Лекция №22.1. Системы контроля рулевых приводов (Лекции по дисциплине "Динамическое проектирование систем стабилизации летательных аппаратов")

СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ РУЛЕВЫХПРИВОДОВР (вероятность выхода из строя)я10-12оретическа10-10Те10-810-6Рьнлеаая10-410-2n (число каналов)1234Зависимость вероятности полного выхода из строярезервированной системы от числа ее подканаловДля резервированной системы вероятность отказа одногоподканала P(t )  p(t )   t ,где: p(t )вероятностьотказаодногоподканаларезервирования; - интенсивность отказа устройства или элемента;t - время, в течение которого рассчитываетсявероятность отказа, как правило, это один час полета.2Вероятность отказов двух подканалов: P(t )  6 p (t )3Вероятность отказов трех подканалов: P(t )  4 p (t )Вероятность отказов четырех подканалов: P(t )  p 4 (t )Встроенная система контроля, или, как часто говорят, мониторинга - является обязательной подсистемой рулевогопривода современного самолёта.

Своевременное обнаружение иавтоматическое отключение неисправного устройства или целикомканала рулевого электрогидравлического привода и переход нарезервный канал управления при появлении локального отказапривода или взаимодействующей с ним системы – вот задачапостроения системы встроенного контроля.

Системы встроенногоконтроля, выполняющие указанные выше задачи, включают в свойсостав: Датчики координат привода, характеризующих исправноесостояние привода и взаимодействующих с ним систем. Логические устройства, осуществляющие быструю оценкуобщесистемной ситуации в приводе на основе анализаизмеряемыхкоординатвзаимодействующихлогическихсустройствприводаприводомсистемисистем.сигналовВвстроенногоизкачествеконтроляисправности в настоящее время всё чаще используютсявстроенные в привод микроконтроллеры. Детекторы отказов, вырабатывают команды на устройстваизменения структуры привода (отключение неисправногоканала и перевод его в безопасное состояние), а такжесигнализируют о факте появления отказа. Исполнительные устройства, обеспечивающие изменения вструктуреприводаипереводотказавшегоканалавотказобезопасное состояние.Классификация отказовПассивный отказ – отказ, не приводящий к изменениюпараметров и характеристик системы.

В случае рулевого приводаэто отказ, не приводящий к перемещению выходного звена.Наиболее характерный пример – обрыв входного сигнала.Примерно 30% всех отказов – пассивные отказы.Активныйотказ-отказ,приводящийкизменениюпараметров и характеристик системы. В случае рулевого приводаэто отказ, приводящий к перемещению выходного звена. Наиболеехарактерный пример – обрыв сигнала обратной связи или обрывпитающего напряжения операционного усилителя. Примерно 70%всех отказов – пассивные отказы.Требования к контролю рулевых приводов:Вероятностьобнаруженияистинногоотказа–95%.Увеличение вероятности обнаружения истинных отказов с 50% до95% увеличивает вероятность безотказной работы системы приводав целом в 10 раз.Вероятность появления ложного отказа – 5-10%.

Желательно,чтобы ложные отказы в воздухе были исключены. Для уменьшениявероятности их появления и накопления отказов перед вылетомдолженпроводитьавтоматическийсистемы управления и рулевых приводов.предполетныйконтрольВажным вопросом при проектировании резервированныхприводов с системами встроенного контроля является обеспечениенеобходимого быстродействия системы встроенного контроля,которая оценивается длительностью интервала времени с моментапоявления отказа и до момента переключения неисправного каналана исправный резервный канал с обеспечением полноценногоуправления.

По опубликованным данным оценки допустимоговремени обнаружении отказа и перехода на резервный каналпривода лежат в пределах от 0.040 с до 0.2 с.В ТЗ на контроль рулевых приводов нормируется величинаперемещения выходного звена привода при отказе и времяотключения неисправного подканала:после первого отказа перемещение выходного звена привода недолжно превышать 2мм за время 0,2 с;после второго отказа перемещение выходного звена привода недолжно превышать 4мм за время 0,2 с.Схемы выбирающих устройства)б)Схемы выделения:наименьшей (а) и наибольшей величины (б).Схема выборки:Среднее арифметическое:U вых U1  U 2  U 33Среднее логическое:1. При трехканальной схеме: Больший и меньший сигналотбрасываются и на выход проходит средний.

После первого отказана выход проходит меньший из двух. После второго отказа системаотключается.2. При четырехканальной схеме: Больший и меньший сигналотбрасываются и на выход проходит меньший из двух. Послепервого отказа больший и меньший сигнал отбрасываются и навыход проходит средний. После второго отказа на выход проходитменьший из двух. После третьего отказа система отключается.Временная диаграмма выделения среднего сигналаКлассификация систем контроля:1. Мажоритарный контроль посредством кворумэлементов;2. Система контроля сравнением входного ивыходного сигналов;3. Система контроля с применением модели(электронной или гидромеханической);4. Пороговый контроль;5.

Контроль с применением тестовых сигналов;6. Контроль с применением алгебры логики;7. Контроль по сравнению сигналов.Дляконтроляисправностирезервированногоканалауправления целесообразно использовать следующие координатыпривода:- Напряжения на обмотках управления электромеханическихпреобразователей сигналов ЭГУ, линейных электродвигателей(ЛЭД) и других электромеханических преобразователей иисполнительных механизмов.- Ток управления, идущий на обмотки электромеханическогопреобразователя.- Сигналы рассогласования в каналах привода.- Входные сигналы управления.- Сигналы в цепях позиционных обратных связей и другиесигналы, характеризующие состояние следящего привода,например, с датчиков положения золотника или с датчиковперепада давления.1.

Мажоритарный контроль(Схема кворум-элемента)Схема мажоритарного контроляОдин из каналов (х1, х2, х3) считается отказавшим, есликонтролируемаякоордината(xi)отличаетсяарифметического(хср) или среднегоотсреднеговыборочногозначения,полученного на основе осреднения одноименных координат во всехканалах на определенную величину х:x ср 1 M xim i 1x i  x ср(1) х .В выражении 1 х - порог срабатывания детектора отказов (ДО).Схемы систем управленияс кворум-элементамиД1Вычислитель 1К.Э стД2Вычислитель 2К.ЭЭГРПД3Вычислитель 3Д4Вычислитель 4К.ЭК.ЭСистема управления с одним контрольным сечениемД1Uос1Вычислитель 1К.ЭК.ЭUвх1UК.Э стUос2Д2К.ЭВычислитель 2К.ЭUUвх2К.ЭЭГРПUвхД3К.ЭВычислитель 3К.ЭК.Э3Uос3Д4Вычислитель 4К.ЭК.ЭUвх4Uос4UUК.ЭСистема управления с контрольным сечениемпосле каждого функционального элементаВероятность безотказной работы первой системы приусловии, что надежность кворум-элементов практическиравна единице, определяется следующими зависимостями:P1  1  (1  PД PВЫЧ PРП ) 3  1  (1  PЭ3 ) 3 ,где: PД - вероятность безотказной работы датчиков;PВЫЧвероятностьбезотказнойработывычислителя;РРП - вероятность безотказной работы рулевогопривода;PЭ - эквивалентная вероятность безотказнойработы при условии, что:PД  PВЫЧ  PРП  PЭ .А вероятность безотказной работы второй системы:33P2  PД3 ( 4  3PД ) PВЫЧ( 4  3PВЫЧ ) PРП( 4  3PРП )  PЭ9 ( 4  3PЭ ) 3Выигрыш в надежности составляет:P2 PЭ9 (4  3PЭ ) 3.P1 1  (1  PЭ3 ) 3Чем больше функциональных элементов стоит в каждомподканале резервирования, тем больший выигрыш внадежности получается при установке контрольных сеченийна выходе однотипных функциональных элементов.Вероятность ложного отключенияВид порога срабатываниясимметричныйВероятность ложного откл.Pло  1  Ф(t )Значения для tUt 0U n yU0несимметричныйt1 U1U; t2  2U n yU n y11Pло  1   Ф(t 2 )  Ф(t1 )22U0U n y1Pло  1  Ф(t )2U1 U2одностороннийtU0tt22Ф(t ) e 2 dt2 0Двухкаскадный рулевой приводСИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ и ЭГУ №2Хз2ДП31КР2УсилительI1U1КлапанотключенияРслU2PпЭГУКР1I2КР1КР2ДП31СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ и ЭГУ №1Детектор отказаХз1ХзМОДЕЛЬ ЭГУ+ФильтрUвыхkуТфs 1ХзмРелеотключенияP1UвхUПодстройка моделиСхема контроля исправности электрогидравлического усилителямощности с двумя электрическими каналами управления: U1,2 – сигналыуправления; Кр1,2 – контакты реле отключения; Хз1,2 – сигналы положениязолотника гидрораспределителя ЭГУ; i1,2 – токи управления в обмоткахЭГУ; ДПЗ1.2 – датчики положения золотника гидрораспределителя ЭГУ; ку,Тф – параметры фильтра; Р1 – реле отключения канала.Алгоритмизменениямаксимальнойскоростизолотникагидрораспределителя, представляемый в модели напряжениемU зmопределяется соотношением:U& max .о  U& max .н  KV  x з  x зм signU V ,гдеU& max .н –максимальная скорость перемещения золотника приположительной температуре жидкости и номинальном давлениипитания;U& max .о -максимальная ограниченная скорость перемещениязолотника;хзм - сигнал на выходе модели ЭГУ, пропорциональныйперемещению золотника;хз – сигнал, снимаемый с датчика перемещения золотника;Uv – сигнал управления скоростью движения золотника.2.

Система контроля сравнением входного ивыходного сигналов;Изуравнениярассогласования:U  U вх  U вых .Следовательно, выходной сигнал (сигнал обратной связи) вследящей системе должен быть равен входному сигналу и обратенему по знаку, т.е. сигнал ошибки должен быть обнулен. На этомпринципе и строится система контроля.Однако данный метод контроля можно применять наприводах, нагрузка на выходном звене которых заведомо меньшерасполагаемого усилия, т.к. при «упоре» в шарнирный моментшток останавливается и его перемещение не соответствуетвходному сигналу. В этом случае система контроля отключитисправный привод.Рулевой привод, построенный по методусуммирования усилий и тандемным расположениемподканаловU  U вх  U вых  U кСистема контроля с применением электронноймодели (Model)UXштКанал сервоприводаXкпUдкU осUосДУsЭМ1Ts+1Кк устройствуe-p отключенияСхема простейшей системы контроляUXштКанал сервоприводарезультирующаяхарактеристикаUспИУкsКe-pUmк устройствуотключенияФЭэлектронная модель подканалаСхема унифицированной системы контроляСистема контроля с применением логических схем(Electrical Logic)K p    1 "Отказ КУП1"СО*1Kp    (T2p+1)(T3p+1) тек.2ист.1К1уборка1К21К3ГР-773200"Шасси убраны2"К28.5 10КУП2 "Отказ КУП2"СО*2K p     тек.3ист.выпуск+27В IIк1(T2p+1)(T3p+1)Гидрокран выпуска уборки ПК+27В IкК1К3ИЛИКК3К18.5 10КУП1>2К2"Шасси убраны1""Стойка обжаталевая"К1К2ИЛИ1К3Б СО*2СО*3А0 "Отказ КУП3"преобразовательБА8.5 10АБ"Шасси убраны3"КУП3СО*1"Стойкаобжатаправая"ИЛ И тек.1ист.К1ИЛ И(T2p+1)(T3p+1)К2К3ИЛИТ1Т3-Т2 = 3 - 5 сТ2 Т3ТСО*3ИИК2НЕИИК3НЕ=0.5c=0.5cПамятьПамять"Отказ КУП1">2ПамятьГР-773200"Отказ КУП3"И1ИЛИ-НЕ=0.5-0.7cцилиндравтоматапредкрылковнагнет."Отказ КУП2"ИЛ ИМСТ-40А-2=0.5cобщ ая г/сНЕИЛ ИИИЛ ИК1НЕИЛ ИсливКотказпредкрылковМСТ-40А-2- Схема включается в работу при наличии сигналаразжатия обеих стоек шасси.- Отключение долж но производиться при появлении хотябы одного сигнала обжатия с задержкой 3-5 сек.

привыпущенных шасси.2Схема контроля канала управления предкрылками насамолете МиГ-УТС.Система контроля, основанная на принципесравненияUвхлевн корнправ н корн-1ОтказГС60М СТt2t1Отказ СОСОтказ СВС-60t2t1=(0.1...0.2) с=(0.5...0.7) с+27В+27ВилиУМУМАУ-46-06ГоловкауправленияАУ-46-06ГоловкауправленияPPБГЦКорневой носок левой консолиБГЦДПР-4нагнетаниеДПР-4Корневой носок правойконсолисливСистема автоматического управления носками крылас контролем по сравнению отклонения носков на правой илевой консоли крылаПринципиальная схема рулевого привода самолета F-16.Принципиальная схема рулевого привода самолета F-18.угловоеСпособотключенияотказавшегоподканалаширотно-импульсныйрелейныйцифровойаналоговыйтриКоличестводопустимыхотказовлинейноеавтоматическоеручноеСпособобнаруженияотказавшегоподканаладваодинтандемноепараллельноеКонструктивноерасположениеподканаловСравнение сигналов обратнойсвязи с входным сигналомСравнение положенийштоков и выходного звенаСравнение сигналов обратной связи между собойСпособ соединенияштоков подканаловс общим выходомСравнение сигналоврассогласованияс замещениембез замещенияПринципрезервированияСравнение сигналов скорректирующих элементовненагруженныйрезервоблегченный резервсуммирование скоростейсуммированиеперемещенийМетодрезервированиянагруженный резервфрикционныйНаличиекоррекциипружинныйсуммирование усилийсистема контролягидромеханическийМодельныйподканалМетжесткийпо сигналамрассогласованияпо перепадудавленияТип обратнойсвязиэлектронныйпятьчетыретриКоличествоподканаловпо сигналу обратнойсвязигидравлическаямеханическаяэлектрическаядваМногоканальные электрогидравлические рулевые агрегатыТип сигналауправленияПеремещениевыходногозвена.