Mоделирование процессов и систем в Matlab (966709), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Входными величинами блока Едвайопз оГ Иойоп являются следующие: О Гх (й) — текущее значение силы (в ньютонах), действующей на ЛА вдоль его продольной оси Хь, О Ет (М) — текущее значение силы (в ньютонах), действующей на ЛА вдоль его нормальной оси Уь, О И (Мш) — текущее значение момента сил (в ньютонах на метр), действующего на ЛА вокруг его поперечной оси г'ь. Ниже перечислены выходные величины блока: О А(сгибе (гад) — текущее значение угла между вектором скорости ЛА и плоскостью горизонта (в радианах); О д (габ/з) -- текущее значение проекции угловой скорости ЛА на его поперечную ось (в радианах в секунду); О дбоб (гад/з" 2) — текущее значение проекции углового ускорения ЛА на его поперечную ось (в радианах в секунду в квадрате); О Хе, Же (гя) — текущие координаты центра масс ЛА в продольной плоскости в земной системе координат (в метрах); О 11 тг (гп/з) — текущие значения проекций скорости ЛА соответственно на продольную и нормальную оси ЛА (в метрах в секунду); О Ах, Ат (ш/з "2) — текущие значения проекций ускорения ЛА соответственно на продольную и нормальную оси ЛА (в метрах в секунду в квадрате).
Рассмотренные блоки являются основными для моделирования движения ЛА. В ннх сосредоточены программы, осуществляющие численное интегрирование дифференциальных уравнений. Но для работы блоков необходимо формировать текущие значения сил и моментов сил, действующих на ЛА в течение его полета. Их можно объединить в три группы: О силы и моменты, действующие на ЛА со стороны маршевого двигателя; О силы и моменты, действующие на корпус ЛА со стороны окружающей его среды (снлы и моменты аэродинамического сопротивления движению ЛА в атмосфере и сила тяжести ЛА); 410 Урок 9 ° Моделирование аэрокосмических объектов О силы и моменты, действующие на ЛА со стороны исполнительных элементов системы управления, таких как рули, элероны„элевоны, закрылки и т.
п. В общем случае эти силы и моменты сил настолько различаются для разных типов ЛА, что нельзя создать универсальные блоки для их вычисления. Поэтому в библиотеке Аегозрасе имеется лишь небольшое количество блоков, отражающих наиболее часто встречающиеся зависимости, в законах, описывающих возникновение некоторых сил и моментов. Раздел Евлгоп1пепй Раздел Епчггопгпепс (Среда) (рис. 9.7) рассматриваемой библиотеки содержит блоки, позволяющие учитывать влияние параметров окружающей среды на силы и моменты сил, действующих на ЛА в полете. В этом разделе размещены три группы блоков: Аппозрпеге (Атмосфера), Бгагл1у (Гравитация) и зппп (Ветер). Рис.
9.7. Блоки раздела Еп лгопглепг В состав первой группы входят блоки 15А А1гпозрпеге Мобе( (18А-модель атмосферы) и СОЕБА Агзпозрпеге Мобе1 (СОЕВА-модель атмосферы) (рис. 9.8). Рис. 9.9. Блоки группы АппозрЬеге Эти блоки рассчитывают параметры атмосферы на текущей высоте полета. Входной величиной обоих блоков является значение текущей высоты полета ЛА. Выходные величины приведены ниже: О Тегпрега1иге (К) — температура (в градусах Кельвина); Общая характеристика бибяиотеки Аегоярасе О 5рееб ог зоипб (в/з) — скорость звука (в метрах в секунду); О А1г Ргеззнге (М/ва2) — давление воздуха (в ньютонах на метр в квадрате); О А1г Оепз11у (!с9/в" 3) — плотность воздуха (в килограммах на метр кубический).
Первый блок производит расчеты по международной модели стандартной атмосферы до высоты полета 20 000 м. Второй — по американской расширенной модели стандартной атмосферы. Здесь возможен учет особенностей атмосферы до высоты 84 852 м. Настраиваемых параметров в этих блоках нет.
Группа бгач1!у содержит только один блок — %8584 бгач!Су Моде! (Рис, 9.9), который рассчитывает значение ускорения свободного падения на текущей высоте полета ЛА и на текущей географической широте. Рис. 9.9. Содержимое группы бгат11у Раздел Ргорйзтоп Раздел Ргориййоп (Двигатель) содержит единственный блок — ТнгЬогап Епупе 5узгев (Система турбовентиляторного двигателя) (рис. 9.10).
Этот блок имеет такие входные величнньс О ТЬгоЫв роз(йоп — текущее положение регулирующего дросселя; О МасЬ вЂ” текущее значение числа Маха," О А!В!пбе (в) — текущее значение высоты полета (в метрах). Выходными величинами блока ТигЬо(ап Еп91пе 5узгев являются следующие: О ТЬгпз! (й) — сила тяти (в ньютонах); О Рве! Т!оги (!с9/з) — расход горючего (в килограммах в секунду). В окне настройки блока содержатся такие параметры: О 1п1!1а! !Ьгпзг зоигсе — источник (внутренний или внешний) начального значе- ния силы тяги двигателя; О 1веа! СЬгвз! — начальное значение силы тяги двигателя; О Маювив зеа !ече! зглйс !Ьгиз! — максимальное значение силы тяги на уровне океана; 412 Урок 9 ° Моделирование азрокосиических объектов О Газ1езт еп91пе Вюе сопзтапс ас зеа (ечеЬсабс (зес) — постоянная времени двигате- ля на уровне океана (в секундах); О 5еа (ече( згаВс снтозт зрес1йс тпес сопзпюрйоп — удельный расход топлива на уровне океана; О Кабо ойпз|:айед слтвзг Со ил1пз1айед слтизс -- отношение установленной силы тяги к неустановленной.
Рис. 9.10. Окна раздела РторнИол РсзЗДЮЛЫ АСъ(1сзъОГ5 И 6МС В разделах Ассиасотз (Исполнительные элементы) и ййС (Регуляторы управления движением) находятся блоки, предназначенные для создания модели системы автоматического управления движением ЛА. В общем случае система автоматического управления движением содержит следующие элементы: О измерители параметров движения ЛА — гироскопические приборы, измеряюшие углы поворота корпуса ЛА и его угловые скорости, измерители скорости ЛА, углов атаки и дрейфа и т. п:, О регуляторы -- звенья системы управления, которые формируют закон управления (требуемые зависимости регулируемых параметров от измеренных величин); О силовой привод, обеспечивающий поворот рулей, элеронов и элевонов на тре- буемые углы, величины которых определены регулятором; О исполнительные элементы (рули, элероны н элевоны), обеспечивающие нало- жение на ЛА требуемых моментов сил.
Модели измерителей параметров движения и работы исполнительных элементов пользователю необходимо создавать самому. Универсальных блоков, моделирующих их поведение, в библиотеке нет. Раздел Асспа1огз содержит блоки, которые моделируют движение силового привода рулевых органов управления: 5есопд Отдет 'с(пеат Ас~иасот (Линейный силовой привод второго порядка) и 5есопб Отдег йолйпеаг Ассвагог (нелинейный силовой привод второго порядка) (рис. 9.11). 413 Общая характеристика библиотеки Аегозрасе Рис.9.11. Блоки раздела Ассоасогз Оба блока моделируют процесс перемещения рулевого органа при подаче на вход силового привода заданного значения этого перемещения как прохождение заданного сигнала через звено второго порядка с заданными частотой собственных колебаний и коэффициентом демпфирования.
В обоих блоках входом является текущее требуемое значение положения исполнительного элемента (Ас дегп), а выходом -- действительное значение его положения (Ас ас). к Окно настройки блока 5есопд Огбег 1(пеаг Асспа1ог содержит следующие параметры (рис. 9.12): О йагига1 ггецпепсу — частота собственных колебаний; О Оаглр1п9 гайо — относительный коэффициент затухания; О 1п1тга1 рояйоп — начальное положение регулирующего органа. Рис. 9.11. Окно настройки блока 5есопб Огбег Ыпеаг Ассиасог Окно настройки второго блока данного раздела (рис. 9.13) имеет такие же параметры.
Кроме них, в этом окне можно настроить следующие параметры: О Махпппгл деггест1оп — максимальное отклонение регулирующего органа; О И1 ппппгп дейесйоп — минимальное отклонение регулирующего органа; О Иах1пзшп гаге — максимальная скорость отклонения регулирующего органа. 414 Урок 9 в Моделирование аэрокосмических объекгов Рис.
9.13. Окно настройки блока 5есопб Оп$ег Нопйпеаг Асгиагог Именно наличием указанных ограничений на отклонения регулирующего органа и его скорость отличается нелинейный привод от линейного. В раздел БИС г',Регуляторы управления движением) включены блоки, моделирующие процесс формирования сигналов, которые управляют отклонением рулевых органов ЛА (рис. 9.14). Рис. 9.14. Блоки раздела СМС Общая характеристика библиотеки Аегозрасе Первые 13 блоков раздела призваны вырабатывать сигнал, пропорциональный требуемому углу поворота исполнительного элемента.
Поэтому выход в них одитс о — требуемое текущее положение исполнительного элемента. Три последних блока являются вспомогательными и осуществляют интерполяцию матриц. В 11 блоках, представляющих различного вида регуляторы и наблюдатели, основным входом является вектор у величин, характеризуюгцих текущее движение объекта и измеряемых на борту ЛА имеющимися приборами.
Эти блоки представляет интерес главным образом для специалистов в области проектирования систем автоматического управления движением ЛА; их изучение не входит в нашу задачу. Раздел ТгапФоглабог19 Раздел Тгапз(олтас1опз (Преобразования) содержит блоки двух групп: -- Акез (Оси) и 0п1сз (Единицы) (рис. 9.15). Рис. 9.15. Блоки раздела Тгалз(ощайопз Группа Ахез (рис.
9.16) включает шесть блоков, осуществляющих различные преобразования форм представления углового положения твердого тела в пространстве и один блок (ЗхЗ Сгозз Ргодосс) векторного произведения двух трехкомпонентных векторов. Блоки преобразования координат имеют такое назначение: О Ова1егптопз 1о Ео1ег Ап91ез -- преобразует кватернион поворота в вектор трех уг- лов Эйлера; О Оца1еппопз 1о Отгесеоп Созтпе Ма1пх — преобразует кватернион поворота в мат- рицу направляющих косинусов; О Ец1ег Ап91ез 1о (1оасегптопз — преобразует вектор трех углов Эйлера в вектор кватерниона поворота; О 01гес0оп Созтпе Ма1пк 1о ОоаФегпгопз — преобразует матрицу направляющих ко- синусов в кватернион поворота; О Ео1ег Апц(ез 1о ОпесЬоп Созтпе Ма1пх — преобразует вектор трех углов Эйлера в матрицу направляющих косинусов; О 91геЖоп Согйпе МаМк 1о Ец(ег Ап91ез — преобразует матрицу направляющих ко- синусов в вектор трех углов Эйлера.
416 Урок 9 ° Моделирование аэрокосмических о6ьектов Рис. 9.16. Блоки группы Ахеэ Группа блоков Опйз содержит 11 блоков преобразования величин из одной системы единиц в другую (рис. 9.17). Назначение блоков очевидно из их названий. Настраиваемых параметров блоки не имеют. Рис. 9.17. Блоки группы Опгтэ ;вободное угловое движение космического аппарата Работу с библиотекой Аегозрасе начнем с создания простой модели углового движения космического аппарата (КА) в инерциальном пространстве (рис. 9.18). В основу модели можно положить блок 60ор (Вйег Ап9(ез), обеспечивающий моделирование движение тела с шестью степенями свободы. Свободное угловое движение косиического аппарата Если задачей моделирования является исследование свободного движения, то на вход указанного блока следует подать векторные сигналы, соответствующие проекциям внешней силы и внешнего момента сил, равные нулю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
