Диссертация (785901), страница 26

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

Текст из файла (страница 26)

Кроме того, можно видеть, что выравниваниеинтегральных сигналов ведет к расширению области устойчивости в районенизкочастотной границы. Это легко понять, поскольку основным эффектомвыравнивания интегральных звеньев является изменение (в данном случаеуменьшение) коэффициента при интеграле. Рис. 4.7 показывает данные областиболее детально. Также этот рисунок демонстрирует области устойчивости дляслучая, когда выравнивание интегралов производится в два раза реже, чем ихрасчет (иной вид многотактности и третья частота обновления в системе).

Можновидеть, что область устойчивости данной системы шире, чем у системы безвыравнивания, и уже, чем у системы, в которой расчет и выравниваниеинтегральных сигналов выполняются с одной частотой.Рисунок 4.7 – Области устойчивости системы управления. Область низких частотТаким образом, для многотактных цифровых систем управления самолетов,т. е. систем, использующих разные частоты для выполнения разных операций,задача расчета частотных характеристик и областей устойчивости серьезноусложняется вследствие значительного роста ее размерности при сведении193системы к однотактной эквивалентной и наличия зависимости динамическиххарактеристик от реализуемой циклограммы работы.Оценка устойчивости самолета в боковом канале с цифровоймноготактной системой управления.

Анализ динамики самолета с цифровойСДУ проводится, как правило, в продольном канале [55–57, 63–68], т. к. анализустойчивости самолета с СДУ в боковом канале является более сложной задачей,поскольку из-за наличия двух органов управления – элеронов и руля направления– эта задача всегда является многоконтурной. Ниже рассматривается боковоедвижение самолета и оценивается влияние особенностей цифровой реализации наустойчивость самолета с СДУ.Рассмотрим современный пассажирский среднемагистральный самолет.Самолет оснащен системой управления, которая выполняет следующие функции:− улучшение устойчивости и обеспечение характеристик управляемости;− разделение путевого и поперечного каналов.Блок-схема цифровой СДУ приведена на рис.

4.8.Рисунок 4.8 – Блок-схема цифровой СДУ194Рассмотрим основные особенности данной СДУ. Для того чтобы обеспечитьтребуемую устойчивость и улучшить характеристики ручного управления, всистеме используются сигналы отклонения ручки, отклонения педалей, угловойскорости крена, угловой скорости рыскания и боковой перегрузки. Контурыугловых скоростей крена и рыскания содержат фильтры упругих колебаний.В цепи угловой скорости рыскания имеется изодромное звено для обеспечениякоординированного разворота.Рассматриваются следующие архитектурные построения СДУ:− Одноканальные системы:цифровая однотактная система;цифровая многотактная система.− Резервированные цифровые асинхронные системы:трехканальная однотактная система;трехканальная многотактная система;трехканальная многотактная система с отказавшим датчиком.Рассмотрим эти структурные построения более детально.Цифровая однотактная система.

Все тракты управления (угловыескорости крена и рыскания, боковая перегрузка, команды от летчика)реализованы в цифровом вычислителе. Используется единственная частотаобновления информации – 20 Гц. Это простейшая структура цифровой СДУ, и ееисследование полезно для сравнения с более сложными структурнымипостроениями.Цифроваямноготактнаясистема.Длятогочтобыобеспечитьминимальные запаздывания в трактах угловой скорости крена и рыскания (дляобеспечения устойчивости) и достаточное время для расчета алгоритмов востальных трактах, СДУ должна использовать разные частоты обновленияинформации.

В нашем случае частота 40 Гц использовалась для расчетаалгоритмов в трактах угловых скоростей и частота 20 Гц – для остальных трактов.Трехканальная цифровая асинхронная однотактная система. В этойсистеме используется одна частота – 20 Гц для обновления всех сигналов. Так как195система асинхронная, то существуют сдвиги по времени между одинаковымиоперациями разных каналов.

Временной сдвиг между первым и вторым каналами– 0,015 с, между первым и третьим – 0,035 с. Для упрощения анализапредполагается, что обработка информации происходит мгновенно, т. е. несуществует запаздываний, связанных с вычислениями. Чтобы обеспечитьидентичнуюисходнуюинформациюдлявсехканалов,используетсявыравнивание входной информации, которое описывается уравнением:1Y1 ((n  1)T0 )  [ X 1 ((n  1)T0 ))  X 2 ( nT0  12 )  X 3 ( nT0  13 )]3где:X1, X2, X3 – значения датчиков в первом, втором и третьем каналах;Y1, Y2, Y3 – выравненные значения датчиков в первом, втором и третьемканалах, которые будут использоваться в дальнейших вычислениях;12, 13 – временные сдвиги между циклограммами работы первого ивторого, а также первого и третьего каналов.В первом приближении такое выравнивание приводит к появлению врассматриваемом тракте дополнительного запаздывания [58, 68].

Кроме того, припередаче информации через линии межканальной связи могут появитьсядополнительные запаздывания, что нужно учитывать.Существует другой тип выравнивания, при котором используютсявыравненные значения сигнала из соседних каналов:1Y1 ((n  1)T0 )  [ X 1 ((n  1)T0 ))  Y2 ( nT0  12 )  Y3 ( nT0  13 )]3Этот вид выравнивания приводит к появлению в рассматриваемом трактесвойств апериодического фильтра [58, 68].

Указанный вид выравнивания, какправило, не используется и в данной работе рассматриваться не будет.Трехканальная цифровая асинхронная многотактная система. Эта системаимеет те же особенности, что и ранее рассмотренная, но использует разныечастоты для обновления разных сигналов. В частности, угловая скорость кренаобновляется с периодом – 0,025 с, а остальные сигналы с периодом – 0,05 с.196Трехканальнаяцифроваяасинхроннаямноготактнаясистемасотказавшим датчиком. Пусть датчик угловой скорости крена первого каналанеисправен. Система контроля обнаруживает отказ этого датчика, и в качествеисправного сигнала угловой скорости принимается среднее значение сигналоввторого и третьего каналов, т.

е.:Y1 ((n  1)T0 ) 1X 2 (nT0  12 )  X 3 (nT0  13 ),2тогда как во втором и третьем каналах используются «свои» сигналы:Y2 (nT0  12 )  X 2 (nT0  12 ); Y3 (nT0  13 )  X 3 (nT0  13 ).При этом появляется дополнительное запаздывание в первом канале из-запередачи информации по линиям межканальной связи.4.3 Анализ устойчивости самолета с многосвязной системой управления.Метод структурной декомпозицииПри анализе динамики самолета с цифровой асинхронной многоканальнойСДУ вычисление областей устойчивости замкнутой системы играет чрезвычайноважную роль, поскольку частотная характеристика, определяющая устойчивостьзамкнутой системы, является нелинейной функцией коэффициентов усиления[58, 64].

Вследствие этого определить запасы устойчивости по амплитуде и фазесложнее, чем в случае одноканальной системы. В этих условиях целесообразнееиспользовать области устойчивости замкнутой системы.Понятие передаточной функции, определяющей устойчивость замкнутойсистемы, вводится следующим образом. Замкнутая система размыкается внескольких точках (руль направления и элероны в нашем случае) и описываетсяматричным операторным уравнением: x1 ( s )   a11 ( s ) ...

a1n ( s )   x1 ( s )  b11 ( s ) ... b1m ( s )   u1 ( s )  ...    ......    ...    ......    ...  .     xn ( s ) an1 ( s ) ... ann ( s )  xn ( s ) bn1 ( s ) ... bnm ( s ) u m ( s )197Чтобы оценить устойчивость замкнутой системы, необходимо решитьуравнение:detE  A(s)  0.Это уравнение может быть записано в более привычной форме:WРС (s)  1  detE  A(s)  1,где WРС(s) – передаточная функция, определяющая устойчивость замкнутойсистемы. Пример частотной характеристики, соответствующей этой передаточнойфункции, приведен на рис.

4.9.Недостатком этого подхода является неопределенность физического смыслаполученной частотной характеристики.Рисунок 4.9 – Частотная характеристика, определяющая устойчивостьзамкнутой системыВозможен другой подход. Рассчитаем собственные значения матрицычастотных характеристик A(). В случае, если какое-либо собственное значение198i() равно нулю, система находится на границе устойчивости. Можно создатьряд частотных характеристик:Wi() = 1 + i(), i = 1,…,n,которые можно назвать частотными характеристиками контуров, составляющихмногосвязную систему. Определив эти характеристики (рис. 4.10), можно оценитьустойчивость многосвязной системы в целом, а также выделить контур, в которомсистема теряет устойчивость. В самом деле, частотные характеристики,приведенные на рис.

4.10, имеют ясный физический смысл, поскольку близки кчастотным характеристикам разомкнутой системы в путевом и поперечномканалах. Поэтому структурная декомпозиция замкнутой системы являетсяэффективным методом анализа многосвязных систем.Рисунок 4.10 – Частотные характеристики системы после декомпозицииАнализ устойчивости самолета с цифровой резервированной асинхронноймноготактной СДУ является более сложной задачей.

Основные принципы, накоторых базируется анализ устойчивости таких сложных систем, описаны в п. 3.2.1994.4 Расчет областей устойчивости замкнутой системы«самолет – цифровая резервированная многотактная СДУ»Одноканальная однотактная система управления. Это наиболее простаяцифровая система управления, поэтому с нее следует начать исследования. Нарис. 4.11демонстрируютсяобластиустойчивостизамкнутойсистемы,вычисленные при различных углах атаки для посадочного режима при отсутствиизапаздывания в линиях межмашинного обмена (ММО). Можно выделитьследующие особенности областей устойчивости.

На малых углах атаки областиустойчивости являются практически прямоугольными. Это можно объяснить тем,что при малых углах атаки взаимодействие движений крена и рыскания невелико,и они могут быть разделены. Практическая независимость движений приводит кнезависимости запаса устойчивости одного движения от коэффициентов усиленияпо параметрам другого движения. Изменение частоты потери устойчивости водном канале при изменении коэффициента усиления в другом канале небольшое.Однако частоты потери устойчивости в каналах крена и рыскания разные.Представляет интерес характер потери устойчивости в угловой точке пересеченияграниц, которой соответствуют две частоты.На рис. 4.12 проиллюстрированы переходные процессы, соответствующиеугловой точке (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации