Вейцель В.А. Радиосистемы управления (2005), страница 8

а зтои схеме отмечены два независим возмущения: зависимых входяых у я: угол поворота руля Ь„и возмущающий аэро- динамический момент Мз. Согласно (1.21) оба этих воэмуще- нкя могут быть и редставлены ках единое внешнее воздейст- вие (Ь„+ М /(ае~„)). Уравнение (1.21) и соответствующее ему пересе звено иа схеме рис. 1.12 огр ажзют связь этого внешне- го воздействия с углом скольжения, Вто рос весно ва схеме ражает уравнение (1.16) и указывает на с лом скольженн на связь между угния и направлением вектора скорости у . На Функциональных е сх мах суммирование двух величин обознати у,о. а Ках видно иа уравнения (1.21) и рис.

1.12, свойства УО. аж и рис, динамические . отражюошие зависимость угла скольжения а от угла отклонения ля з ном. Частот Ру Ь„, описываются колебательным ым эзе. Частота собственных колебаний ус =- гээ/(2х) этого авена для крестокрылого ЛА обычно составляет доли доли или единицы рц.

зФФициент демпФирования колебаний г( для них ЛА весьма мал: Ы вЂ” 0,1...0,15, а и для одних , а для других может достигать значений порядка е ни ди цы. Параметры схемы зависят от времеви и режима полета ЛА (эысоты, скорое ), об лу условливэег ее нестацнонарность. ти, что в щем з„ зг г гзл аг'мз тиз Рнс. 1.12. Фуекционзльнзя схема крестэкрылсгс ЛА прн дзнженнн з гсзвзснтэльнай ллосКасти 40 Фуикпиоказьвая схема, описывающая управление крестокрылым ЛА в вертикальиой плоскости, подобве рассмотреккой выше.

Вместо угла отклонения руля капразлевия Ь„в этом случае Фигурируег угол отклояевия руля высоты Ь, вместо угла скольжения а, — угол атаки а, вместо угла отклоиекия траектории тго — угол яаклояа траектории тг о. Особенноогью Фувкциоиальвой схемы движения в вертикальной ялсскосчя является наличие постояяяых эвешиих воздействий, добавляемых к углам Ь„и и для учета действия силы веса ЛА. Обычио ояи малы, и их влиянием при расчетах иногда пренебрегают.

Параметры передаточвых функций крестокрылого ЛА для движевия в обеих плоскостях имеют одвиаковый порядок величин, При двиясеики в вертикальной плоскости передаточвая функция плоскокрылого ЛА имеет тот же зид. ч го я для крестокрылого. При боковом движении Функциональная схема плоскокрылого ЛА образуется последователькым соедииеквем одвпго инерционного и дпух иктегрируюпгих звевьев (вход схемы — угол откховеяия злерояав Ь„выход — угол отклонеивя траектории т„о (2, Ь).

1.3.3. Автопилот и звено звтопилот — упрввллемый обьект Азвкгяклошом иаэывают бортовое устройство, предяазяачеикое для стклоиеиия рулей упрэллеиия. При помощи автопилота может выдерживаться полет ка эадавиой высоте и эадаяиом курсе, обеспечиваться эадавиая ориентация и могут выполняться задевиые маневры в соответствии с ааракее эаложекиой программой. Автопилот (А) является частью системы управления ЛА и содержит каналы управления курсом, такгижом и крепом. В простейДзтчиее шем случае (у крестокрылых ЛА) ка- иалы курса и такгажа элллогячвы. ч. Допуская, что оии работают яеэаэи- симо один от другого, рассмотрим зрээсэ укроп(сивую схему одвого иа вих, например какала курса.

Рвс. 1.13. Уорсгчеэвзя Автопилот по каналу курса (рис. схеьм азтопзлотз 1,13) состоит иа чувствительиых эле- 42 ментОВ (датчиков) Развосткого авена Ройшш (силового привода). авена и исполкительиого эту Путем алгебраического суммирова вия командного и„и стабилизируюпщх и сигиалов с датч б иков о разуется упрзвляю~ций сигнал я, пргй эл в„, псдаваемыи ва силовой привод. В обп ем случае схема аигопвлота сложяее показзяиой яа рис. 1.13: управляющий сигвел я связав с сигизлэми У и и„и и, веливейвым иятегродиффереяциальвым оператором.

Автопилот решает следухвцие основные задачи: ° обеспечение ь вк фу циокальиои связи между командным сигиалом и„и углом отклонения руля Ь; ы ° противодействие разворотам УО, кото ы торые могут воэяикать из-эа азродикамаческих еоа ий; мушек ° стабилкааоия передаточных чисел УО, т.е. козффициевтов пропорциовэльяости между ко командным сигналом и соответствующими углами или угловыми скоростями.

В отипвом случае пе редаточкые числа иэмевяются в гпироких пределах вследствие зависимости парам вУ строе передаточной , высоты и скорости поле- функции О ог иэмевевий массы УО, высоты и сте зация ° обеспечение устойчивости, улучшеяке и били дикамических характеристик УО, иап , иапример о печевие оптималького коэффициента демпфироэзлия. решээггся с помощью контуров ста Последиие тря задачи билиэации УО, в со били, став которых и входит автопилот.

Кратко рассмотрим основные устройства, вхсдяпще в сост в автопилота (рвс. 1. 13). сдшцие в состав ( ) предяаэиачев для откловевия рулей Силовой кривое гСП' п от яейтоальяого пол тр ожевия пропорциоиальяо 'упразляюгцему яшцшжевию и„(рис. 1Л 3). Силовой риво и вой привод иередко зазывают рулевой машивой П ри подаче напряжения яа икает вращаться, и зто электродвигатель ось последвего иач вРащение через редуктор отклояяет . Ня горой поворачивается ль, ст щий лв руль. оси, вок Руль, устав*влек датчик, пРеобразую- угол в напряжение, полярность которо иа полярности входвого воздействия.

Это к го противопсложся ка вход СП е ставя. кзпряжеяие подаег. За и является кап яж связи. счет ва ялсе апряжеяием канала обратной пр иия обратной связи руль Фиксируется под некоторым углом Ь„относительно нейтрального положения. при подаче ва вход СП векоторого постоянного вютряжевия и, Особевностью звева СП является его существенная нелинейность типа ограничевия, так как рулевые органы, как правило. имеют фиксирующие устрэйстза, преп ятствунвцие отклонению руля яэ угол, бблъший, чем максимально эозможвое значение, при котором УО не выходит иэ режима устойчивого полета.

В состав автопилота помимо СП входят также дажчякк— автономные чувствительные элемеиты, предиаэваченные для вырабопги стабилизирующих сигналов. При этом имеется в виду, что при отсутствии внешних команд УО должен двигаться врямоливейно, несмотря на возможные возмущения: турбулентность атмосбюры, случайные откловеяия вектора тяги от юшравлевия, совпадающего с продольной осью УО, случайные колебания рулей УО, вапример из-за собственных шумов злектроввых устройств СП или иэ-за наличия аоя вечувствительвости в редукторе СП и по ряду других причин.

Наиболее характерный пример подобвого датчика — звросков. В его основе лежит вращающийся с высокой скоростью вокруг собствеввой оси циливдр, яааываемый ротором. Основное свойство гироскопа — сохранение направления оси гироскопа в пространстве при воздействии раэличвых возмущений. Например, если гироскоп закреплен таким образом, что моисее поворачиваться ошосительво корпуса УО, то при повороте корпуса ось гироскопа остается неподвижной и с помощью простейшего преобразователе угол — напряжение получается сигвал рассогласования отвосительно углового разворота УО.

По данному сигналу (при отсутствии внешних команд) отклоиявггся рули УО, в результате чего УО начинает разворачиваться и этот разворот происходит до тех пор, пока продольная ось УО ве совпадет с осью вращения ротора гироскопа. Гироскоп, ва выходе которого йюрмируется сигнал, пропорциовальвый угловому рассогласовавию между направлением главной оси гироскопа и продольной осью УО, называется аоэяциовкмм.

Если УО стабилизируется подобным гироскопом, то полет при отсутствии внешней команды мгекет происходить только в плоскостях, парвллельвых исходной Рис. 1.14. Общая схема звена автопилот — УО 45 ялсекости, пространственное положение которой определя- тся положением оси гироскопа в вачале его работы, т. е. в момевт раэарретировавиа гироскопа. Используются также шресюяые гироскопы, на выходе которых появляется напршкеиие, пропорциональное угловой скорости разворота продольной оси УО отвосителъво оси вращения ротора гироскова. Помимо гироскопов в качестве датчиков в обратной свяаи автопилота испольвуются алселереметры, иэмерянхцие ливийаые ускорения.

Перейдем теперь к рассмотрению общей фувкциояельиой схемы эзевз автоввлож — увравляеммй объекж, иаображеввой иа рис. 1.14 для канал курса крестокрылого ЛА. На этой схеме силовой привод представлен последовательяым соединением линейного безынерционного звена с коэффициевтом передачи й,„и неливейвого звена — ограничителя максимального угла отклояеиия руля направления. Ссбствеяяо корпус ЛА является последовательным соедияеяием колебателъисго и интегрирующего звеньев в соответствии с рис. 1.12.

В качестве датчиков обратной связи а автопилоте используются поэициовяый гироскоп, измеряющий угол курса 4х скоростной гироскоп, взмеряющий проиаводиую угла курса ф", акселерометр, ивмеряющий нормальное ускорение Ф.ОО4 ,7 =о Т -.(ш7Т„~ .В р приближении эти датчики можно считать линейными и безынерциов, с ными по измеряемым параметрам и описывать соответственно коэффи! пиентами передачи й, й.

и й,. Одно- е* з временное испольиюание всех трех датчиков в цепи обратной связи ве -э .э всегда целесообразно и технически возможно. Это обстоятельно на схе- ~" — у" еь — се ме рис. 1.14 отражено наличием сс1'ССС. 1. 15. Вид часгошых ОтэетчтВУЮШИХ КЛЮЧЕИ. характеристик Для анализа влияния обратных связей яа характеристики звена аетопилсзт — УО рассмотрим схему рис. 1.14 в линейном приблвясевиж, полагая режим работы силового привода линейным. Вкмчзле примам, что в автопилоте вообще ие используются обратыые связи (все ключи на рис. 1.14 равомкнуты). Тогда свиэь между и„и о„дается колебательным звеном с передаточной с)эункдией п,(р) й зз чьс - „'~, -;; и= —;-„-С. Сосстветстэующая амплитудно-частотная хщмктсристика показана на рис.

1.15, кривая 1. Вследствие обычно малого ссбствеиного коэффициента демпфирования ЛА д переходньсй пропесс по углу скольжения пч в этом случае носит ярко зыРэжеыный колебательиый характер. Для улучшение демпФироюания колебаний используют обратнусо связь на основе скорссотного гироскопа — так называемую гвбкусо обратную ссшзь (ГОС). При игом передаточная функция от и„до а, по-пРежнему будет соответогвовать колебательному эвеэу (Рис. 2.15), сс,(р) Фе(р) = „'р) но пмрвветры его будут иными вследствие их зависимости от коэффициента передачи скоростного гироскопа йэч юле усс ссэээ "~ й оэйч7Г (1.72) с)ь уо = (2с(осе + й асйй)Я2сз, уо).

Рис. 1.15. Функциональная схема авена автопилот — УО с гибкой и (или) акселеромегричеекой обратной связью Анзлна соотнопсеяий (1.23) показывает, что частота колебаний по углу атаки юь уо и коэффициент демпфирования с(а ~ аа счет использования ГОС увеличиваются по срэвне- иию с в„и с(.