Диссертация (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки), страница 15

7.13 Деградация ФЧХ при работе привода под нагрузкойFn=0.4Fn(max)В зоне малых амплитуд входных сигналов (0.2-5%) и диапазоне частот до10 Гц наблюдается существенное до 80% или 4dB ухудшение амплитуднойхарактеристики и до 35% или до 25° ухудшение фазовой характеристики.Данный эффект наблюдается при нагрузках, соответствующих реальнымбалансировочным моментам пассажирских ЛА, соответственно при работе111привода под нагрузкой, превышающей балансировочную, эффект деградациихарактеристик будет более существенным.Интересно отметить, что в то же время имеет место некоторое улучшениечастотных характеристик привода при его нагружении для величин амплитудвходных сигналов, составляющих 5-10% от максимального значения в областисредних частот.

В этих условиях привод переходит к преимущественноэлектромоторному регулированию скорости и указанный эффект можнообъяснить увеличением жесткости рабочей жидкости, содержащей некотороеколичество нерастворенного воздуха, из-за роста давления в полостяхгидроцилиндра при его нагружении. Аналогичный эффект наблюдался прииспытанияхпрототипаприводаскомбинированнымрегулированием,проведенных в ЦАГИ [38].7.2.

Схемное решение, улучшающее динамические характеристикипривода с комбинированным регулированием скорости под нагрузкойРассмотренные выше частотные характеристики базовой схемы [16,30]свидетельствуютотом,чтоосновнымнедостаткомприводаскомбинированным регулированием скорости выходного звена можно считатьнекоторую деградацию его частотных характеристик в области малыхамплитуд управляющего сигнала, возникающую при нагружении привода.Нужно отметить, что указанный эффект привлекает пристальное вниманиеименно потому, что в значительной степени нивелирует уникальное и оченьценноекачествохарактеристикирассматриваемогозначительнотипаулучшаютсяпривода:приегочастотныесниженииамплитудыуправляющего сигнала с нескольких процентов до десятых долей процента отмаксимального сигнала. Эта уникальная особенность характеристик ЭГРП-КРСобеспечивается автоматическим переходом привода с режима экономичногоэлектромоторного регулирования скорости к режиму более точного идинамичного дроссельного регулирования скорости выходного звена.112Как было указано выше, эффект деградации характеристик принагружении привода вызван именно сокращением области дроссельногорегулирования скорости, вызванного этим нагружением.

Размер областидроссельного регулирования в базовом варианте рассматриваемого привода взначительной степени определяется фиксированным уровнем начальногодавления нагнетания приводного насоса, соответствующим нейтральномусостоянию ненагруженного привода.Уровень начального давления регулируется величиной минимальныхоборотов вала электродвигателя и определяется начальным управляющимнапряжением Uno мехатронного модуля.

Величина минимальных оборотовзависит от уровня утечек в насосе и клапане реверса, а также от величинынеобходимого начального давления нагнетания. В базовом варианте приводаначальное давление на клапане реверса соответствует величине, равной 50 атм.,позволяя обеспечивать высокую динамику малонагруженного привода втребуемом диапазоне амплитуд управляющего сигнала.Учитывая выявленное сокращение области дроссельного регулированияскорости при повышении величины внешней нагрузки, можно увеличитьуровень начального давления питания клапана реверса. Это позволитрасширить диапазон нагрузок на привод, при котором эффективностьдроссельного регулирования будет достаточной для обеспечения хорошихдинамических характеристик привода в зоне малых сигналов управления вшироком диапазоне эксплуатационных нагрузок. Однако при повышенииначального давления заметно ухудшаются энергетические показатели привода,которые являются важными для приводов подобного типа.

При увеличенииначального давления возрастает энергопотребление в нейтральном состоянии,увеличивается тепловыделение, ухудшается КПД, поэтому при поиске схемныхрешений по улучшению частотных характеристик привода особое вниманиеследует обратить на его энергопотребление.Посколькузначительнуючастьвремениполетапассажирского(транспортного) самолета его рулевые приводы находятся в состоянии, близком113к нейтральному, парируя воздействие аэродинамических нагрузок, для оценкиэнергетических свойств в диссертационном исследовании использовалосьэнергопотребление нагруженного привода в нейтральном состоянии и приотработке им типовых полетных режимов.Известнаянастройкаалгоритмовуправленияприводом[19,30]подразумевала создание на клапане реверса начального давления Po=50 атм.Для определения степени улучшения характеристик привода под нагрузкой,проведена оценка его частотных характеристик при работе от повышенного до100 атм.

начального давления на клапане реверса. Такая настройкаобеспечиваетсяподнятиемначальногоуправляющегонапряжениямехатронного модуля привода и, как следствие, увеличением минимальныхоборотов его электродвигателя. В целом, оценка предлагаемого способаулучшения частотных характеристик привода при его нагружении будетзависеть также и от величины потребляемой мощности в режиме удержаниявыходного звена в нейтральном положении.Для детального исследования было проведено моделирование работыбазового варианта следящего привода при различных вариациях начальногодавления, амплитуд управляющего сигнала и степени нагружения привода.

Нарисунке 7.14 приведены амплитудные и фазовые частотные характеристикиненагруженного привода с уровнем начального давления на клапане реверса в50 и 100 атмосфер. На этих графиках представлены частотные характеристикипривода, полученные для величин входного сигнала, соответствующих 5, 1 и0.2% от максимального сигнала. С индексом "К" указаны характеристики дляварианта настройки привода, работающего с повышенным начальнымдавлением на клапане реверса.Из представленных графиков видно, что в областях, соответствующихмалым уровням входного сигнала, где осуществляется преимущественнодроссельное регулирование скорости, увеличение начального давления наклапане реверса наиболее эффективно и наблюдается существенное улучшениечастотных характеристик. В то же время, повышение начального давления114расширяет область преимущественно дроссельного регулирования скорости ипри амплитуде 5% от максимального управляющего сигнала улучшениехарактеристик также присутствует, хотя и в меньшей степени, чем при малыхамплитудах входного сигнала.Рис.7.14.ЛАФЧХгидравлическогорулевогоприводаскомбинированным регулированием скорости (ЭГРП-КРС) выходного звена приразличных начальных давлениях на клапане реверса для режима Fn=0Оценочнаяпотребляемаяненагруженнымприводоммощностьвнейтральном состоянии при повышении начального давления на клапанереверсадо100атм.составляет543Вт.Принастройкепривода,соответствующей начальному давлению на клапане реверса в 50атмосфер,потребляемая ненагруженным приводом мощность составляет 167 Вт.

Стоит115отметить, что под потребляемой мощностью подразумевается мощность,потребляемая электродвигателем. В работе не учитываются потери мощности вблоке управления электродвигателем и приводом.На рисунке 7.15 и 7.16 показаны амплитудные и фазовые частотныехарактеристикиЭГРП-КРСдляслучаянагружениявыходногозвенапостоянной нагрузкой, составляющей 20 и 40% от максимального усилияпривода. На графиках используются следующие обозначения: цифра означаетуровень входного сигнала в процентах, индекс «К» означает работу привода наповышенном до 100 атмосфер начальном давлении на клапане реверса.Оценочные данные по потребляемым мощностям приведены в таблице 7.7.Рис. 7.15.

ЛАЧХ ЭГРП-КРС при различных начальных давлениях наклапане реверса для режима Fn=0.2*Fn(max), кгс116Рис.7.16.ЛАФЧХгидравлическогорулевогоприводаскомбинированным регулированием скорости (ЭГРП-КРС) при различныхначальных давлениях на клапане реверса для режима Fn=0.4*Fn(max), кгсТаблица 7.7N, ВтF=0.2*Fmax F=0.4*Fmax F=0.6*FmaxPo=50 атм. 212 Вт390 Вт671 ВтPo=100 атм. 510 Вт580 Вт800 ВтРассмотренные характеристики базового варианта гидропривода скомбинированнымрегулированиемскоростипоказали,чтоповышениеначального давления питания клапана реверса до 100 атм. обеспечиваетулучшение частотных характеристик привода в области малых управляющихсигналов даже при действии статических нагрузок, составляющих до 60% от117максимального усилия, развиваемого приводом.

Однако такой способулучшениядинамическиххарактеристикприводаприводиткростуэнергопотребления в режиме удержания его нагруженного выходного звена в1,2 – 3,3 раза (с увеличением нагрузки разница между потребляемымимощностями для различных начальных давлений на клапане реверсауменьшается).Испытания прототипа привода с комбинированным регулированиемскорости, проведенные в ЦАГИ, показали эффективность данного способа (см.рис. 7.17)Рис.7.17.комбинированнымдвигателя.Частотныехарактеристикирегулированиемскоростипрототипаприприводаразличныхсоборотах118Для сохранения динамических характеристик привода в зоне малыхамплитудвходныхсигналовприегонагружениииодновременнойминимизации энергетических затрат на повышение давления на клапанереверса наиболее выгодным выглядит подход, реализующий увеличениеперепада давления на клапане реверса пропорционально текущей величиненагрузки на привод.

Такой подход реализуется при введении в алгоритмуправления мехатронным модулем обратной связи по перепаду давления наклапане реверса. Структурная схема, реализующая коррекцию по перепадудавления на клапане реверса, представлена на рисунке 7.18. Вместопервоначального блока, задающего неизменное начальное напряжение намехатронноммодуле,примененалгоритмическийблок,реализующийдинамическую коррекцию управляющего напряжения мехатронного модуля поперепаду давления на клапане реверса Pdkr.Рис. 7.18 Структурная схема коррекции по перепаду давления на клапанереверса Pdkr119Структура корректирующих связей обеспечивает реализацию следующихпринципов формирования входного давления на клапане реверса: за счет введения отрицательной обратной связи по перепадудавления на клапане реверса {(Pp-Pr) - |Р1-Р2|} требуемаявеличина поддерживается на задаваемом уровне вне зависимостиот изменения величины утечек в насосе и небольшого открытиярабочихоконклапанареверса,соответствующегорежимудроссельного регулирования скорости привода; задаваемый уровень перепада давления на клапане реверса придроссельном регулировании скорости зависит от абсолютнойвеличины перепада давления в гидроцилиндре и определяетсятаблично задаваемой функцией Ppo=f(|P1-Р2|), рис.7.19; табличная функция в случае необходимости может ограничиватьдиапазон нагрузок, в котором привод стремится реализоватьдроссельное регулирование скорости при малых амплитудахуправляющегосигналадляограниченияизбыточногоэнергопотребления привода при больших нагрузках; корректирующий сигнал Unо ограничен сверху некоторыммаксимальнымдиапазонамплитудреализуетсяскоростизначением.