книги из ГПНТБ / Петров В.В. Приборные сервомеханизмы летательных аппаратов. Динамика сервомеханизмов при наличии сухого трения и запаздывания

В. В. ПЕТРОВ, Б. А. МАРЧУКОВ

ПРИБОРНЫЕ

СЕРВОМЕХАНИЗМЫ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ

АППАРАТОВ

(Динамика сервомеханизмов

при наличии сухого трения

и запаздывания)

Москва

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1 9 7 3

П29 УДК 1029.7.05.001.2(082)

Петров В. В., Марчуков Б. А. Приборные сервомеханизмы лета­ тельных аппаратов. М., «Машиностроение», 1973, с. 224.

В книге рассмотрена динамика приборных сервомеханизмов ле­ тательных аппаратов при действии силы сухого трения в чувстви­ тельном элементе устройства сравнения и учете запаздывания в переключении реле. Рассмотрены вопросы расчета и построения систем, работающих в режиме колебаний, которые способствуют уменьшению вредного действия сил трения.

Проанализированы условия компенсации сил сухого трения, возникающих при перемещении чувствительных элементов прибор­ ных сервомеханизмов с силовой компенсацией рассогласований (при неизменном модуле сил сухого трения и при его изменении из-за наличия случайных возмущений). Описаны способы построения уни­ фицированного прибора, совмещающего в себе функции нескольких пилотажно-навигационных приборов летательных аппаратов.

Табл. 1, ил. 75, список лит. 32 назв.

3136—218

218—73

П 038(01)— 73

@ ) Издательство „Машиностроение", 1973г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Трение в приборах и устройствах автоматики, как правило, приводит к увеличению погрешности и может способствовать возбуждению замкнутых систем и появ­ лению нежелательных автоколебаний. Вместе с тем тре­ ние в отдельных случаях способствует успокоению си­ стемы. Стремление уменьшить трение часто приводит к усложнению приборов и устройств автоматики. Трение влияет на взаимозаменяемость элементов и надежность работы систем управления. Решение проблемы сухого трения в автоматике требует решения еще многих задач.

Сухое трение может проявляться в различных звень­ ях систем и оказывать различное влияние на их динами­ ку и работу системы управления в целом. Всестороннее исследование этой проблемы' является чрезвычайно слож­ ной задачей, особенно при наличии нелинейностей в ха­ рактеристиках звеньев.

В книге рассматриваются вопросы влияния сухого трения в чувствительном элементе или элементе сравне­ ния на динамику некоторых относительно простых при­ борных сервомеханизмов и систем автоматического регу­ лирования. Задача, в основном, ограничивается исследо­ ванием таких систем, в которых трение проявляется в так называемом безынерционном элементе и может быть представлено согласно [3, 4] в кулоновской аппроксима­ ции, когда трение движения является величиной посто­

5

янной, равной максимальному значению трения покоя и зависит лишь от направления движения выходного тру­ щегося элемента. Подобная математическая модель, а именно безынерционный элемент с трением в кулонов­ ской аппроксимации, используется многими авторами Принимая малыми силы инерции и силы жидкостного трения по сравнению с позиционными силами, все же предполагаем, что они находятся в таком соотношении, которое позволяет, рассматривать такой элемент, как безынерционный.

В связи с тем, что для приборных сервомеханизмов часто характерна нагрузка в виде сухого трения в выход­ ных элементах, этому вопросу также уделено внимание в книге.

Как чувствительные элементы, так и приборные сер­ вомеханизмы автоматических информационных устройств подвержены влиянию помех и шумов. Поэтому анализу влияния помех, ограниченных по модулю, на нелинейные системы посвящена отдельная глава. Важно выяснить не только влияние помех и шумов на качество воспроизведе­ ния входных сигналов, но и показать как нужно бороться с ними.

Как известно, исходя из условий работы приборных сервомеханизмов в замкнутом контуре управления, ча­ стотные характеристики элементов и устройств автомати­ ки позволяют оценить динамические качества последних, а пропускные способности (имеется в виду ширина поло­ сы пропускаемых частот) — согласовать характеристики элементов и устройств между собой на основе допусти­ мых динамических погрешностей. Исходя из требуемой динамической точности автоматического информационно­ го устройства в целом, представляется возможным оце­ нить необходимые динамические точности его основных элементов. Этот вопрос в книге освещен лишь в общих чертах и при своем решении для конкретных схем, осо­ бенно при наличии помех и шумов и нелинейных харак­ теристик элементов, требует глубокого анализа и всесто­

6

В В Е Д Е Н И Е

Под сервомеханизмами понимаются следящие системы, которые являются составной частью замкнутого контура системы автоматического управления и предна­ значаются для усиления и воспроизведения на выходе маломощных входных сигналов, вырабатываемых чувст­ вительными элементами и другими устройствами авто­ матики.

Сервомеханизмы в сложных замкнутых системах, воспроизводящих сигналы чувствительных элементов и работающих в замкнутых контурах управления, будем называть приборными сервомеханизмами.

Приборные сервомеханизмы могут представлять со­ бой как сравнительно простые однокаскадные и однокон­ турные воспроизводящие системы, так и более сложные многоконтурные системы с многокаскадным усилением входных сигналов и преобразованием их в соответствии с заданным алгоритмом.

Рассматриваемые в книге структуры приборных сер^ вомеханизмов отличны от структуры, рассмотренной А. А. Андроновым и другими авторами [3] в трехмерном фазовом пространстве. Одно из отличий заключается в том, что в большинстве структур устройство сравнения содержит несколько чувствительных элементов. Обра­ ботка сигналов рассогласования осуществляется в пло­ скости или в пространстве. Этот класс приборных серво­ механизмов получил название «приборные сервомеха­ низмы с силовой компенсацией рассогласований».

Чувствительные элементы рассматриваются безынер­ ционными, сухое трение учитывается в кулоновской ап­ проксимации (за исключением разд. 3. 5, где характери-

8

стика сил сухого трения рассматривается приближаю­ щейся к реальной). Инерционные силы, запаздывание в манометрических линиях и в упругих чувствительных элементах относятся к запаздыванию в переключении реле, если чувствительный элемент и реле разделены безынерционным элементом [27].

Кроме того, учет наряду с силами сухого трения в чувствительном элементе демпфирующих сил электро­ привода приводит к качественно новой картине поведе­ ния систем на фазовой поверхности. При наличии внут­ ренних обратных связей, охватывающих релейный эле­ мент, появляются особые области переключений — обла­ сти застоя, или области «сухого трения». В этом случае устойчивость систем изменяется в зависимости от коэф­ фициента обратной связи. Поведение таких систем ос­ ложняется наличием запаздывания при переключении реле. Их анализ в зависимости от параметров системы проводится с помощью нескольких критических соотно­ шений параметров и предельного значения запаздыва­ ния, при котором могут иметь место переключения реле.

Важным с точки зрения повышения точности при­ борных сервомеханизмов с силовой компенсацией явля­ ется рассмотрение условий компенсации сил сухого трения как при вращении, так и при перемещении чув­ ствительных элементов. Это имеет существенное значе­ ние при построении унифицированного прибора, способ­ ного совмещать в себе многие функции пилотажно-на­ вигационных приборов летательных аппаратов.

В книге уделено значительное место вопросам по­ строения колебательных систем. Системы с малой ампли­ тудой колебаний, укладывающейся в допуск по точно­ сти, применяются для сглаживания сил трения в случа­ ях, когда силы трения значительны или когда применяются внутренние обратные связи.

Исследование динамики систем не ограничивается рассмотрением только свободных колебаний. Исследо­ вание устойчивости колебаний при учете случайных воз­ мущений, выбор параметров системы в зависимости от уровня этих возмущений, соответствующих устойчивым движениям, удобно проводить, рассматривая движения систем на фазовой поверхности. Этот метод является наглядным и не требует сложных вычислений. Если слу­ чайная функция может быть задана предельными откло­ нениями по скорости и перемещению, то для исследова­

9