Диссертация (785901), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

Для разработки цифровой СДУ и131формирования алгоритмов управления в цифровой форме необходимо выполнитьбольшой объем исследований, в числе которых:− оценказапасовустойчивостиихарактеристикуправляемости,моделирование системы управления в непрерывной форме;− дискретизация входных и выходных сигналов, а также вычислений;− оценкаминимальныхдопустимыхчастот обновлениясигналовизапаздываний в трактах передачи информации;− выбор вычислительных методов для различных операций;− определение запасов устойчивости для цифровой системы управления,характеристик управляемости;− определение требований к исполнительным элементам (постоянныевремени, зоны нечувствительности, частотные характеристики при малыхвходных сигналах);− математическое и стендовое моделирование;− разработка аппаратного и программного обеспечения;− тестированиесистемы(получениеэкспериментальныхчастотных,статических характеристик и переходных процессов реальной СДУ);− верификация системы (сравнение характеристик реальной СДУ ианалогичных характеристик аналитической и дискретной моделей).При решении всех этих задач необходимо принимать во вниманиеследующие особенности цифровой реализации современных СДУ (рис.

3.1):− дискретность по времени и уровню;− асинхронность работы каналов;− множество тактов обновления информации и выполнения операций;− выравнивание информации между каналами.В силу этих особенностей построения и функционирования СДУ возникаюткак традиционные эффекты цифровой реализации [1, 48–53, 59] (временныезапаздывания при передаче и обработке информации, транспонирование высокихчастот), так и нетрадиционные эффекты [1, 58, 62–69], в числе которых изменениекоэффициентов при интеграле и постоянных времени фильтров вследствиевыравнивания выходных сигналов этих звеньев разных каналов с использованиемлиний межканальной связи.132Рисунок 3.1 – Общая архитектура цифровой части системы управленияПосколькудальнейшеманализируетсябудемасинхронная,рассматриватьмодельмноготактнаяасинхроннойСДУ,работы,товкотораяподразумевает, что:− операции в разных каналах выполняются с временным сдвигом;− операции в одном вычислителе выполняются не одновременно.Модель многотактной работы СДУ подразумевает, что:− разные операции могут выполняться с разными частотами;− выполнение сложной операции может быть распределено по разнымтактам вычислителя;− разные цифровые системы могут работать с разными частотами.Все эти особенности значительно усложняют анализ и синтез цифровыхсистем управления.

Ниже представлены основные результаты анализа цифровыхСДУ современных самолетов, причем особое внимание уделено учету влияниямногоканальности, асинхронности, многотактности и выравнивания информациимежду каналами на динамические характеристики как самой СДУ, так изамкнутой системы «самолет – СДУ».1333.2 Особенности анализа устойчивости самолета с резервированнойцифровой асинхронной системой управленияПрирассмотрениидинамикицифровыхрезервированныхсистемуправления возникает ряд сложностей, не характерных для непрерывных систем.Так, для непрерывных систем резервирование не вносит никаких изменений вдинамикусистемы,т. е.многоканальнаясистемаформируеттакиежеуправляющие сигналы, что и одноканальная.

Для цифровых систем это не так всилу асинхронности каналов, поэтому в общем случае резервирование цифровыхсистем необходимо учитывать при исследовании динамических характеристиксамолета с цифровой СДУ [58, 62–66]. Другой причиной, по которой необходимоучитыватьрезервирование,являетсяширокоеиспользованиепроцедурвыравнивания входной информации и синхронизации вычислительных процессов,протекающих в разных вычислителях [58, 62–66, 72–73, 77].Рассмотрим общий подход к анализу устойчивости резервированныхасинхронныхчастотныхцифровыхметодовисистем,отличиявозможностиотпримененияодноканальноготрадиционныхварианта,вызванныевышеупомянутыми особенностями построения и функционирования цифровыхсистем управления.

Математическая модель цифровой системы управленияприведена на рис. 3.2. Управляющие сигналы от летчика X1,…,XN и сигналыобратной связи y1,…,yN являются входными сигналами для вычислителей. Каждыйсигнал yi обновляется с периодом T0Y и со своим собственным временем сдвига Yiотносительно начального момента времени. Данные сигналы обрабатываются ввычислителе в соответствии с алгоритмами управления. Также возможен обменинформацией между каналами для контроля и выравнивания информации.Последовательность этих процедур определяет циклограмму работы системы.Выходные сигналы u1,…,uN, определенные в конце вычислительного процесса,имеют период обновления T0u и собственные времена сдвига 1u ,..., uN .

Кроме того,цифро-аналоговый преобразователь может работать в соответствии с разнымилогическими схемами; при этом реализуются разные передаточные функции.134Рисунок 3.2 – Блок-схема цифровой многоканальной многотактной асинхроннойсистемы управления с обменом информацией между каналамиОсновные принципы, на которых базируется анализ устойчивости, хорошоизвестны и описаны в многочисленных работах [48–53]. Основанная на этихпринципах методика анализа динамики самолета с цифровой резервированнойасинхронной многотактной системой управления включает следующие этапы:1. Цифроваясистема,использующаяразныечастотыобновленияинформации, сводится к эквивалентной однотактной системе. Частота обновленияинформации новой системы является наибольшим общим делителем частотисходной системы (или период обновления информации является наименьшимобщим кратным исходных периодов).

Вообще говоря, общий период существуетлишь в том случае, если исходные периоды рационально соизмеримы.В противномслучаеможноиспользоватьблизкуюрациональнуюаппроксимацию, по крайней мере для практических целей.2. Сведение асинхронной системы к эквивалентной синхронной с помощьювведения звеньев чистого опережения и запаздывания перед аналого-цифровымпреобразователем (АЦП) и после цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Этапроцедура хорошо известна и достаточно очевидна.3. Размыкание системы между ее дискретной и непрерывной частями.

Приэтом замкнутая система описывается следующей системой операторных уравнений: Z (u1 )    Z (u1 )    Z ( xi ) ...    A( z )  ...   B( z )  ...  ,   Z (u N )   Z (u N )   Z ( xi )135где:Z (ui )  ui (nT0 ) z n–Z-преобразованиевыходногосигналаi-гоn 0вычислителя;Z ( xi )  xi (nT0 ) z n – Z-преобразование управляющего сигнала xi;n 0A(z), B(z) – операторные матрицы.Условием устойчивости замкнутой системы является отсутствие корнейуравнения:det[E  A( z )]  0вне круга единичного радиуса: |z| = 1. Уравнение можно переписать в виде:*WРС( z )  1,где*WPC( z)  1  det[E  A( z)]Данноеуравнениеэквивалентноуравнениюпотериустойчивости*одноканальной системы, где WРС( z ) – передаточная функция разомкнутойсистемы.Вычисливчастотнуюхарактеристику*WРС() ,легкооценитьустойчивость замкнутой системы.

Чтобы оценить устойчивость замкнутойсистемы, необходимо определить матрицу A(z). Легко показать, что:A( z )  D( z )W* ( z ),где: D(z) – матрица передаточных функций цифровой части системы;W*(z) – матрица передаточных функций непрерывной части.Как правило, при анализе устойчивости используются не передаточныефункции, а частотные характеристики A(). Матрицу частотных характеристикA() можно рассчитать следующим образом. Во-первых, определяются частотныехарактеристики – aij() от выхода i-го ЦАПа до входа на j-й ЦАП.

Эти частотныехарактеристики могут быть описаны выражениями:136aij ()  Wim ()  Dmj (eiT0 ).mВо-вторых,необходимопроизвестисверткуполученнойчастотнойхарактеристики:aij* () iT0 a(k)D(e) ij mjWim (  ks ) .sk  m k Этот метод чрезвычайно прост и удобен для определения матрицычастотныххарактеристикA().Длятогочтобыопределитьчастотныехарактеристики непрерывной части, необходимо принять во внимание то, какимобразом из выходных сигналов разных каналов формируется результирующийуправляющий сигнал. Эта операция производится в блоке управления и контроляпривода.

Ниже будут рассматриваться два типа БУКов. БУК первого типаформирует управляющий сигнал как среднее арифметическое управляющихсигналов различных каналов. Такая селекция сигналов широко применяется напрактике, хорошо изучена и описана в литературе. БУК второго типапоследовательно выдает на отработку последний пришедший сигнал средиуправляющих сигналов разных каналов (рис. 3.3).Рисунок 3.3 – Блок-схема, циклограмма работы БУКа с последовательнойвыдачей управляющих сигналов и пример работы системы при гармоническомвходном сигнале с частотой fs = 1/T0137Рассмотрим влияние асинхронности, типа преобразователя и выравниванияинформации на устойчивость самолета с N-канальной цифровой асинхроннойоднотактной системой управления, т. е. T0Y  T0u  T0 (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации