Диссертация (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки), страница 7

При этом скорость вращения вала электродвигателясоставляет порядка 5-10% от максимальной и определяется, в основном,утечками в насосе.Гидрокомпенсатор обеспечивает необходимое давление на всасываниинасосаикомпенсируетизменениеобъемажидкостивследствиееетемпературного расширения, а также потери жидкости из-за утечек. Контрольуровня жидкости в компенсаторе осуществляется с помощью датчика давлениявмагистраливсасываниянасоса.Информациясдатчиковдавления,40установленных в линиях нагнетания и всасывания насоса, используется вулучшенном алгоритме управления приводом, рассмотренном в главе 7.2.2.3.

Режим кольцевания полостей гидроцилиндра приводаРежим кольцевания полостей гидроцилиндра привода обеспечиваетсяодновременной подачей электропитания на ЭГК пассивных режимов и ЭГКактивных режимов. При этом в правые торцевые камеры клапана переключенияактивных режимов и первого клапана переключения пассивных режимовподается высокое давление, которое смещает плунжеры этих клапанов вкрайнее левое положение (см. рис.2.3). В правую торцевую камеру второгоклапана переключения пассивных режимов подается высокое давлениегидроаккумулятора, которое также перемещает его плунжер в крайнее левоеположение.Взаимное состояние первого и второго клапана переключения пассивныхрежимов соединяет камеры гидроцилиндра каналом с малым гидравлическимсопротивлением, что обеспечивает свободное перемещение выходного звенапривода под действием внешних сил.

Объем гидроаккумулятора выбран срасчетом на несколько перекладок второго клапана переключения пассивныхрежимов и возможных утечки жидкости из торцевой камеры этого клапана.Крометого,вслучаеслишкомбольшогопадениядавлениявгидроаккумуляторе возможна его подзарядка от насоса через обратный клапанпри кратковременном включении электродвигателя с малой скоростьювращения вала.2.2.4. Режим пассивного демпфирования движения выходного звенаРежим пассивного демпфирования выходного звена необходим в случаеневозможности управления рулевой поверхностью во время полета или принахождении самолета на стоянке. Этот режим обеспечивается одновременнымотключением обмоток ЭГК активных и пассивных режимов, или отключениемобмоток ЭГК пассивных режимов при падении давления в централизованной41гидросистеме.

В обоих случаях в правые торцевые камеры первого и второгоклапана переключения пассивных режимов подается низкое давление и ихпружины смещают плунжеры этих клапанов в крайнее правое положение (см.рис.2.3).Взаимное состояние первого и второго клапана переключения пассивныхрежимов соединяет камеры гидроцилиндра с дросселем, проходное сечениекоторого определяет необходимую степень демпфирования выходного звенапривода.Приэтомполостигидроцилиндраподключеныклапаномпереключения активных режимов к неподвижному насосу через клапанреверса, находящийся в нейтральном состоянии.2.3. Выводы1.

Двухрежимный рулевой привод с комбинированным регулированиемскорости выходного звена при работе от электрической энергосистемы (ДГРПКРС), по мнению автора, является эффективным решением для управленияосновными рулевыми поверхностями пассажирского или транспортногосамолета «с повышенным уровнем электрификации». Разработанный ДГРПКРС способен обеспечить высокие динамические характеристики в областималых входных сигналов (0.2-5%), свойственные приводам с дроссельнымрегулированием, вне зависимости от типа энергопитания и получить хорошиеэнергетическиепоказателиприработеприводаотэлектрическойэнергосистемы самолета.2.Примененныевэкспериментальномобразцесхемныеиконструкторские решения позволяют проводить натурные исследованияпривода, с целью определения взаимосвязей между параметрами настройкиблокауправленияприводом,алгоритмамиуправленияивыходнымихарактеристиками привода.3.

Применение в конструкции привода типовых гидроагрегатов с ужеизвестными характеристиками позволит в дальнейшем упростить процессадаптации математической модели.424. Конструкция экспериментальногопозволяетпроверитьновыеалгоритмыобразца гибридного приводауправленияприводомскомбинированным регулированием и коррекции по перепаду давления наклапане реверса, а также дает задел для теоретических и экспериментальныхисследований гибридных приводов.5.

Режимы работы экспериментального образца ДГРП-КРС приведенытаблице 2.1.Таблица 2.1ЭГКпассивныхрежимовЕстьтокНеттокаЭГК активных режимов(давление в централизованной гидросистеме)Есть токНет токаи давлениеили давленияРежим кольцеванияАвтономныйполостей гидроцилиндрарежимРежим пассивногоМагистральныйдемпферарежим43Глава 3.

Математическое моделирование привода с комбинированнымрегулированием скоростиРассмотренный в предыдущей главе экспериментальный привод являетсядвухрежимным агрегатом, т.е. он может работать в режиме питания отцентрализованной гидросистемы самолета и в режиме питания от бортовойэлектросистемы.

В первом из этих режимов привод, по-существу, являетсятиповымэлектрогидравлическимдроссельнымприводом,поэтомуисследование его характеристик методом математического моделирования непредставляет особого интереса и не является целью данной работы. В режимепитания от силовой электросети экспериментальный образец представляетсобой электрогидравлический привод с комбинированным регулированиемскорости выходного звена. Исследование рабочих процессов и характеристикэтоготипапривода,напротив,являетсянаиболееважнойцельюматематического моделирования и диссертационной. Учитывая вышесказанныесоображения, была разработана высокодетализированная математическаямодель электрогидравлического привода с комбинированным регулированиемскорости.

Моделирование работы привода проводилось в среде Simulinkматематического пакета MATLAB [24,31].3.1. Разработка математической модели приводаДля исследования характеристик ДГРП-КРС при работе от встроенногоисточника энергопитания была составлена его математическая модель.Основываясь на математической модели привода с КРС, описанной в работахСеливанова А.М. и Хомутова В.С. [13,30], автором была разработанаконцептуальнаяпроблемно-ориентированнаяэлектрогидравлическогоприводасматематическаякомбинированныммодельрегулированиемскорости, состоящая из функционально законченных блоков различнойфизической природы.

Предлагаемая модель ориентирована на исследованиерабочих процессов в области малых сигналов управления, смещениярегулирующих элементов, и малых изменений потоков рабочей жидкости,44соответствующих сигналам управления с амплитудами 0.2% - 5%, поэтомуматематические модули описывают рабочие процессы в регулирующихагрегатах привода на элементном уровне с использованием экспериментальныххарактеристик отдельных компонентов.Разработанная модель характеризуется следующими особенностями: Учитывается влияние конструктивно-технологических факторовпри описаниигидрораспределителя, таких как: перекрытия, радиусыскругления кромок гильзы и плунжера золотника, диаметральный зазор,нелинейность характеристик ЛЭД. Математическая модель содержит большое количество типовыхагрегатов, что позволяет использовать отработанные и проверенныесхемы [31,37]. Отдельным встроенным блоком в имитационной модели приводапредставлен клапан, ограничивающий давление подачи.

При этом модельучитываетизменениемодуляобъемнойупругостижидкостивзависимости от давления и содержания в жидкости воздуха. С целью моделирования рабочих процессов в области малыхсигналов в модели гидродвигателя учитываютсятрение движения итрение покоя поршня в гидроцилиндре и в подвижных элементах внасосном блоке. В ряде блоков имитационной модели привода для повышениядостоверности оценок процессов используются экспериментальныехарактеристики отдельных узлов и агрегатов привода.Имитационная модель учитывает также особенности функционированияпривода с возможностью настройки и уточнения характеристик независимодруг от друга. Модульная структура модели позволяет исследовать различныевариантыархитектурыпостроенияэлектрогидравлическихприводовсэлектрическим энергопитанием.

Кроме того, разработанная модель блокауправленияприводомреализуеталгоритмы,позволяющиеулучшитьдинамические свойства привода в области малых амплитуд входных сигналов45при работе привода под нагрузкой. Данные алгоритмы подробно описаны вглаве 7 данной диссертационной работы.3.2. Структура математической модели привода с комбинированнымрегулированием скоростиСтруктураматематическоймоделиприводавсредеSimulinkматематического пакета MATLAB показана на рис.3.1.

Разработанная модельописывает работу исследуемого двухрежимного привода при работе отэлектрического энергетического канала.Рис. 3.1. Математическая модель исследуемого привода при его работе спитанием от электрического энергетического каналаРабота исследуемого привода с электрическим энергетическим каналомхарактеризуетсянаиболее сложными рабочими процессами формированияпотоков жидкости в полости гидроцилиндра, осуществляемых как путёмуправления скоростью вращения электродвигателя, так и как путём управленияположением клапана реверса. Рабочие процессы в приводе характеризуются46существенными нелинейностями в областях малых амплитуд входныхсигналов, поэтому для теоретического исследования автором была разработанановаяпроблемно-ориентированнаяматематическаямодель.Восноверазработанной модели привода лежат уравнения баланса потоков рабочейжидкостинавходевисполнительныймеханизмприводасучётомэксплуатационных и конструктивных факторов.Блок управления приводом формирует управляющие сигналы Um,поступающий на вход мехатронного модуля, и Ux, поступающий на входлинейного электродвигателя, осуществляющего управление клапаном реверса.На выходе мехатронного модуля формируется скорость вращения валаэлектродвигателя Omega, которая является входным воздействием дляматематической модели насоса.

Выходом модельного блока "насос" являетсярасход жидкости Qp, преобразуемый в давление нагнетания Рp. Одним изключевых блоков имитационной модели привода является модель клапанареверса, описывающая процессы управления потоками жидкости в полостяхгидродвигателя путем изменения проводимости рабочих окон золотниковогогидрораспределителя,перемещениезолотникакоторогоосуществляетсялинейным электродвигателем ЛЭД. На выходе гидродвигателя формируетсяусилие Fp, передаваемое на объект управления. Выходными параметрамимодели являются скорость и перемещение объекта управления – штокапривода, соединенного с рулевой поверхностью.