Диссертация (785901), страница 27

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

Текст из файла (страница 27)

4.11), где пересекаются границы устойчивости каналовкрена и рыскания. Переходные процессы содержат две гармоники с разнымичастотами, т. е. наблюдается потеря устойчивости как движения крена, так идвижения рыскания. Это приводит к характерным биениям переходногопроцесса. На рис. 4.9 представлены амплитудная и фазовая частотныехарактеристики передаточной функции, определяющей устойчивость замкнутойсистемы для точки пересечения границ области устойчивости. Как можновидеть, эта характеристика имеет две точки потери устойчивости. На рис. 4.10приведены частотные характеристики подсистем, полученных в результатеструктурной декомпозиции. Видно, что оба контура находятся на границеустойчивости.200Рисунок 4.11 – Области устойчивости цифровой одноканальнойоднотактной СДУ.

Нет запаздывания в ММОРисунок 4.12 – Цифровая одноканальная однотактная система.K x  2,33, K  y  7,9201Увеличение угла атаки вызывает более интенсивное взаимодействиедвижений крена и рыскания, что приводит к гладкости границ областейустойчивости. Переход от кусочно-непрерывной границы устойчивости сизломом в угловой точке к непрерывной при увеличении угла атаки заслуживаетотдельного внимания и может быть изучен методами бифуркационного анализа.На рис.

4.13 демонстрируются области устойчивости для того же режимаполета, но при наличии в СДУ дополнительного запаздывания в один шагобновления информации, что связано с затратами времени на вычисления.Области устойчивости стали более узкими, что вполне ожидаемо.Рисунок 4.13 – Одноканальная однотактная система. Задержка в ММО – Т0Одноканальнаямноготактнаясистемауправления.Многотактностьявляется типичной особенностью построения современных цифровых СДУ. Онапозволяет найти компромисс между сложностью законов управления итребованием отсутствия значительных временных запаздываний в трактах,критических для устойчивости.

Рассмотрим случай обновления угловой скорости202крена с частотой 40 Гц, а других сигналов с частотой 20 Гц. Увеличение частотыобновления угловой скорости крена приводит к уменьшению запаздывания в этомтракте, что должно приводить к расширению областей устойчивости везде, гдеK  x  0 . На рис. 4.14 демонстрируются области устойчивости для цифровойоднотактной (f = 20 Гц) и цифровой многотактной СДУ. Область устойчивостидля цифровой многотактной системы шире, чем в случае цифровой однотактнойСДУ, что вполне объяснимо.Рисунок 4.14 – Области устойчивости одноканальной многотактной СДУ203Трехканальная система.

Проблема расчета областей устойчивости СДУ сучетом резервирования важна для цифровых СДУ по следующим причинам:− асинхронная работа каналов резервированной системы приводит кизменению областей устойчивости замкнутой системы. Это справедливодаже в том случае, когда одинаковые алгоритмы реализованы в разныхканалах и отсутствуют межканальные связи;− вцифровыхвыравниваниясистемахиспользуютсяинформации.многочисленныеВыравниваниезначительновариантывлияетнадинамические свойства системы и его необходимо учитывать.Рассмотрим области устойчивости, соответствующие описанным вышеархитектурным построениям системы.

На рис. 4.15 представлены областиустойчивости для следующих систем:− трехканальнаяоднотактная(T0 = 0,05 с)цифроваясистемабезвыравнивания информации;− трехканальная многотактная (T0 = 0,025 с для угловой скорости крена и0,05 с для других сигналов) цифровая система без выравниванияинформации;− трехканальная многотактная (T0 = 0,025 с для угловой скорости крена и0,05 с для других сигналов) цифровая система с выравниванием угловойскорости крена.Поскольку основным эффектом выравнивания входной информацииявляется дополнительное запаздывание, то следует ожидать сужения областейустойчивости по сравнению с многотактной СДУ, что видно на рис. 4.15.Трехканальная система с отказавшим датчиком. Рассмотрим случай отказадатчика угловой скорости крена в первом канале.

В первом канале для расчетовалгоритмов управления используется среднее значение сигналов датчиковвторого и третьего каналов, полученных по межканальным линиям связи:1Y1 ((n  1)T0 )  [ 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 ).204Рисунок 4.15 – Цифровая трехканальная многотактная система управленияс выравниванием x. Периоды обновления: x – 0,025 с, y – 0,05 сВследствие вынужденного осреднения информации в первом канале из-заотказа собственного датчика появляется дополнительное запаздывания в каналеугловой скорости крена, т.

е. отказ сигнала и его восстановление с помощьюсигналов соседних вычислителей делает эту систему похожей на систему свыравниванием информации. Однако в данном случае запаздывание меньше, чемзапаздывание, вызванное выравниванием информации, что находит отражение визменении областей устойчивости. На рис. 4.16 иллюстрируются последствияотказа для областей устойчивости замкнутой системы. Наблюдается сужениеобластей устойчивости, хотя это сужение не столь сильное, как при выравниваниивходной информации.Таким образом, можно сказать, что анализ устойчивости и управляемостисамолета с цифровой СДУ представляет собой сложную задачу даже дляпродольного канала, где задача является, как правило, одноконтурной.

В случае,если необходимо учитывать такие особенности построения и функционированияСДУ, как резервирование, асинхронность работы каналов, многотактность205обновления сигналов, выравнивание информации между каналами, задачастановится гораздо сложнее. В боковом канале задача многоконтурная, посколькуимеются как минимум два органа управления – элероны и руль направления.Рисунок 4.16 – Области устойчивости самолета с цифровой трехканальной СДУс обновлением: x – 0,025 с, y – 0,05 с.

Датчик x первого канала в состоянии отказаКроме того, есть взаимодействие каналов крена и рыскания, интенсивностькоторого растет с увеличением угла атаки. Такое взаимодействие каналов крена ирыскания приводит к особенностям областей устойчивости замкнутой системы покоэффициентам усиления трактов угловых скоростей крена и рыскания. Прималых углах атаки контуры крена и рыскания независимы, поэтому областьустойчивости является практически прямоугольной. При увеличении угла атакиграницы области устойчивости становятся гладкими вследствие возросшеговзаимодействия каналов крена и рыскания.

Для анализа устойчивости можноиспользовать как частотную характеристику, определяющую устойчивостьмногоконтурной системы в целом, так и частотные характеристики составляющихконтуров, полученных при ее структурной декомпозиции.206Глава 5Методы синхронизации работы цифровой резервированнойсистемы управления.

Построение систем контроля СДУнеманевренных самолетов и выбор их параметровНадежность является важнейшей характеристикой системы управлениясамолета и, наряду с функциональным составом, определяет вклад системыуправления в безопасность полета. Для обеспечения надежности системарезервируется, т. е. имеет несколько каналов управления, каждый из которыхсодержит один или несколько вычислителей. Вычислители современных системуправления обладают внутренним резервированием–включают каналыуправления и контроля.

Вычислители работают асинхронно: циклограммы работразных каналов сдвинуты по времени. Асинхронная работа вычислителей,наличие статических ошибок во входных сигналах и случайные сбои информацииприводят к «разбеганию» вычислительных процессов в разных каналах, чтоможет вызвать срабатывание системы контроля.

Для оценки рассогласованиймежду каналами используются методы Марковских процессов [70–71] и методыисследования цифровых резервированных систем управления, описанные вглаве 3. «Разбеганию» особенно подвержены выходные сигналы интегральныхзвеньев(см.процессов,рис. 3.15).протекающихДлявобеспеченияразныхидентичностиканалах,вычислительныхприменяетсявыравниваниеинформации с помощью линий межмашинного обмена. Некоторые вариантытакого выравнивания были описаны в главе 3 при анализе их влияния надинамические характеристики цифровых резервированных систем.5.1 Синтез алгоритма синхронизации интегральных звеньевцифровой резервированной системы управленияРассмотрим алгоритм синхронизации значений интегральных звеньев(рис.

5.1) резервированной цифровой системы управления, вычислитель которойпостроен по схеме самоконтролируемой пары и включает каналы управления иконтроля, и принципы выбора его параметров [1, 73]. Для синхронизации207интегральных сигналов между резервированными вычислителями предусмотренаобратная связь по рассогласованию между средним значением интегралов всехисправных вычислителей и значением интеграла контролируемого вычислителя.Для реализации синхронизации предусмотрен обмен значениями интегралов (y1 иy2) и их признаками исправности (Sty1 и Sty2) по цифровым линияммежмашинного обмена. Рассогласование подается на вход интегрального звена скоэффициентом усиления K1. Также предусмотрена синхронизация интегральныхзвеньев внутри вычислителя, т.

е. между каналами управления и контроля. Дляэтого рассогласование между значениями интегралов каналов управления иконтроляподаетсянавходинтегральногозвенаканалаконтроляскоэффициентом усиления K2.Проведем анализ рассогласований между интегралами различных каналов иканаловуправленияиконтролявнутриодноговычислителя,выберемкоэффициенты усиления K1 и K2 и оценим возмущение передаточных функцийсистемы управления, возникающие вследствие работы алгоритма синхронизации.Рисунок 5.1 – Схема алгоритма синхронизации интегральных звеньев208Выбор коэффициента K1.

Рассмотрим двухканальную цифровую систему састатическимизаконамиуправления.Приотсутствиисинхронизациинетпрепятствий для «разбегания» интегралов, и их рассогласование может достигатьпроизвольной величины, но при увеличении коэффициента выравнивания K1 оноуменьшается. Очевидно, что при наличии разницы во входной информации вразных вычислителях имеется рассогласование не только интегралов, но истатических сигналов.

Уменьшать рассогласование интегральных сигналов имеетсмысл до тех пор, пока оно не станет соизмеримым с рассогласованием статическихсигналов. Это условие является основным при выборе коэффициента K1.Рассмотрим двухканальную систему, каждый канал которой включаетинтегральную и статическую части (рис.

5.2). Пусть входной сигнал первогоканала имеет постоянную ошибку X1 = . Для рассогласований статическихсигналов первого и второго каналов yst1 и yst2 имеем выражение:yst = yst1 – yst2 = Kst(X1 – X2) = KstРисунок 5.2 – Схема оценки рассогласований между каналами209Для преобразований Лапласа Y1(s) и Y2(s) интегралов первого и второгоканалов y1(t) и y1(t) имеем выражения:1Y 1 ( s )  ( K     K1  (Y 2  Y 1 )),s1Y 2 ( s )  ( K1  (Y 1  Y 2 )).sИз второго уравнения можно получить:Y 2 ( s) K1 s1 Y 1 Y ,1  K1 sT1s  1  1где T1 = 1/K1.Подставляя данное выражение в уравнение для сигнала интеграла первогоканала, имеем в операторном виде: 1  11sY1 ( s )   K    K1  1Y1    K   Y1 .sT1 s  1  T1 s  1   s Окончательно:Y 1 ( s) 1 T1s  1 K  .s T1s  2Для рассогласования интегральных сигналов первого и второго каналовимеем:1 T s 11  K T1 Y  Y 1 ( s )  Y 2 ( s )   1K    1 .s T1s  2Ts1Ts2 11Как указывалось выше, рассогласование интегральных сигналов должнобыть соизмеримо с рассогласованием статических сигналов, т.

Характеристики

Список файлов диссертации