Лекция №12.1. Электрогидравлический рулевой привод дроссельного регулирования (Лекции по дисциплине "Динамическое проектирование систем стабилизации летательных аппаратов")

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙРУЛЕВОЙ ПРИВОД ДРОССЕЛЬНОГОРЕГУЛИРОВАНИЯСхема электрогидравлического рулевого привода,управляющего отклонением рулевой поверхностиUвх-KухзЭГУКосБлок клапановрпрслFшШРQгрр1Rр2ХштРулевая поверхностьМшХвх – входной сигнал управления,Ку – коэффициент усиления сигнала рассогласования, Хз –перемещение золотника гидрораспределителя, Кос – коэффициентпозиционной обратной связи, Хшт – перемещение поршня, Мш –шарнирный момент, который пропорционален углу поворота руля,Fш – сила, развиваемая гидроцилиндром сила нагрузки, ШР –штепсельный разъём.Статические характеристики рулевогоприводаСкоростная характеристика:а – идеальная, б – с учетомрадиального зазора, перекрытия итрения в гидродвигателеПерепадная характеристикаОбобщенная гидравлическая характеристикаДИНАМИКА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГОРУЛЕВОГО ПРИВОДА ДРОССЕЛЬНОГОРЕГУЛИРОВАНИЯУравнения движения рулевого привода:- уравнение электронного усилителя запишем при допущении,что усилитель безынерционен и Tу  0 :I у ( p)  k уU ( p) или WУ ( p) U ( p ) kуI у ( p)- уравнение обратной связи запишем при допущении, чтовремя выпрямления сигнала индукционного датчика обратной связимало и TB  0 или датчик обратной связи работает на постоянномтоке:U OC ( p)  kOC X Шт ( p) ,- уравнение рассогласования:U ( p)  U ВХ ( p)  U OC ( p) .Структурная схема линейной моделиэлектрогидравлического рулевого приводадроссельного регулирования без учета нагрузкиkУ k ЭГУTЭГУ р  1k VXRpkOC RПри переходе к перемещению штока привода и k ЭГУ  1, TЭГУ  0WO ( р ) Ф( p ) kVXpWOC ( р)  kOCW ( p) kVX kOCp1W0K1TKгде,.kVX k OC1  W0Woc Tp  1kOCПри учете динамики ЭГУ:WO ( р ) W ( р) Ф( p ) Ф( p ) kУ k ЭГУ kVXp (TЭГУ p  1)WOC ( р)  kOCkУ k ЭГУ kVX k OCDp (TЭГУ p  1)p (TЭГУ p  1)D  kУ kЭГУ kVX kOCW0k k k / p(TЭГУ p  1)1 У ЭГУ VXk k k kT11  W0Woc1  У ЭГУ VX OCkOC ( ЭГУ p 2  p  1)p(TЭГУ p  1)DDW0K1где K , TРП 2 21  W0Woc TРП p  2 РП Т РП р  1kOC РП Т ЭГУD112 DTРП 2 DTЭГУГрафики нагрузки, действующей на рулевой привод:Уравнения движения, передаточные функции иструктурная схема линейной моделиэлектрогидравлического рулевого привода дроссельногорегулированияПримем следующие основные допущения:1.

Динамический процесс проходит в окрестностях установившегосядвижения привода при среднем положении поршня в гидроцилиндре.V AП X шт полнQQQ   ( PF , X З )  Q X З PFX ЗPF222. Сухое трение в гидроцилиндре и нагрузке мало и им можноV1  V2 пренебречь.3. Волновые процессы в гидравлических магистралях из-за их малойдлины не влияют на динамику рулевого привода.4.

Модуль упругости рабочей жидкости величина постоянная, независящая от давления и температуры. Нерастворенный воздух в жидкостиотсутствует.5. Коэффициент вязкости жидкости и коэффициенты расходауправляемых дросселей гидроусилителя – величина постоянная.6.Температуражидкостивтечениерассматриваемогодинамического процесса не изменяется.7. Гидравлические потери в трубопроводах между золотником игидроцилиндром малы и ими можно пренебречь.8.

Давление питания золотникового гидроусилителя - постояннаявеличина.9. Жесткость основания и конструкции крепления рулевого приводасущественно превышают жесткость упругой нагрузки рулевой поверхности10. Шарнирный момент рулевого привода зависит только от углаотклонения рулевой поверхности, а постоянный момент и составляющаяшарнирного момента от угла атаки самолета пренебрежимо малы.M Ш  M Ш   M Ш   M Ш0 M Ш  mш qSbaСхема расположения центра тяжести рулевой поверхностиотносительно аэродинамического фокуса:а) недокомпесированный руль CШ  0 (mШ  0)в) перекомпенсированный руль CШ  0 (mШ  0)1Т Ш р 1 ,1Т Ш р 1Зависимости шарнирного момента на рулевой поверхностиот числа МахаУравнения движения нагруженного гидродвигателя- уравнение движения нагруженной рулевой поверхности:М РП  М И  М ВТ  М Ш , Jd 2d AП PF R  b CШ2dtdt2в операторной форме: Jp  ( p)  AП RPF ( p)  bp ( p)  CШ ( p) .WH ( p)  ( p)PF ( p )TH  J CШ1 CШTH2 p 2  2 H TH p  1H b2 СШ J- уравнение расхода, описывающего условие неразрывностипотока гидравлической жидкости в гидравлическом рулевомQЗ  QГЦ ,приводе:QЗ QЗQX З  З PF  К Qx Х З  К Qp РFX ЗPFQГЦ  QV  Qсж  QrК Qx Х З  К Qp РF  AП Rd AП X Шт полн dPF rPFdt2Edtв операторной форме:К Qx Х З ( p )  К Qp РF ( p )  AП Rp ( p ) K Qx X З ( p) 1 /( К Qp  r )(TГ p  1)TГ AП X Шт полн2E pPF ( p )  rPF ( p)PF ( p)  AП Rp ( p)AП X Шт полн2 E ( K Qp  r )BCГАП2В- коэффициент жесткости механической характеристикиK Qpрулевого привода в окрестности точки с малыми приращениями(первое допущение),2 EAП2CГ - коэффициент жесткости гидравлической пружиныAП X Шт полнв окрестности установившегося движения привода при среднемположении поршня в гидроцилиндре.1 ( K Qp  r )K QxpA П kRT Гp 11 CШT p  2HTH p 12H2A П RpСтруктурная схема, описывающая динамику пары«золотник-гидроцилиндр»ФИМ ( р ) W0 ( p ) W0 ( p )1  W0 ( p )WOC ( p)ФИМ ( р) W0 ( p)WOC ( p )1W11  W0 ( p)WOC ( p ) WOC 1  W WOCK Qx AП kRC Ш ( K Qp  r )(TГ p  1)(TH2 p 2  2 H TH p  1)WИМ ( p )  ( p)X З ( p)WOC ( p ) KAП R1p QxK QxWOC ( p) AП RpKA3 p 3  A2 p 2  A1 p  A0KK QxAП R KVx R KVx K QxAПA3 СШJbb CШJ, А2  , А1  1  , А0 ,B CГB CГCГВилиWИМ ( p ) TШ BCГ ( p)X З ( p)T1  J C ГKTШ(TШ p  1)(T12 p 2  21T1 p  1)1  JCГ1  2 BbCJ  ШBC Г JCГЛогарифмическая амплитуднофазочастотная характеристикаразомкнутого электрогидравлического рулевого приводаУравнения движения электромеханического преобразователя- уравнение электрической цепи:U  RI у  LdI уdt k ПЭdhdtв операторной форме:U ( p)  RI у ( p)  LpI у ( p )  k ПЭ ph( p)U ( p) 1/ RI у ( p)  k ПЭ ph( p )(TL p  1)-уравнение движения якоря ЭМПd 2hdhm 2  k FI I у  CЭМП h  bdtdtсухое трение, петля гистерезиса иэлектродвижущая сила, наведеннаядвижением якоря, малы и ими можнопренебречьКонструктивная схема ЭМПh  k hI I k hI  hImp 2 h( p)  k FI I у ( p)  CЭМП h( p)  bph( p)CЭМП F k FIhk hIk FI FIСтатические характеристики ЭМПа) – регулировочная; б) – обобщенная (механическая)в операторной форме:WЭМП ( p) mp 2 h( p)  k FI I у ( p)  CЭМП h( p)  bph( p)h( p )k ЭМП 2I у ( p) TЭМП p 2  2 ЭМПTЭМП p  1kЭМП  khI TЭМП  m CЭМП  ЭМП 1 RT L p 12ЭМПTb2 СЭМП mk ЭМПp  2 ЭМП TЭМП p  12k ПЭ pСтруктурная схема электромеханического преобразователяЕсли сопротивление существенно превышает индуктивность обмотокуправления, т.е.

TL мала и ей можно пренебречь, передаточная функцияЭМП приобретает вид:WЭМП ( p) h( p )kЭМП R 2U ( p) TЭМП p 2  2 ЭЛ TЭМП p  1 ЭЛ   ЭМП kЭМП k ПЭ2TЭМП Rкоэффициент противо-э.д.с. увеличивает демпфирование колебанийякоря электромеханического преобразователяУравнения движения гидравлического усилителя- уравнение сил, действующих на золотник:AЗ PД  CЗ X З- уравнение расхода в диагонали гидравлического мостика:К Qh h  К Qp Р Д  AЗd (X З ) V d (PД )dt2EdtКонструктивная схема ЭГУстатического типа сОбобщенная гидравлическаяцентрирующими пружинамиК Qh Q  Д hхарактеристика гидроусилителяQC 2 h 0 1   h0K QpQ Дp ДX 02в операторной форме: К Qhh( p)  КQp РД ( p)  AЗ pX З ( p) Решая два уравнения совместно и выразивполучим:Q 1  2   2 2C4 1   2 PK  PСЛ VpPД ( p)2EХ З ( р) АЗР Д ( р) ,СЗАЗ2VК Qh h( p)  К Qp Р Д ( p ) pР Д ( p) pPД ( p )СЗ2EWГУ K Ph K QhK Qp P  hPД ( p )K Phh( p ) TГУ p  14 2 ( P  P ) 22 2 h0 1     h0TГУAЗ2 VCЗ 2E- уравнение сил, действующих на якорь электромеханическогопреобразователя:k FI I у  CЭПМ h  RГRГ  k1 AC PД  k 2 AC hk ПЭ p1RTL p  11 CЭМП2TЭМПp2 2ЭМПTЭМПp1k FIАзСзk PhTГУ p  1k1k2AССтруктурная схема электрогидравлического усилителястатического типаWЭГУ kЭГУA3 p 3  A2 p 2  A1 p  12Т ГУ Т ЭМП2 Т Т ГУ 1  k1 AC СЭМП Т 2  2 ЭМП Т ЭМП Т ГУА3 А1  ЭМП ЭМПА2  ЭМП1  СЗС СЭМП1  СЗС СЭМП1  СЗС СЭМПЕсли пренебречь ввиду малости величиныTЭМП , TL , k ПЭ ,передаточнаяфункция ЭГУ будет описываться апериодическим звеном:1k FIС ЭМПАзСзkPhTГУ p 1k1k2AССтруктурная схема электрогидравлического усилителяWЭГУ ( p) К ЭГУ X З ( p)k FIWГУ ( p) AЗ CЗК ЭГУI у ( p )  k1 AЗWГУ ( p) Т ЭГУ р  11  CЭМП  k 2 AC  CЭМП  k 2 AC k ЭМП k Ph1  k2 AC / CЭМПТ ЭГУ СЗС  k1 AC k Ph  k2 Ac1  CЗС CЭМП1  CЗС CЭМПЧембольшежесткость«гидродинамическойпружины»заслонки, тем больше быстродействие ЭГУ, меньше постояннаявремени и коэффициент передачи.

Чем хуже динамика ЭМП, тембольше колебательность ЭГУ.Уравнения движения электрогидравлического усилителяастатического типа с механической обратной связьюКонструктивная схема ЭГУ смеханической обратной связьюДопущения: масса и трениезолотника и якоря-заслонкималы и ими можно пренебречь,осевойгидродинамическойсилой,действующейназолотникиобусловленнойистечением жидкости в егоуправляемых дросселях можнопренебречь,таккаконанезначительна по сравнению ссилами давления в диагоналигидравлического мостика.Расчетная схема электрогидравлического усилителяс упругой обратной связью на заслонку- уравнение движения астатического гидроусилителя:d (X З ) kQhhdtAЗрХ З ( р ) kQhAЗh( р )- уравнение движения якоря-заслонки ЭМП ( mЯ  0 ):k FI I у  CЭМП h  RГRГ  k2 AC h - гидродинамическая реакция на якорь ЭМП- уравнение рассогласования:Fя  Cос (h  X З )СOС k FI I max- коэффициент жесткости пружины обратной связи,X maxприведенной к оси сопел.k FI I у ( р )  CЭМП h( р )  k 2 AC h( p )  COC (h( p )  X З ( p ))k FIkQh1 СОС  к 2 АСС ЭМПAЗ pСОССтруктурная схема электрогидравлического усилителяастатического типа с механической обратной связьюWЭГУ ( p) K ЭГУ k FICOCX З ( p)K ЭГУI у ( p) TЭГУ p  1Т ЭГУ АЗ  CЭМП k 2 AC1 kQh COCCOCЧем выше жесткость пружины обратной связи, тем большебыстродействие, меньше постоянная времени, но для увеличения еежесткости при выбранном максимальном ходе золотника необходимосущественно увеличивать тяговое усилие, что приводит к увеличениюпотребной мощности ЭМП.Уравнения движения электрогидравлического усилителяастатического типа с электрической обратной связьюЭГУ астатического типа с электрической обратной связью- уравнение рассогласования:U p ( p)  U вх ( p)  U ос ( p )  U вх ( p)  kос X З ( р )- уравнение электронного усилителя:I у ( p )  k уU р ( p )- уравнение движения астатического гидроусилителя:d (X З ) kQhhdtAЗрХ З ( р ) kQhAЗh( р )- уравнение движения якоря-заслонки ЭМП ( mЯ  0 ):k FI I у  CЭМП h  RГRГ  k2 AC h - гидродинамическая реакция на якорь ЭМПkуk FIСЭМП1 к 2 АСkQhAЗ pК ОССтруктурная схема электрогидравлического усилителяастатического типа с электрической обратной связьюWЭГУ ( p ) kW0k pK ЭГУ1  W0WOC 1  kkOC p TЭГУ p  1k у k FI kQhAЗ (CЭМП  k 2 AC )Ку  КэгуТэгу  р  1A (Ck A )K ЭГУ  1 kOC TЭГУ  З ЭМП 2 Ck у k FI kQh kOCFΣ2ЕАп  H  pМи1J  p2Мш &Мш Х& штХштСтруктурная схема линейной модели электрогидравлического рулевогопривода дроссельного регулирования c учетом нагрузкиD  kУ k ЭГУ kVX kOCХ&пК ус  К эгу  K QxТ эгу s  12E 1Aп  Н s1Js&1sСтруктурная схема линейной модели электрогидравлического рулевогопривода с дроссельным регулированием.