Лекция №24.1. Нелинейный электрогидравлический рулевой привод дроссельного регулирования (Лекции по дисциплине "Динамическое проектирование систем стабилизации летательных аппаратов")

НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙРУЛЕВОЙ ПРИВОД ДРОССЕЛЬНОГОРЕГУЛИРОВАНИЯМетод гармонической линеаризацииНелинейности скоростной характеристики рулевого приводаСхема золотникового гидроусилителяИскажение формы гармонического сигналанелинейным звеномПроизводится замена нелинейного элемента эквивалентнымему линейным. Условием эквивалентности в данном случае служитсовпадение выходных колебаний линейного звена с первойгармоникой выходных колебаний нелинейного, когда на их входподается одинаковый гармонический сигнал X  A sin t .Для однозначной и симметричной относительно началакоординат характеристики нелинейного элемента эквивалентныйлинейный элемент описывается уравнением Y  q( A) , где выборкоэффициента q(A) должен обеспечить равенство междувыходными колебаниями эквивалентного линейного и первойгармоники реального нелинейного элемента.Зависимость изменения коэффициента гармоническойлинеаризации от амплитуды сигнала на входе нелинейного звена__ _при А  1q( A)  12_ 1  _ _21 1q( A)   arcsin _  _ 1  _  при А  1  A A A F(x)U ВХUxWI ( р)стF(x)xWII (р)U ОССтруктурная схема ЭГРП с выделенным нелинейным звеномФАЗОВАЯ ГРАНИЦА УСТОЙЧИВОСТИУсловие нахождения системы на границе устойчивости:WЛ ( j )  WН ( А,  )  11]ФРП ( А,  )1] Л [WЛ ( j. )]   Н [ФРП ( А,  )Lm Л [WЛ ( j )]  LmН [Фазовая граница устойчивости ЭГРПс выделенным нелинейным звеномЗона нечувствительностиЗависимость изменения коэффициента гармоническойлинеаризации от амплитуды сигнала на входе нелинейного звена2 1 11q( A)  1 arcsin 1  A A A2F(x)U ВХUxWI ( р) стF(x)xWII (р)U ОССтруктурная схема ЭГРП с выделенным нелинейным звеномЛогарифмические амплитудночастотные характеристикирулевого привода с учетом «зоны нечувствительности»Логарифмические фазочастотные характеристики рулевогопривода с учетом «зоны нечувствительности»Амплитуды входного сигнала соответствуют:А1=0,28В=2°А2=0,14В=1°А3=0,07В=0,5°А4=0,028В=0,2°А5=0,014В=0,1°Частотные характеристики нелинейного рулевогоприводаХРWУ (р )UВХСТФ Р П ( А, )WС ТА ( р)UВЫХUОСWОС( р)Обобщенная структурная схема контура управления современногоманевренного самолетаПри гармоническом законе отклонения рулевой поверхности: ст  A sin t ст  A cos t , т.е.2 ст   A sin t ст   A 3 cos tстAФАЗОВАЯ ГРАНИЦА УСТОЙЧИВОСТИ КОНТУРАУПРАВЛЕНИЯ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ ПО РАСХОДУ ЭГРПУсловие нахождения контура управления на границе устойчивости:WЛ ( j )  ФРП ( А,  )  11]ФРП ( А,  )1 Л [W Л ( j. )]   Н [ ]ФРП ( А,  )LmЛ [WЛ ( j )]  LmН [Результаты математического моделированияФАЗОВАЯ ГРАНИЦА УСТОЙЧИВОСТИ КОНТУРАУПРАВЛЕНИЯ ПРИ МАЛЫХ ВХОДНЫХ СИГНАЛАХ ЭГРПЧастотные характеристикиДопустимые границы АФЧХОценка летчиками допустимых автоколебаний по углу тангажаи нормальной перегрузке.

Режимы точного пилотированияРезультаты моделированияЗависимость амплитуды автоколебаний по нормальной перегрузке от коэффициента резонансаОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЖЕННОГО РУЛЕВОГОПРИВОДА В КОНТУРЕ УПРАВЛЕНИЯУравнение расхода жидкости через золотник и гидродвигатель:Q3  G( X 3 ) PП  PF signX 3  QГДQ ГД  QV  Qr  QСЖ  АП Rd стA H dPF rPF  П AП Rp ст  rPF (1  Tг p )dt2 E dtУравнение моментов (нагрузки):М и  М тр  М ш  М рп  Ip 2 ст  К вт р ст  М Ш ст  АП RPFЯвление «дроссельного эффекта»:C VrCVmmr  BV / 2 Eр 3 Х шт  р 2 Х шт  рХ шт  ( АП  Ш )  X шт Ш 2 EAП2 AП2 EAПAП G ( X З ) PПИТ(mр 2 Х шт  BpX шт  CШ X шт ) signX ЗAПСтруктурная схема нагруженного электрогидравлического рулевого приводаFΣ2ЕАп  H  pКу  КэгуТэгу  р  1Ми1J  p2Мш&МшМш0Х& штМшХштИзменение скоростной характеристики электрогидравлического рулевогопривода под действием постоянной нагрузкиУравнения нагрузки K  (T p  1) M Н  I  ст  k тр  ст   M ШMШ ст  M Ш 02 2T0 p  2 0T0 p  1 ст уравнения потребной скорости иТогда при M тр  0 и М Ш  М Шмомента для гармонического режима работы ЭГРП примут вид: ст (t )  A cos t ,M Н (t )  I  (t )  M Ш (t )  ( M Ш I 2 ) A sin t.Учитывая, что cos2 t  1  sin 2 t , получим уравнение эллипса:22  MстН   1, A   ( M Ш I 2 ) A Xст R, штполуоси которого M Н ( M ш  I 2 ) A PF AП RAП RИзменение скоростной характеристики электрогидравлическогорулевого привода под действием «эллипса» нагрузки без учетатрения и сжимаемости жидкости.Влияние «дроссельного эффекта» на перемещение силовогозолотника истабилизатора при различной нагрузке навыходной шток рулевого приводаПри учете момента трения уравнения потребной скорости имомента запишутся в следующем виде:  (t )  A cos t , стM Н (t )  ( M Ш I 2 ) A sin t  k вт A cos t.и представляют собой уравнение эллипса, развернутого по осиординат:M Н2  ( M Ш2222ст 2  I ) A 1  ()  k вт стA Наличие сжимаемости у рабочей жидкости разворачиваетэллипс нагрузки по оси ординат аналогичным способом, т.к.

расходзолотника Q3  AП R  ст  r ( PF  Tг PF ) . Тогда уравнения потребнойскорости и момента запишутся в следующем виде:  (t )  A cos t , стM Н (t )  rA[( M Ш I 2  k вт 2 ) sin t  Tг  ( M Ш I 2  k вт ) cos t ].Изменение скоростной характеристики электрогидравлического рулевогопривода под действием «эллипса» нагрузки с учетом трения и сжимаемостижидкостиЗависимость основных параметров электрогидравлическогорулевого привода дроссельного регулирования: коэффициентаскольжения по расходу K Qp и утечек r (а), гидравлическойпостоянной времени Tг (б) и коэффициента передачи приводаК ПР (в) от хода (открытия) силового золотникаа)б)в)Tг KAП  X шт2 Е ( K Qp  r )АП  R  K QxMШ( K Qp  r )DЭГРП  KУ K ЭГУ K ОС K ПЭти особенности переводят гидравлические приводы в класс систем спеременными параметрами, зависящими от состояния системы, который неможет быть описан привычными статическими нелинейными элементамиФАЗОВЫЕ КООРДИНАТЫ ДВИЖЕНИЯ НАГРУЖЕННОГОРУЛЕВОГО ПРИВОДА В КОНТУРЕ УПРАВЛЕНИЯ(КРИВЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ)Режимы энергичного маневрированияперекомпенсированый орган управленияQзQЗx з = 0,45x з = 0,4x з = 0,3x з = 0,2x з = 0,1XЗPFвыход на n допym φш > 0; m αш > 0; m ш 0 > 0;уход с n допyвыход на n допyуход сn допycm z y  0,05 ; 0  0,6cm z y  0,05 ; 0 - 0,6недокомпенсированый орган управленияQзQзx з = 0,45x з = 0,4x з = 0,3x з = 0,2x з = 0,1XЗPFmш 0; m ш 0; m ш  0;0Начальные условия действия нагрузки для горизонтального полета: ст ГП  M Ш ГП  M Ш 0MШРF ГП AП RВыражение для нагрузки при выходе на предельные перегрузки:РF MAX nMШ( ст ГП   стn y MAX )  M Ш( ГП   )  M Ш 0AП RКРИВЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ В КОНТУРЕУПРАВЛЕНИЯ ПРИ НЕДОСТОЧНОМ РАСПОЛАГАЕМОМРАСХОДЕаэродинамически устойчивогосамолетааэродинамически неустойчивогосамолетаcQзφ& 0 max =40 ° / c+ 10 ° / ccm z y = +0,05Qзm z y  0,05φ& 0 max =40 ° / c+ 15 ° / cPFQзφ& 0 max =PFQз10 ° / cφ& 0 max =+ 40 ° / c40 ° / c+ 10 ° / cPFГармоническая линеаризациянесимметричных нелинейностейPFВлияние «дроссельного эффекта» нафазочастотные характеристикирулевого приводаВИД ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯКРИВЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ.