Диссертация (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки), страница 16

Верхний порогуправляющегопреимущественно(приусловииUnо определяетсигнала,дроссельноеприкоторомрегулированиедостаточностипредельнойпроизводительности встроенной насосной станции) и определяетмаксимальное добавочное энергопотребление.Величинафактическогоперепададавлениянаклапанереверсаопределяется установленными в приводе датчиками перепада давления нанасосе и в полостях гидроцилиндра. Эти датчики, помимо указанной функции,используются и в других сервисных алгоритмах привода.

В частности, онизадействованы в системе встроенного контроля.120Для обеспечения точности поддержания требуемого перепада давленияна клапане реверса, следящий контур имеет астатизм за счет установленногоинтегратора. При малых амплитудах управляющего сигнала следящийкорректирующий контур поддерживает заданное избыточное давление на входеклапана реверса, обеспечивая дроссельное регулирование скорости выходногозвена.

При дальнейшем увеличении сигнала рассогласования на выходекорректирующего контура устанавливается предельное значение, и коррекцияперестает быть эффективной. При этом привод переходит от дроссельного кэлектромоторному способу регулированию скорости.Рис. 7.19. Таблично заданная функция блока Ppo=f(|Pd|)Пример графика табличной функции приведен на рисунке 7.19. Прииспользовании такой функции, блок коррекции по давлению устанавливаетперепад давления на клапане реверса в 50 атмосфер при величине модуляперепада давления в цилиндре, лежащем в диапазоне от 0 до 100 атм., а затемплавно уменьшает его до нуля при увеличении перепада давления в цилиндре.Вцелом,предлагаемоесхемноерешениеблокауправлениягидравлического рулевого привода с комбинированным регулированиемскорости обеспечивает сохранение высоких динамических характеристикпривода при его нагружении.

Оно позволяет регулировать все ключевыепараметры области дроссельного регулирования скорости, рассмотренные121ранее: величину перепада давления на клапане реверса Pdkr, диапазонамплитудуправляющегосигналаидиапазоннагрузок,длякоторыхосуществляется преимущественно дроссельное регулирование скорости.Для оценки эффективности работы ЭГРП-КРС с предложенным блокомкоррекции было проведено моделирование его работы при различныхамплитудах управляющего сигнала и степени нагружения привода. Примоделировании использовалась табличная функция, показанная на рис.7.19.Корректирующий сигнал Unо ограничен сверху величиной2Uno, а снизу0.5Uno. Как и в предыдущем случае, критериями оценки служат какдинамические свойства системы, так и энергопотребление привода в режимеудержания нагруженного выходного звена.Для всех случаев, описанных ниже, графики частотных характеристикимеют следующие обозначения: цифра означает величину амплитуды входногосигнала в процентах.

Индекс "К" означает, что применялось повышениеначального давления на клапане реверса до 100атм. (способ описан выше),индекс "Кd"означает, что использовалась обратная связь по перепаду давленияна клапане реверса Pdkr.ЧастотныехарактеристикидвухвариантовнастройкиЭГРП-КРС(работающего при повышенном начальном давлении и с коррекцией поперепаду давления) представлены на рисунке 7.20.Из графиков видно, что коррекция по перепаду давления на клапанереверса несколько уступает варианту настройки привода, работающему приповышенном начальном давлении на клапане реверса, только в областиоколонулевых сигналов (0.2%).

В остальном диапазоне предлагаемый варианткоррекции не уступает рассмотренному ранее варианту. При этом потребляемаяприводом мощность при отсутствии управляющего сигнала составляет всего195 Вт, что примерно в 3 раза меньше, чем в случае постоянного повышенияначального давления на клапане (543 Вт) и лишь на 30 Вт выше вариантанастройки привода без коррекции. Графики потребляемых мощностей впроцессе приведения привода в нейтральное положение показаны на рис.

7.21.122Рис. 7.20. ЛАФЧХ двух вариантов настройки гидравлического рулевогопривода с комбинированным регулированием скорости при Fn=0Рис. 7.21. Потребляемые мощности для трех вариантов настройкипривода при Fо=0123Частотные характеристики ЭГРП-КРС для двух вариантов настройки: сповышенным начальным давлением до 100 атмосфер на клапане реверса (К) и скоррекцией по перепаду давления на клапане реверса (Kd), нагруженныхпостоянной нагрузкой Fn=920 кгс (20% от максимального усилия привода),представлены на рисунке 7.22.Рис. 7.22.

ЛAФЧХ двух вариантов настройки электрогидравлическогопривода с комбинированным регулированием скорости при Fn=0.2*Fn(max)Пографикам видно, что коррекция по перепаду давленияпоэффективности обеспечения динамических характеристик практически неуступает варианту привода, работающего при постоянном повышенномначальном давлении на клапане реверса.

При этом для коррекции по перепаду124давления на клапане реверса Pdkr потребляемая мощность составляет 400 Вт,против 510 Вт при повышении начального давления до 100 атм.Таким образом, уже при 20%-ной нагрузке вариант с коррекцией поперепаду давления на клапане реверса выглядит эффективней с точки зрениясовокупности динамических и энергетических свойств по сравнению снастройкой привода, повышающей перепад давления на фиксированнуювеличину.

На рисунке 7.23 представлены частотные характеристики ЭГРП-КРСпри работе под нагрузкой, равной 1840 кгс.Рис.7.23. ЛAФЧХ двух вариантов электрогидравлического рулевогопривода с комбинированным регулированием скорости при Fn=0.4*Fn(max)125Графики показывают, что динамические свойства привода, в которомприменена коррекция по перепаду давления на клапане реверса, в областималых входных сигналов лучше по сравнению с вариантом настройки,повышающим начальное давлением на клапане реверса на фиксированнуювеличину. При этом мощность, потребляемая приводом в режиме удержаниянагруженного выходного звена, для варианта настройки с коррекцией поперепаду давления на клапане реверса составляет 776 Вт против 580 Вт дляварианта настройки с фиксированным начальным давлением на клапане.Полученные результаты объясняются тем, что при использованиикоррекциипоперепадудавлениянаклапанереверсаPdkr,высокаяэффективность преимущественно дроссельного регулирования скорости вобласти малых амплитуд входных сигналов полностью сохраняется и при 40%ном нагружении привода.

При использовании повышенного начальногодавления на клапане реверса при этом же уровне нагружения эффективностьдроссельного регулирования падает и начинается переход к экономичному, номенее динамичному электромоторному регулированию скорости.На рисунке 7.24 представлены частотные характеристики двух вариантовпривода при уровне нагружения 2760 кгс (60% от максимального развиваемогоусилия).

При 60%-ном нагружении привода частотные характеристикиварианта настройки привода с коррекцией по перепаду давления на клапанереверса Pdkr превосходят таковые для варианта привода с повышеннымначальным давлением на клапане реверса.Потребляемая приводом мощность в режиме удержания нагруженноговыходного звена для варианта с динамической коррекцией составляет 984 Втпротив 802 Вт для варианта привода с повышенным начальным давлением наклапане реверса. Полученные результаты объясняются тем, что при 60%-номнагружении привода и использовании коррекции по перепаду давления наклапане реверса, остаточная эффективность дроссельного регулированиясохранилась лучше (диапазон его работы был задан табличной функцией,показанной на рис.7.19), чем при использовании повышенного начального126давления на клапане реверса, где произошел более глубокий переход наэкономичное, но менее динамичное электромоторное регулирование скорости.Рис.

7.24. ЛАФЧХ двух вариантов настройки электрогидравлическогорулевогоприводаскомбинированнымрегулированиемскоростиприFn=0.6*Fn(max)Сводные результаты исследования вынесены в таблицу 7.8, в которойлучшие результаты выделены зеленым, а худшие красным.127Таблица 7.8Базовый вариант, Повышение давленияКоррекция поPn=50атмPn=100атмперепаду давленияПотребляемая мощность при удержании нагруженного выходного звена, Вт:F=0167543195F=920кгс212510400F=1840кгс390580776F=2760кгс672802984Динамические свойства A=1%, f=1ГцF=0-0.1 дБ, -9°-0 дБ, -7°-0.1 дБ, -8°F=920кгс-0.1 дБ, -11°-0.1 дБ, -7°0 дБ, -6°F=1840кгс-0.2 дБ, -13°-0.1 дБ, -8°0 дБ, -5°F=2760кгс-0.2 дБ, -14°-0.1 дБ, -10°0 дБ, -7°Динамические свойства A=1%, f=4ГцF=0-1.1 дБ, -31°-0.5 дБ, -21°-0.5 дБ, -23°F=920кгс-1.4 дБ, -33°-0.6 дБ, -23°-0.4 дБ, -21°F=1840кгс-1.7 дБ, -39°-0.9 дБ, -27°-0.6 дБ, -22°F=2760кгс-1.9 дБ, -43°-1.3 дБ, -32°-0.9 дБ, -26°Динамические свойства A=1%, f=10ГцF=0-5.3 дБ, -65°-3.2 дБ, -53°-2.5 дБ, -48°F=920кгс-4.9 дБ, -65°-3.4 дБ, -52°-2.6 дБ, -47°F=1840кгс-5.4 дБ, -68°-3.8 дБ, -55°-3.0 дБ, -49°F=2760кгс-6.7 дБ, -80°-4.8 дБ, -63°-3.8 дБ, -55°Динамические свойства A=0.2%, f=1ГцF=0-0.5 дБ, -18°-0.2 дБ, -11°-0.5 дБ, -16°F=920кгс-0.5 дБ, -16°-0.1 дБ, -10°0дБ, -9°F=1840кгс-0.7 дБ, -22°-0.3 дБ, -11°0 дБ, -6°F=2760кгс-0.6 дБ, -23°-0.4 дБ, -16°-0.2 дБ, -11°Динамические свойства A=0.2%, f=4ГцF=0-1.6 дБ, -39°-0.6 дБ, -28°-1.3Дб, -37°F=920кгс-1.7 дБ, -44°-0.7 дБ, -28°-0.2 дБ, -29°F=1840кгс-2.4 дБ, -53°-0.7 дБ, -30°0 дБ, -24°F=2760кгс-2.8 дБ, -58°-1.4 дБ, -41°-0.5 дБ, -28°Динамические свойства A=0.2%, f=10ГцF=0-4.7 дБ, -70°-2.4 дБ, -52°-3.8Дб, -64°F=920кгс-6.6 дБ, -82°-2.7 дБ, -56°-2.9Дб, -59°F=1840кгс-8.7 дБ, -95°-3.7 дБ, -65°-2.3 дБ, -56°F=2760кгс-10 дБ, -104°-5.5 дБ, -76°-3.1 дБ, -60°1287.3.

Влияние параметров настройки блока управления приводом наего динамические характеристикиКлючевым фактором, влияющим на динамические характеристикипривода с комбинированным регулированием скорости, является настройка егоблока управления, включающая в себя следующие параметры: ОДРК,начальное напряжение на электродвигателе Po и начальное давление наклапане реверса Uno. При использовании коррекции по перепаду давления наклапанереверсакуказаннымпараметрамдобавляютсяограничения,задаваемые табличной функцией (см. рис 7.19 и раздел 7.2), ограничения Uo,устанавливаемые в интеграторе и коэффициент обратной связи по давлениюKosp.

Помимо выбора параметров исполнительных механизмов и агрегатов,обеспечивающих требуемые статические характеристики, оценка влиянияуказанных параметров на динамические характеристики привода являетсяважнойпрактическойзадачейприпроектированииприводовскомбинированным регулированием скорости. В данном разделе авторобъединяет результаты исследований и дает оценку влияния параметровнастройки управления приводом, включая управляющие алгоритмы, на егодинамические характеристики.Для базового варианта настройки привода одним из ключевыхпараметров является коэффициент относительного диапазона регулированияклапана реверса (ОДРК). Настройка ОДРК улучшает характеристики приводалишь в малом диапазоне амплитуд входных сигналов (0.2-6%) прификсированной величине начального давления на клапане реверса.

Данныйэффект обуславливается тем, что величина начального давления на клапанереверса ограничена (50 атм.) и по мере открытия окон перепад давления наклапане реверса падает, снижая эффективность дроссельного регулирования.Величина ОДРК, фактически, определяет чувствительность привода в зонемалыхвходныхпропорциональносигналовуправлениякоэффициентуусиления(значениеветвиОДРКобратноуправленияклапаномреверса), однако уменьшение коэффициента может оказать влияние на129стабильностьхарактеристик,аувеличение-минимизироватьэффектпреимущественно дроссельного регулирования.

Кроме того, с точки зренияэнергетических свойств, оценки которых были получены при исследованииработы привода в типовых режимах полета, можно сделать вывод, чтоуменьшение величины ОДРК положительно сказывается на энергетическихсвойствах привода: окна клапана реверса открываются раньше, соответственнопотери, вызванные дросселированием жидкости на них, уменьшаются. Врезультате исследования были получены рекомендуемые значения настройкиОДРК=0.4...0.7.Начальное напряжение на электродвигателе Uno. При увеличенииначального напряжения на мехатронном модуле увеличиваются минимальныеобороты двигателя (при испытаниях привода на стенде МАИ применялосьаналоговое управление мехатронным модулем). С увеличением оборотовдвигателя возрастает расход жидкости, создаваемый насосом и, соответственно,давление на входе клапана реверса.