Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Проблеммы разработки быстродействующих гидроприводов 16
1.1 Область применения рулевых машин 16
1.2 Классификация струйных усилителей 20
1.3 Анализ схем гидроусилителей 27
1.4. Анализ устройств коррекции 35
ГЛАВА II. Анализ конструктивных параметров сгрм и идентификация математических моделей по экспериментальным характеристикам 42
2.1 Принцип действия струйной гидравлической рулевой машины 43
2.2 Допущения принятые при расчетах 44
2.3 Статические характеристики СГРМ 45
2.4 Исследование динамических характеристик СГРМ 49
2.5 Математическая модель СГРМ с учетом гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку 54
2.6 Идентификация математических моделей СГРМ в безразмерных комплексах 67
2.7 Выводы к главе II 73
ГЛАВА III. Гидромеханические устройства коррекции струйной гидравлической. рулевой машины 74
3.1 Особенности моделирования устройств передачи корректирующего воздействия 75
3.2 Коррекция струйных гидравлических рулевых машин с помощью межполостных перетечек 85
3.3 Коррекция струйных гидравлических рулевых машин по расходу 90
3.4 Устройство коррекции струйных гидравлических рулевых машины по динамическому расходу 97
3.5 Коррекция по перепаду давления , 103
3.6 Коррекция по производной от перепада давления в полостях гидроцилиндра 110
3.7 Комбинированное устройство коррекции по перепаду и производной от перепада давления в полостях гидродвигателя 119
3.8 Выводы к главе III 127
ГЛАВА IV. Математическое моделирование струйных гидравлических рулевых машин с использованием корректирующих контуров и эталонной модели 134
4.1 Электронная коррекция 135
4.2 Моделирование гидромеханических подсистем с эталонной моделью и корректирующими контурами внутренних обратных связей 145
4.3 Выводы к главе IV 157
Основные выводы и результаты работы 158
Список используемой литературы
- Классификация струйных усилителей
- Допущения принятые при расчетах
- Коррекция струйных гидравлических рулевых машин с помощью межполостных перетечек
- Моделирование гидромеханических подсистем с эталонной моделью и корректирующими контурами внутренних обратных связей
Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития авиационной и ракетно-космической техники связан с широким применением в системах управления беспилотных летательных аппаратов быстродействующих гидроприводов. Однако результаты полетных испытаний с фиксированием поведения рулевых машин показывают, что в реальных условиях на динамику рулевых машин большое влияние оказывают параметры, носящие случайный или переменный характер, такие как: нежесткость связи с нагрузкой, сухое и вязкое трение, переменный модуль упругости сжимаемости жидкости, гидродинамическое воздействие обратных струй на струйную трубку, стохастический разброс параметров электрогидроусилителя, достигающий 40%. Особое внимание следует уделить недостаточно изученным процессам, протекающим в гидрораспределителе, так как именно они влияют на управляемость и устойчивость привода. Одной из особенностей струйного гидрораспределителя является наличие обратных потоков жидкости в зоне распределения основного потока. Гидродинамические силы, создаваемые реакцией вытекающих из окон приемной платы струй жидкости, сила вязкого трения и инерционная сила воздействуют как на основной поток жидкости, вытекающей из струйной трубки, так и на струйную трубку. Комплекс переменных факторов, оказывающих влияние на струйную трубку, приводит к снижению устойчивости привода и возникновению автоколебаний. Переменные условия эксплуатации усугубляют сложность адекватного исполнения команд, поступающих от системы управления летательного аппарата. Результатом влияния этих факторов является работа рулевых машин по упорам и, как следствие, - «хлопанье» рулевыми плоскостями, зафиксированные при полетных испытаниях. Одним из вариантов устранения данных недостатков является введение дополнительных обратных связей в гидропривод для увеличения устойчивости и управляемости привода, уменьшение статической ошибки, уменьшение зависимости привода от внешних условий. Все это обуславливает актуальность исследований, посвященных изучению влияния нелинейных параметров привода на его динамику с учетом введения дополнительных обратных связей. Дополнительные обратные связи могут быть реализованы в виде электрогидравлических, гидромеханических и электронных корректирующих устройств.
Представленная работа посвящена исследованиям динамических характеристик электрогидравлического следящего привода со струйным гидрораспределителем с дополнительными обратными связями. Разработаны размерные и безразмерные математические модели СГРМ с гидромеханическими и электронными устройствами коррекции, предложены новые конструкции и схемные решения. При численном моделировании использовались технические данные, полученные на ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».
Целью работы является исследование СГРМ с устройствами коррекции, используемых в системах управления исполнительными механизмами летательных аппаратов, разработка рекомендаций по синтезу и анализу их параметров.
Задачи исследования:
Разработать математическую модель рулевой машины с учетом нели-нейностей, доступных экспериментальному определению;
Разработать математические модели струйных гидравлических рулевых машин с гидромеханическими устройствами коррекции;
Разработать математические модели устройств электронной коррекции;
Разработать методики расчета параметров рулевой машины с устройствами коррекции.
Объект исследования - быстродействующие гидроприводы, а именно од-нокаскадные струйные гидравлические рулевые машины (СГРМ) систем управления летательными аппаратами (ЛА).
Основания для выполнения работы. Работа явилась обобщением исследований автора в период с 1999 года по настоящее время и выполнена на кафедре "Прикладная гидромеханика" Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ). Начальная стадия исследований была отражена в магистерской диссертации, выполненной в УГАТУ и защищенной в 2001 году. В работу вошли результаты НИР проведенных на кафедре ПГМ 1994-2005гг. по проектам "Разработка и исследование струйных гидравлических рулевых машин систем автоматического управления летательных аппаратов" и "Кавитационные явления в струйных гидравлических рулевых машинах; п. 14 по программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2002-2004гг.).
К основным физическим процессам и факторам, определяющим функционирование быстродействующего гидропривода, оснащенного устройствами коррекции, отнесены изменение статических и динамических характеристик рулевой машины при влиянии: нежесткости связи с нагрузкой, сухого трения, переменного модуля упругости сжимаемости жидкости, гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку и стохастического разброса параметров гидроприводов, а также переменной внешней нагрузки.
Методы исследования. Работа основывается на использовании классических теоретических и экспериментальных методов исследования струйных течений, проведения стендовых испытаний, определения внутренних и внешних параметров гидроприводов.
Теоретические исследования базируются на научных основах теории машино- и ракетостроения, теории гидродинамики сплошных и двухфазных сред, теории проектирования гидроприводов, аппарата теории вероятности и математической статистики, положений классической и экспериментальной механики. Использованы численные методы, методы дифференциального и интегрального исчислений, специальные функции.
В работе использованы экспериментальные материалы Государственного ракетного центра, накопленные за 40 лет разработки и эксплуатации струйных гидравлических рулевых машин. При подготовке, проведении экспериментов и обработке их результатов применяются методы теории планирования эксперимента и статистической обработки результатов.
Достоверность результатов работы обосновывается соответствием численного моделирования и экспериментальных исследований быстродействующих гидроприводов полученных при натурных испытаниях в ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».
На защиту выносятся результаты исследований способов и эффективности коррекции динамических характеристик быстродействующих гидроприводов с помощью устройств коррекции, а именно:
Нелинейная математическая модель рулевой машины;
Математические модели устройств коррекции струйных гидравлических рулевых машин;
Результаты численного моделирования рулевых машин с гидромеханическими и электронными устройствами коррекции;
Методики расчетов параметров рулевой машины с устройствами коррекции.
Научная новизна. Разработана математическая модель с учетом нели-нейностей, а именно: нелинейности сухого и вязкого трения, переменного модуля упругости жидкости, нелинейности обобщенной характеристики, а также модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку. На основе исследований быстродействующих гидроприводов предложены: гидромеханическое устройство коррекции; система электронной коррекции; разработаны рекомендации по проектированию струйных гидравлических рулевых машин. Научные результаты, определяющие научную новизну:
Нелинейная математическая модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй;
Обобщенная модель быстродействующего гидропривода в безразмерных комплексах;
Представлены новые методики расчета и проектирования быстродействующего гидропривода с устройствами коррекции, новые технические решения позволяющие уменьшить время разработки приводов.
Теоретические основы проектирования СГРМ базируются на научных основах теории машино- и ракетостроения, теории проектирования гидроприводов, положений классической и экспериментальной гидромеханики.
Практическая ценность результатов исследований состоит в том, что новые теоретические положения позволили создать методический и программный комплекс, обеспечивающий интенсификацию производства и применения быстродействующего гидропривода в системах управления летательными аппаратами на основе внедрения наукоемких технологий в условиях освоения новой конкурентоспособной техники.
Полученные результаты позволяют получить существенный технический эффект, заключающийся в следующем:
рекомендации по выбору рациональных параметров устройств коррекции позволят снизить затраты времени и средств на разработку, проектирование и доводку быстродействующих гидроприводов;
применение разработанных схем коррекции позволит на этапе доводки подобрать рациональные параметры, моделировать применение различных вариантов корректирующих устройств;
разработанная математическая модель с учетом гидромеханического воздействия обратных струй на струйную трубку позволяет определить конструктивные параметры привода для исключения этого влияния.
Результаты настоящего исследования могут быть рекомендованы для использования в КБ авиационных двигателей, НИИД, НИАТ, НИТИ и др. отраслевых организациях при создании исполнительных механизмов двигателей и летательных аппаратах нового поколения. Результаты работы используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета для студентов энергетических специальностей.
Апробация работы. Основные результаты работы апробировались при выполнении хоздоговорных тем с Государственным ракетным центром и госбюджетных тем по исследованию характеристик струйных гидравлических рулевых машин. Отдельные законченные этапы работы докладывались и обсуждались на 7 научно - технических конференциях «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» г. Пермь 2001, 2002, 2003; «Исследование, проектирование и отработка регулируемых энергоустановок» Уфа, 2001; «Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей» Уфа, 2001; «Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005». Ковров, 2005; «Мавлютовские чтения» УГАТУ, 2006. В полном объеме работа докладывалась на кафедре "Прикладная гидромеханика" УГАТУ, на заседании НМС по направлению 657400 «Гидравлическая, вакуумная и компрессорная техника».
Структура и объем работы. Публикации.
Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 164 рисунка, состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 92 наименований. Основные положения выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 16 работах.
Классификация струйных усилителей
Обзор научно-технической литературы [23,47,62] позволяет классифицировать струйные элементы с точки зрения энергетики, по характеру выполняемых операций, по характеру протекания гидравлических процессов, по месту в системе управления, по конструктивному исполнению, по виду применяемой рабочей среды и по величине рабочих давлений.
С энергетической точки зрения струйные элементы можно разделить на активные и пассивные Активные струйные элементы характеризуются тем, что для их функционирования необходим подвод энергии от отдельного источника питания. Активные элементы управляют по определенному закону мощными сигналами на выходе с помощью сигналов малой мощности на входе, являясь усилителями мощности. Пассивные струйные элементы характерны тем, что они не требуют подвода энергии от постоянного источника. Они не являются усилителями, так как только преобразуют сигнал по определенному закону.
По характеру выполняемых операций струйные элементы можно разделить на пропорциональные (аналоговые) и дискретные (релейные). Пропорциональные элементы характеризуются непрерывным изменением входных параметров, тогда как в дискретных струйных элементах выходные параметры принимают только два дискретных значения, определяемых входным (управляющим сигналом).
Все активные струйные элементы по характеру протекания в них гидравлических процессов разделяются на следующие группы: 1. элементы с взаимодействием струй; 2. вихревые элементы; 3. элементы с взаимодействием струй со стенкой; 4. элементы с изменением характера течения; 5. элементы с механическим отклонением струи; 6. механические струйные элементы.
К элементам первой группы относятся элементы с продольным и поперечным взаимодействием струй, вторую группу составляют вихревые усилители и вихревые клапаны, в третью группу входят бистабильные и трехстабильные элементы и кромочные усилители. К четвертой группе относятся элементы, в которых имеет место турбулизация струи, турбулентные усилители. Пятую группу составляют элементы, в которых отклонение струи производится посредством врезания в нее дефлектора [32]. В механических элементах твердые детали перемещаются текучей средой [68]; в эту группу входят поршневые, шариковые и мембранные элементы.
Необходимо отметить, что первые три группы активных элементов являются, как правило, аналоговыми. Их принцип действия основан на двух физических законах: законе сохранения движения (третья группа) и законе сохранения количества движения (вихревые элементы). К элементам с изменением характера течения и с механическим отклонением струи относятся, как правило, дискретные элементы, принцип действия которых основан на эффекте Коанда, турбулизации ламинарной струи, кромочном эффекте. Элементы с механическим отклонением струй и механические струйные элементы могут иметь как аналоговые, так и релейные выходные хар актеристики.
По месту в системах управления активные струйные элементы могут быть разделены на датчики первичной информации, логические, усилительные и исполнительные. Сигнал от датчиков первичной информации попадает в логический каскад, где трансформируется в соответствии с программой и предварительно усиливается. В усилительном каскаде происходит усиление сигнала до уровня, достаточного для работы мощного выходного каскада.
По конструктивному исполнению струйные элементы можно разделить на плоские и пространственные. Плоские выполняются в виде углублений в платах, сквозных просечек в пластинах, зажатых между двумя плоскими крышками. В пространственных элементах струи, как правило, вытекают из круглых трубок и сопел.
По виду применяемой рабочей среды струйные элементы делятся на пневматические, гидравлические и смешанные.
По величине рабочих давлений струйные элементы делятся на элементы высокого и низкого давления.
Проведенная классификация позволяет охарактеризовать струйный гидроусилитель, являющийся одним из основных компонентов СГРМ как струйный гидравлический усилительный элемент активного типа пространственной формы с аналоговым управлением.
Проведенный анализ научно-технической литературы, посвященной разработке и исследованию струйных элементов, позволяет провести сравнение струйных гидроусилителей, использующих в качестве гидравлического каскада управления струйный гидрораспределитель (таблица 2).
Из всего многообразия конструктивных схем струйных гидроусилителей можно выделить пять основных групп, отличающихся способом воздействия на поток рабочей жидкости [32]: - непосредственное воздействие на поток жидкости электрическим сигналом; - непосредственное воздействие на струю магнитовязкого рабочего тела; - воздействие на струю волновым полем, полученным пьезокристаллом; - отклонение струи питания струей управления; - отклонение за счет поворота сопла или введения дефлектора.
Струйные гидроусилители с электрическим управлением, в зависимости от конструктивного исполнения, подразделяются на следующие виды: - с отклонением струи электрическим полем; - с изменением профиля скорости струи в электрическом поле.
Воздействие электрических полей на процессы в струйных гидроусилителях рассмотрено достаточно широко [31], конструктивные решения усилителей, управляемых электрическими полями отличаются своей простотой, однако, к недостаткам подобной схемы следует отнести низкую мощность на выходе и существенную нелинейность нагрузочной характеристики
Допущения принятые при расчетах
Допущения, принятые при расчете:
1. коэффициент вязкости рабочей жидкости, коэффициент расхода управляемого гидрораспределителя, а также давления подачи и слива -величины постоянные;
2. температура жидкости в течение рассматриваемого динамического процесса не изменяется;
3. гидравлические потери в подводящих гидролиниях струйного гидрораспределителл и гидр о двигателя малы и ими можно пренебречь;
4. волновые процессы в рабочих гидролиниях из-за их малой, длины на динамические процессы гидрораспределителя не влияют;
5. вследствие малости объема полости струйной камеры между струйной трубкой и приемной платой относительно суммарного объема жидкости в полостях привода и незначительного влияния локальных изменений скорости на этом участке, так как размер камеры между струйной трубкой и приемной платой много меньше суммарной протяженности магистралей привода, сжатием и инерционностью жидкости на участке между срезами питающего сопла и приемной платы можно пренебречь.
Статические характеристики СГРМ
Для возможности проведения комплексного анализа параметров СГРМ построены следующие статические характеристики: регулировочная характеристика по давлению, регулировочная характеристика по расходу, обобщенная статическая характеристика, КПД.
Регулировочная характеристика по давлению
Форма характеристики, изображенной на рисунке 2.2, показывает, степень зависимости гидропривода от нагрузки. Чем круче характеристика, тем меньше реакция на нагрузку привода. Увеличение давления питания приводит к увеличению крутизны характеристики. Построение характеристики производится по формуле (2,1).
Современный этап развития техники характеризуется высокими требованиями к параметрам рулевых машин. Для увеличения точности СГРМ необходимо совместно со статическими характеристиками рассматривать и динамические характеристики приводов.
Для расчета динамических характеристик разработана математическая модель на основе математических уравнений описывающих физические процессы в рулевой машине. Различают частотные и временные характеристики динамических процессов. Из-за сложности получения результатов временного переходного процесса широкое распространение для анализа качества переходных процессов получили частотные характеристики, которые позволяют выводить косвенные критерии для оценки качества и устойчивости переходных процессов. Однако широкое применение вычислительной техники позволяет оценивать качество переходных процессов по временным характеристикам. Преимущества такого представления очевидны, первое и главное это наглядность - нет необходимости в дополнительных расчетах. При частотном методе расчета, вводятся дополнительные допущения в модель, что снижает точность расчетов.
Представленная модель предназначена для расчета переходных процессов СГРМ и была разработана с учетом допущений описанных в пункте 2.2. Модель ЭМП Электромеханические преобразователи (ЭМП) предназначены для преобразования электрического сигнала управления в механическое перемещение ведомого звена, к которому присоединяются управляющие элементы струйно-дроссельных гидрораспределителей.
Электромеханические преобразователи работают на различных принципах, наиболее распространены магнитоэлектрические, электромагнитные дифференциальные и поляризованные преобразователи.
Электромеханические преобразователи необходимо рассматривать с учетом нагрузок на его ведомом звене, а также с учетом свойств выходного каскада электрического усилителя, который управляет этим преобразователем. Это объясняется тем, что скорость перемещения якоря преобразователя зависит не только от нагрузки, определяемой гидрораспределителем, но и от скорости нарастания тока управления, зависящей от индуктивности обмоток управления, активного сопротивления электрической цепи и величины электродвижущей силы, возникающей в результате движения якоря. Уравнение электрической цепи ЭМП г, г , dl „ da [ U = K,r(Ue-K!ic-y{t));
Первое уравнение в системе (2.6) характеризует электрические параметры ЭМП, второе уравнение представляет собой управляющие параметры, усилителя сигнала ошибки (УСО) где и реализуется электрическая обратная связь по положению нагрузки.
Уравнение моментов действующих на якорь ЭМП J = K I-Km-a-b,- -C„-a, (2.7) dr dt Вследствие малости угла поворота струйной трубки, а именно поворота среза сопла заменяем поворот струйной трубки её перемещением. Таким образом, кинематическая зависимость угла поворота и перемещения струйной трубки запишем в виде. z=lcltr -sinа. (2.8) Модель струйного гидроусилителя
Модель гидроусилителя описывается системой уравнений движения поршня и баланса расходов через гидродвигатель. В модели рассмотрены нелинейность обобщенной характеристики, нелинейность сухого трения, нелинейность модуля объемной упругости жидкости.
Уравнение баланса расхода через гидродвигатель.
Условием баланса является равенство расходов на выходе из струйного гидрораспределителя и расхода в гидродвигателе. Расход на выходе из гидрораспределителя определяется в соответствии с пунктом 2.1, где находилась зависимость расхода от перепада давления на гидродвигателе.
Коррекция струйных гидравлических рулевых машин с помощью межполостных перетечек
Устройство коррекции перетечками предназначены для уменьшения влияния на динамику привода скачков давления, увеличения устойчивости и стабилизации.
Рассмотренная схема изображенная на рисунке 3.12 проста в реализации, однако позволяет на примере рассмотреть все достоинства и недостатки предлагаемого устройства коррекции. Устройство коррекции представляет собой регулируемый дроссель установленный параллельно с рабочим гидроцилиндром, соединяя полости гидро цилиндр а. Коррекция работает следующим образом, при подаче управляющего сигнала на ЭМП струйная трубка отклоняется от нейтрального положения, Рабочая жидкость, попадая в одну из рабочих полостей, перемещает поршень рабочего гидроцилиндра, при этом часть рабочей жидкости перетекает из полости гидроцилиндра с высоким давлением в полость с низким давлением. Таким образом, при скачках давления происходит резкое увеличение перепада давления между полостями гидроцилиндра, увеличивается расход через дроссель коррекции, тем самым, устраняется пик давления. При небольших нагрузках постоянного характера перепад давления в полостях незначительный, что не сказывается на перемещении рабочего органа. Наибольшая эффективность коррекции проявляется при большой инерционной нагрузке, уменьшая скачок давления при начале движения или -торможении, а также влияние гидродинамического воздействия обратных струй. Позволяет сгладить вид переходного процесса и уменьшить амплитуду колебаний, вызванных гидродинамическим воздействием. Среди недостатков можно отметить понижение точности привода, мягкость характеристики, снижение КПД за счет постоянного не производительного расхода. влияние на привод инерционность нагрузки и гидродинамического воздействия обратных струй, но при этом характеристики привода становятся мягкими, увеличивается время выхода на режим, ухудшается чувствительность привода. Поэтому, применение данной коррекции возможно только в случаях, когда необходимо уменьшить влияние резких скачков давления в полостях гидродвигателя с большой инерционной нагрузкой, при малых требованиях к точности и быстродействию. В целом же данная коррекция обладает высокой надежностью за счет отсутствия подвижных элементов, проста в изготовлении, не требует внесения существенных изменений в конструкцию привода, при точном подборе параметров коррекции может обеспечить необходимое качество регулирования, уменьшив влияние гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку.
Струйная гидравлическая рулевая машина с устройством коррекции по расходу представлена на рисунке 3.17. Данная схема предназначена для уменьшения связи характеристик привода с величиной статической и динамической нагрузки. Кратко рассмотрим устройство и принцип действия данной схемы.
Рассмотренная схема проста в реализации, однако позволяет на примере рассмотреть все достоинства и недостатки предлагаемого устройства коррекции. Устройство коррекции представляет собой гидроцилиндр соединенный параллельно с рабочим гидроцилиндром, полости гидроцилиндра соединены с золотником, который в свою очередь через пружинный рычаг соединен со струйной трубкой. Коррекция работает следующим образом, при подаче управляющего сигнала на ЭМП струйная трубка отклоняется от нейтрального положения. Рабочая жидкость, попадая в одну из рабочих полостей, перемещает поршень рабочего гидроцилиндра. При этом перемещается шток гидроцилиндра коррекции, вытесняя тем самым рабочую жидкость в одну из полостей золотника коррекции. Смещаясь, золотник через пружинный рычаг стремится вернуть струйную трубку в исходное положение. Таким образом, реализуется коррекция по расходу, как видно данная схема будет стремиться поддерживать равный расход при различных значениях нагрузки.
Структурная схема рулевой машины с устройствами коррекции будет выглядеть следующим образом (Рис. 3.18).
Структурная схема отличается от обычной схемы введением дополнительной обратной связи, через устройство коррекции.
На основе рассмотренной кинематической и структурной схем СГРМ с устройством коррекции вносим изменения в математическую модель, подробно описанную в главе 2.
Моделирование гидромеханических подсистем с эталонной моделью и корректирующими контурами внутренних обратных связей
Применение параметрической коррекции позволяет улучшить только один из параметров привода, тогда как привод, часто применяется в неизвестных условиях эксплуатации, обладает стохастическим разбросом параметров, а также зависим от ряда случайных факторов, таких как сухое трение, гидродинамическое воздействие обратных струй на струйную трубку, не жесткость силовой проводки, переменный модуль сжимаемости жидкости. Тем самым создаются предпосылки для разработки корректирующих обратных связей с возможностью реализации коррекции комплексно по всем параметрам. Одним из вариантов решения поставленной задачи является применение корректирующей обратной связи относительно эталонной модели.
Схемы с эталонной моделью известны давно и получили широкое распространение в системах управления с известной структурой привода и неизменными требованиями к переходному процессу. Всем этим условиям удовлетворяет струйная гидравлическая рулевая машина. Применение коррекций с эталонной моделью позволяют небольшими затратами получить устройство коррекции с требуемыми выходными характеристиками. Известны различные способы использования эталонных моделей, рассмотрим некоторые из таких схем: - схема с эталонной моделью включенной параллельно основному контуру; - схема с эталонной моделью в прямой цепи; - схема управления с эталонной моделью с подстраиваемым коэффициентом обратной связи;
Схема с эталонной моделью включенной параллельно основному контуру изображена на рисунке 4.17. Рассматриваемая схема в отличие от других схем с эталонной моделью выделяется простотой реализации, возможностью применить подстраиваемую модель, кроме того, данная схема обладает большим быстродействием, малой чувствительностью к изменению параметров объекта, но малой помехозащищенностью. Для уменьшения влияния помех и Система с эталонной моделью, дополнительных увеличения устойчивости возможно контуру включенной параллельно основному применение Хах Xabw устройств коррекции охватывающих регулятор. Рис. 4.17 Принцип действия данной коррекции основан на сравнении существующего сигнала с сигналом, генерируемым эталонной моделью, в отличие от обычной модели, где обратная связь реализуется по отношению к максимальному перемещению. Таким образом, уменьшается время реакции привода на корректирующее воздействие, появляется возможность корректировать не только результирующее перемещение, но и вид самого процесса. В данной схеме величина коэффициента обратной связи характеризует величину минимальной статической ошибки и скорость реакции на изменения переходного процесса относительно идеального. Для анализа возможности применения данной схемы управления рассмотренная в главе 2 математическая модель СГРМ была дополнена, в модель было включено уравнение 4.1 реализующее дополнительную обратную связь относительно идеального переходного процесса генерируемого эталонной моделью. U = Uw-dU = U(t)-KJY(t)-y(t)), (4.1); Модель коррекции с эталонной моделью включенной параллельно основному контуру была смоделирована в Simulink. Структурная схема представлена на рисунке 4.18. Схема состоит из уже описанных в Главе 3 элементов, параметры эталонной модели заданы в середине диапазона изменения параметров действующей рулевой машины. В процессе Схема с эталонной моделью, включенной параллельно основному контуру моделирования параметры модели Heidi rood раіаІІ2- .iDfxl 3е ій Yiew Simulation Format loots Помощь ...DIQS Qi If С!. Z KNoimal zltbQi ft действующей рулевой машины меняются в диапазоне ±20% для полноты эксперимента. QrZ На рисунках 4.19, 4.20 О -B E представлены переходные процессы, r полученные при численном o моделировании. На рисунке 4.19 км crpM КОС X(2Y) tjrjpM представлен переходный процесс перемещения большой нагрузки. ;od-45 Применение коррекции с эталонной Рис. 4.18 Переходный процесс перемещения большой инерционной нагрузки моделью включенной параллельно основному контуру наиболее эффективно при большой нагрузке. Моделирование производилось при следующих параметрах: масса превышает значение в эталонной модели в 3 раза, нагрузка в 5 раз, при этом привод имеет статическую ошибку в пределах 5%. В то время как привод без применения коррекции имеет значение 5.5 t,c статической ошибки 24%. 1 - без коррекции; 2 - эталонная модель; 3 -испытуемая модель. Рис. 4.19 На рисунке 4.20 представлен переходный процесс перемещения малой нагрузки. При уменьшении нагрузки привод без коррекции 148 увеличивает величину перемещения относительно эталонного процесса, статическая ошибка составляет 2.6%, а привод с коррекцией имеет статическую ошибку порядка 0,6%. Таким образом, применение коррекции с эталонной моделью включенной параллельно основному контуру позволяет применять привод в неизвестных Переходный процесс перемещения малой инерционной нагрузки — : ЛУ / 1 10 Э.5 9 8.5 8 7.5 условиях, из недостатков можно отметить зависимость устойчивости привода от точности. Для увеличения точности и уменьшения статической ошибки необходимо увеличить коэффициент обратной связи, так как он характеризует изменение напряжения на ЭМП в зависимости от величины 2.2 2.4 2.6 ?JU 1 - без коррекции; 2 - эталонная модель; 3 -испытуемая модель. Рис. 4.20 рассогласования, однако увеличение коэффициента приводит к увеличению скорости компенсации рассогласования и как следствие может привести к перерегулированию.
