Диссертация (Исследование кинематики, динамики и рабочих процессов активной боковой ручки управления самолетом), страница 11

Задание входныхвоздействий в систему управления и вывод основных параметров контролясредствами Matlab-Simulink.6.Определение статических и динамических характеристик с помощьюразработанной математической модели. Ширина полосы пропускания системыдолжна быть не менее 2 Гц.7.Доработкатвердотельноймоделииповторпп.5-7,вслучаенеудовлетворительных статических и динамических характеристик.8.Коррекция параметров системы управления путем введения корректирующихустройств в систему автоматического управления.

Использование двухканальногокорректирующего устройства с использованием принципа инвариантности являетсяпредпочтительным для обеспечения требуемого диапазона рабочих частот, которыйсоставляет 2 Гц.9.Корректировка параметров демпфирования приводов при работе в ручномрежимедляобеспечениятребуемогодиапазонарабочихскоростей.Предпочтительные значения коэффициентов демпфирования составляют 5 Нм·рад/сдля канала крена и 6 Нм·рад/с для канала тангажа.9510.Разработка документации на изготовление исполнительного механизма и блокауправления.4.4 Выводы по главе 4•С помощью разработанной модели БРУ определено взаимное влияниеканалов управления при их одновременной работе.•Определено, что при работе БРУ в режиме автоматическогоуправления привод канала крена показывает лучшую динамику по сравнению сприводом канала тангажа в силу того, что дополнительная загрузка при работедемпфера канала крена имеет меньшие значения, чем для канала тангажа.•Для компенсации влияния «эффекта присоединенной массы» былинайдены параметры демпфера.

Для канала крена коэффициент демпфированиясоставляет 5 Н·м·рад/с, а для канала крена – 6 Н·м·рад/с.•С помощью модели пары БРУ исследована работа БРУ в режиме«синхронизация». Выявлено, что приводы ведомой БРУ имеют фазовые сдвиги,составляющие 5 градусов для канала крена и 4 градуса для канала тангажа начастоте 1 Гц.•Созданаметодикапроектирования, котораявключаетвсебяобобщение проделанных шагов при определении основных конструктивныхпараметров,обеспечивающиххарактеристики БРУ.требуемыестатическиеидинамические96ГЛАВА 5 Испытания изготовленных макетов боковых ручек управления5.1 Разработка электронного блока управленияДля проведения экспериментальных исследований требуется созданиеэлектронного блока управления (ЭБУ) для управления макетом БРУ с помощьювнешней компьютерной системы.Прототип ЭБУ (показан на Рисунке 5.1) выполнен в виде двух печатныхплат с питанием 27В, каждая их которых управляется 32 разрядныммикроконтроллером STM32F405RG фирмы ST microelectronics.

Преимуществомданного контроллера является наличие широкого набора периферийных узлов,ядро ARM Cortex M4 с тактовой частотой 168 МГц, развитые средства средыразработки. Полученные алгоритмы в интерпретации языка С могут бытьперенесены на микропроцессоры отечественного производства, речь о которыхпойдет далее.Рисунок 5.1 – Прототип ЭБУ97Для указанного микропроцессора и плат написаны драйверы АЦП DMA,USB, USART, таймеров, микросхемы управления двигателями.Обе платы объединены между собой цифровым полнодуплексным каналомсвязи,обеспечивающимциклическуюпередачу данныхмежду нимисустановленной частотой 100 Гц.

Физически канал построен на USARTпередатчике, работающем в DMA режиме на скорости 115200 бит/сек. Системауправления построена таким образом, что в любой момент времени информация осостоянии и параметрах противоположной ручки доступна для анализа ипередачи к управляющему компьютеру.Накаждойплатеустановленыподвадрайверауправленияэлектродвигателями, которые входят в состав приводов отклонения ручки по двумосям и обеспечивают необходимые вращающие моменты электродвигателейприводов. На каждой ручке установлена кнопка приоритета.Связь с моделирующим компьютером осуществляется по каналу USB,поверх которого реализован виртуальный СОМ порт STMicroelectronics STLinkVirtual COM Port для корректной работы которого необходима установкадрайвера. Кабель USB должен быть подключен к любой одной из двух плат ЭБУ.Данные от/для противоположной платы идут через подключенную к компьютеруплату.Для отработки взаимодействия ЭБУ и моделирующего стенда, разработаноспециальное программное обеспечение для персонального компьютера – далееПО «монитор-автопилот».

ПО позволяет отображать на стрелочных индикаторахв реальном времени основные параметры работы, телеметрии БРУ, управлятьперемещением каждой из осей ручек в режиме автоматического управления какпо законам движения с заданными параметрами: синусоидальный, пилообразный,ступенчатый, так и по произвольному потоковому заданию.

Также ПО «мониторавтопилот» позволяет устанавливать значения коэффициентов и параметровимеющихся алгоритмов управления БРУ. Интерфейс указанного ПО показан наРисунке 5.2.98Рисунок 5.2 – Интерфейс ПО «Монитор-автопилот»ПО «монитор-автопилот» совместно с прототипами ЭБУ и БРУ позволяютмоделировать автономную или совместную работу двух БРУ в заданных режимах,разрабатыватьиотлаживатьразличныеалгоритмыилогикуработы,разрабатывать принципы парирования возможных отказов (электрических имеханических).Передача управляющих команд от внешней системы к ЭБУ происходит помере необходимости в одностороннем порядке без подтверждения приема отЭБУ.

Результат выполнения команды анализируется по данным телеметрии. Вслучае потокового задания движения рекомендуется ограничить частоту отправкипакетов задания положения ручек до 100 Гц.99Передача телеметрических данных от ЭБУ в управляющий компьютерпроисходит в асинхронном режиме с частотой 100 Гц и не требует подтвержденийсо стороны внешней системы (стенда). По умолчанию после включения питаниятелеметрияотключена.Запускпередачителеметрииинициализируетсясоответствующими командами (ПО «монитор-автопилот» отправляет такуюкоманду при попытке автоматического установления подключения по каждомуСОМ порту, имеющихся на ПК).

ЭБУ прекращает передачу телеметрии через 2сек после потери соединения со стендом.Все данные, передаваемые по каналу управляющий компьютер – ЭБУ,объединены в информационные пакеты. Пакет передачи данных имеетдинамическую длину и состоит из полей, сведенный в Таблицу 5.1.Таблица 5.1 – Структура пакета передачи данныхSTXNOBCMDDATACRC8(Признак начала пакета)(Число байт данных после NOB)(Командный код)(Байты данных)(Контрольная сумма)3 байтаn+2 байт1 байтn байт1 байтПризнак начала пакета STX состоит из трех байт 0xAB, 0xCD, 0xEF инеобходим для выделения пакета среди возможного информационных помех,передаваемых по каналу связи.Поле данных NOB содержит информацию о том, сколько полезных байтследует за ним. NOB определяет длину пакета и используется драйверомприемника для сбора нужного числа байтов.Командный код CMD в запросе говорит, какое действие необходимопровести и/или какого типа данные следуют далее.Поле данных DATA содержит информацию, которая необходима длявыполнения указанной в поле CMD команды.

Поле данных может и несуществовать (иметь нулевую длину) в определенных типах сообщений,например команда 0х11 или 0х31 не нуждается в дополнительных данных, а100команда 0х12 будет иметь дополнительные данные – установки положения дляосей обоих ручек алгоритма «Позиционирование».Контрольная сумма CRC8 необходима для контроля достоверностипередачи и является результатом сложения над содержимым информационногопакета, начиная с NOB включительно и заканчивая последним байтом блокаDATA. Результат представлен одним байтом. Переполнение при суммированиисбрасывается.Описание взаимодействия БРУ – ЭБУ – внешняя системаВиды и уровни электрических сигналов интерфейсов в комплексах,системах и функционально независимых устройствах оборудования самолетов,вертолетов и сопрягаемых с ними узлов регламентируются ГОСТ 18977, РТМ1495 (ARINC‑429), ГОСТ Р 52070 (MIL STD 1553b).Сцельюобеспеченияпередачиданныхвовнешнююсистемуразрабатывается новое схемотехническое решение на базе отечественныхкомпонентов и общепринятых в авиатехнике каналов связи.ARINC-429 – стандарт на компьютерную шину для применения в авионике,разработанный фирмой Aeronautical Radio Incorporated.

Стандарт описываетосновные функции и необходимые физические и электрические интерфейсы дляцифровой информационной системы самолёта. На бортах гражданских и военныхлетательных аппаратов до 75 % цифрового межсистемного обмена приходится наканалы интерфейса ARINC-429. Структурная схема технических средствинтерфейса ARINC-429 показана на Рисунке 5.3, а его характеристики сведены вТаблицу 5.2.Рисунок 5.3 – Структурная схема технических средств интерфейса ARINC-429101Таблица 5.2 – Основные технические характеристики интерфейса ARINC-429Скорость передачи, кбит/сКодированиеУровни сигналов в линиисвязи12,5, 50, 100, 250, 500, 1000Самосинхронизирующийся RZ-код данных+10±3 В — «1» кода, –10±3 В — «0» кода, 0±0,5 В— пауза для передатчика, 0±2,5 В — пауза дляприемника3220Размер слова, битМаксимальное количествоприемников или абонентов,штТип линии связиТрансформаторная развязкаСпособ связиПринцип передачиПринцип приемаНесогласованная витая паране предусмотренаСимплекс или полудуплексШироковещательныйТип информации (адрес) в каждом словеВыбранный для создания прототипа контроллер MILANDR K1986BE1QIсодержит в своём составе 8 приёмников и 4 передатчика по ГОСТ 18977-79 (далее– ARINC).

Каждый приёмник поддерживает функцию распознавания меток (илиадресов). Для каждого приёмника может быть запрограммировано до 16 (32 сревизии 3) 8-разрядных меток. Помимо этого, фильтрация входных данных можетосуществлятьсянетольконабаземеток,ноинабазедвухбитИсточник/Приёмник.ФункциональнаясхемаинформационногообменаБРУ-ЭБУ-внешняясистема показан на рисунке 5.4.Оба ЭБУ ручек управления объединены полнодуплексным каналом связи поARINC-429. По этому же стандарту осуществляется передача данных телеметрииот ручек в компьютер-имитатор КСУ, передача управляющих команд и ихпараметров режима «моделирование». На ПК установлен адаптер интерфейсовUSB-ARINC429, например, CP7036-R2T1-HIZ фирмы Nginuity, YED-A429-R4T4/USB фирмы YED.КаждыйпередатчикK1986BE1QIподдерживаетоднонаправленнуюпередачу 32-разрядных слов по двухпроводной витой паре, используя форматкодирования RZ.

Передатчик всегда активен, он либо передаёт 32-битовые слова102данных или выдаёт «пустой» уровень. На шине допускается не более 20приёмников, и не более одного передатчика. Вид сигналов последовательногокода по ARINC-429 показан на Рисунке 5.5.Рисунок 5.5 – Функциональная схема информационного обменаБРУ-ЭБУ-внешняя системаРисунок 5.5 – Вид сигналов последовательного кода по ARINC-429Доступна возможность запрограммировать 32-й бит либо как данные, либокак бит паритета. В случае формирования бита паритета, программируется его103чётностьилинечётность.Каждыйприёмникипередатчикиспользуетсобственный буфер FIFO для хранения данных. Размеры буфера FIFOварьируются от 32х32 до 256х32.