что в цифровой системе ста билизации преобразование координат осуществляется в БЦВМ,
в аналоговой системе стабилизации преобразование координат осу ществляется с помощью синусно-косинусного вращающего транс форматора.
2. Основные характеристики корректирующего контура.
Корректирующий контур является важнейшим элементом АС и выполняет задачу преобразования сигнала, исходя из обеспечения устойчивости и качества регулирования, т.е. реализует закон управ ления, а также обеспечивает фильтрацию помех. Прежде всего, рас смотрим частотные характеристики КК.
В подразд. 14.4 получена передаточная функция дискретного вычислительного устройства [см. формулу (14.22)]. Однако реальный корректирующий контур не может иметь передаточную функцию, степень знаменателя которой меньше степени числителя. Поэтому передаточная функция реального корректирующего контура (КК), записанная в области w-оператора, может быть представлена в виде
Тк w+ 1 |
(15.16) |
|
D(w) = Кк |
— . |
|
ТКгм>+\ |
|
|
Для обеспечения форсирующих свойств в рабочем диапазоне |
||
частот необходимо выполнить условие |
|
|
ТКх>ТКг. |
|
(15.17) |
Частотные характеристики КК |
представлены |
на рис. 15.9 |
[/4(v),<p(v)j. Как видно на рисунке, в рабочем диапазоне частот кор ректирующий контур создает опережение по фазе.
В области z-оператора передаточная функция КК запишется в виде
(15.18)
или
(15.19)
|
(15.20) |
D(z) = Kl - K 2z-' |
(15.21) |
С целью упрощения реализации КК |
(15.22) |
можно принять TKi = 1. |
|
В этом случае |
|
или
где
(15.23)
Для подавления высокочастотных по сравнению с полезным сигналом помех в БЦВМ реализуются алгоритмы фильтрации. В ре зультате этого степень знаменателя передаточной функции дис кретного вычислительного устройства увеличивается по сравнению с корректирующим контуром. В аналоговых системах стабилизации используется корректирующий контур, передаточную функцию ко торого без учета фильтрации помех можно представить в виде
(15.24)
Реализация КК осуществляется с помощью R-, С-цепочек (рис. 15.10).
R.
Рис. 15.10 |
Рис. 15.11 |
Для подавления помех применяются R-, L-, С-фильтры. В этом случае принципиальная электрическая схема КК может иметь вид, показанный на рис. 15.11. Использование резонансных колебатель ных контуров L,,C„ и L2,C 2 позволяет эффективно подавлять сиг налы помех, частоты которых сравнительно невелики (5-30 Гц). Фильтры C3,L 3 подавляют сигналы более высокочастотных помех.
3. Алгоритмы автомата угловой стабилизации. В заключе ние рассмотрим алгоритмы АУС.
Канал рыскания. В данном канале используется корректирую щий контур с передаточной функцией вида (15.19) или (15.21). Если учесть, что
(15.25)
то алгоритм канала рыскания можно записать в виде
U\{t) =K ,U ;(t)-K 2Ul{t~T0)-K ,U \{t-T 0) |
(15.26) |
ИЛИ
и 2 (0 = K t f (0 - к 2и ' (t-T 0). |
(15.27) |
Канал тангажа. В канале тангажа параллельно форсирующеМУ звену подключен дискретный интегратор с передаточной функцией вида (14.41). Поэтому передаточная функция дискретного вычис лительного устройства в канале тангажа с учетом выражений (15.19) и (14.41) имеет следующий вид:
D9(z) = D(z) +D„(z). |
(15.28) |
Обозначив |
|
* ( . ) - £ £ |
05.29) |
C/,(z) |
|
и приняв во внимание формулы (15.19) и (14.41), с помощью обрат ного z-преобразования получим алгоритм канала тангажа:
и*л(о=вд* (о- к 2и ; (t - т0) - к ги ; (t - г0)+
(15.30)
+и ; ( t- T Q)+ K 4[t/,*« + и ;(/- т 0%
здесь
КА= а д
2
15.5. Принцип действия преобразователей код - аналог
Рассмотрим основные типы преобразователей код - аналог, ис пользуемые в системах стабилизации.
Преобразователь код - широтно-импульсный модулированный сигнал - непрерывный сигнал. Функциональная схема данного преоб разователя представлена на рис. 15.12. На рисунке обозначено: Р - регистр; СС - схема сравнения; СОВ - счетчик относительности времени; В - вентиль; Ф - фильтр: У - усилитель.
Работает преобразователь следующим образом. Число записы вается в регистре, с которого оно поступает на схему сравнения, представляющую собой реверсивный счетчик.
На схему сравнения поступают также импульсы со счетчика от носительного времени, задающего период выдачи информации. Эти импульсы списывают число, записанное в схеме сравнения.
Рис. 15.12
Если число, поступившее на регистр, больше нуля, то первый импульс с СОВ обусловливает появление сигнала на выходе СС, ко торый открывает вентиль. При этом в зависимости от знака входного числа вентиль коммутирует цепь положительного или отрицательно го потенциала и на выходе схемы возникает импульс сигнала ШИМ.
При полном списывании числа в СС сигнал, поступающий с нее, закрывает вентиль, и импульс сигнала ШИМ заканчивается. По окончании периода выдачи информации СОВ обнуляется, и весь процесс повторяется снова.
Далее сигнал ШИМ поступает на преобразователь ШИМ - не прерывный сигнал, представляющий собой фильтр, выдающий мед ленно меняющуюся составляющую сигнала ШИМ. Затем этот сигнал усиливается в усилителе и поступает на вход рулевой машины.
В |
ряде |
случаев рассматриваемый |
преобразователь |
включает |
в себя |
еще |
дополнительный блок - |
электронное реле |
(ЭР) (на |
рис. 15.12 показан пунктирно), осуществляющий преобразование не прерывного сигнала в релейный. Релейный сигнал используется для управления работой электрических рулевых машин.
Преобразователь код - унитарный код. Данный преобра зователь предназначен для преобразования двоичного кода унитар ный и служит для управления работой шаговых двигате лей. Он включает в себя сле дующие основные элементы (рис. 15.13): реверсивный счет
чик (PC); вентиль (В); генера тор импульсов (ГИ). Преобра-
зователь работает следующим образом. Если число, записанное в ре версивном счетчике, отлично от нуля, то на выходе его появляется сигнал, открывающий вентиль. В этом случае импульсы с генератора импульсов поступают на выход и в канал обратной связи для списы вания входной информации. При обнулении реверсивного счетчика вентиль закрывается, и импульсы на выход не поступают. Таким об разом, число импульсов, поступающих на шаговый двигатель, соот ветствует числу импульсов, записанных в реверсивном счетчике.
Глава 16 РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ
16.1. Функциональная схема рулевого привода
Типовая функциональная схема рулевого привода (РП) пред ставлена на рис. 16.1. В РП входит усилитель (У), рулевая машина (РМ) и элементы жесткой отрицательной обратной связи (ОС). Руле вая машина преобразует электрический сигнал, поступающий с уси лителя, в механическое перемещение выходного вала.
Обратная связь обеспечивает пропорциональность перемещения выходного вала РМ по отноше нию к входному сигналу, уменьшает инерционность РП, возвращает РМ в исходное по ложение при отсутствии вход ного сигнала, уменьшает влия ние нагрузки.
Усилитель служит для усиления входных сигналов и для сум мирования этих сигналов с сигналом обратной связи.
Основным элементом рулевого привода является рулевая ма шина. Рассмотрим принцип действия рулевых машин, используемых в системах стабилизации.