книги / Системы управления летательными аппаратами и их силовыми установками
..pdfИспользование ИР позволяет существенно повысить точность изме рения угла, так как измерение происходит в пределах одной пары полюсов. При больших углах отклонения возникает проблема неоднозначности вы дачи преобразователем информации, которая разрешается использованием счетчиков точного и грубого отсчета.
Работает преобразователь следующим образом. На статоре датчика угла ИР имеются три обмотки: обмотка питания, которая намотана на каж дый зубец статора; синусная и косинусная обмотки, намотанные на разных зубцах статора. При вращении ротора относительно статора изменяется воздушный зазор и на выходе датчика угла возникают два напряжения, од но из которых пропорционально синусу, а другое - косинусу угла поворота ротора относительно статора. Пределы измерения угла определяются раз мерами рубцов ротора и статора, т.е. числом пар полюсов. Выходная ин формация ИР периодически повторяется. Так как с целью повышения точ ности измерения угла число пар полюсов ИР значительно (например, 45), то пределы измерения угла при повороте на одно зубчатое деление обычно невелики (для рассматриваемого примера они равны 4°).
Итак, при измерении угла поворота ротора относительно статора ИР снимаются два сигнала вида
Us = ^l^maxsin Ф sin соГ, |
(3.2) |
UС = ^2^max COS ф sin со /. |
(3.3) |
Здесь Us, Uc - соответственно сигналы на выходе синусной и косинусной обмоток;
ср - угол поворота ротора ИР; со - частота питающего напряжения;
К\, К2 - коэффициенты передачи;
Umax - максимальное значение напряжения питания.
Данные сигналы поступают на преобразователь амплитуда - фаза ФПУ (ПАФ), где происходит преобразование амплитуды входного сигнала в фазу выходного.
Эпюры сигналов на входе и выходе элементов ФПУ представлены на рис. 3.6, а.
Так как ПАФ является основным элементом ФПУ, то рассмотрим его работу подробнее. ПАФ, как правило, представляет собой фазосдвигаю щие цепочки. Схема ПАФ совместно с датчиком угла приведена на рис. 3.6, б. Сигналы, снимаемые с синусной и косинусной обмоток ИР, по ступают на фазосдвигающие цепочки, включающие в себя резисторы R1, К2,конденсаторы C l, С2, причем R l = R2, Cl = С2.
1 2
а
Un
Рис. 3.6
Запишем зависимости для падений напряжений на нагрузочных со противлениях
U\ =K\Umax sin ф sin со/ + К2 ®Umax cos cp cos со/. |
(3.4) |
|
Если обеспечить выполнение равенства К\ = |
то формулу (3.4) |
можно переписать в виде
Ui = K\Umax(sin со/ sin cp+ cos со/ cos cp) = /ч(/т ахС05(Ф " <*>/)=
(3.5)
= *ltW !in(cD/ + !- (p ).
Аналогично получим зависимость для U^.
U j = A ^m ax cos Фsin ш + ^ 2ш^шах cos Фsin со/ =
= A ^m ax (cos Фsin w/+ sin (p cos Ш) = K2 Um3Xsin(oit + cp).
Графики C/| и [/2 представлены на рис. 3.6, а. Определим сдвиг фаз между напряжениями U\,
Да = он + аг,
где 04 =co/ + ^-cp, а2 =со/ + ср; |
|
Да = ^-2ср. |
(3.7) |
2 |
|
Таким образом, сдвиг фаз между напряжениями U\ и Щ зависит от угла ср.
Если теперь при равенстве напряжений U\ и U2 нулю будут выдавать ся импульсы (старт-импульс 7, стоп-импульс 2, см. рис. 3.6, а), то времен ной интервал между ними будет зависеть от угла ср. Данная операция вы полняется в преобразователе фаза - временной интервал (ПФВ).
Далее старт-импульс открывает (см. рис. 3.5) вентиль (В), через кото рый от генератора импульса (ГИ) поступают импульсы высокой частоты на счетчик точного отсчета (СТО).
При заполнении счетчика точного отсчета поступает импульс на счет чик грубого отсчета (СГО), при этом показания СТО списываются. Стопимпульс закрывает вентиль и прекращает подачу импульсов на СТО.
Если в показаниях счетчиков учесть постоянный сдвиг, соответст-
71 вующий —, то можно сделать так, чтобы число, поступающее в БЦВМ,
было равно углу поворота ротора датчика угла относительно статора, а значит, углу поворота ЛА.
3.4.Основные характеристики вычислительного устройства
автомата угловой стабилизации
Вычислительное устройство автомата угловой стабилизации ЛА вы полняет следующие основные функции:
- осуществляет преобразование координат;
-обеспечивает преобразование входной информации, исходя из обес печения устойчивости СУС и качества регулирования;
-подавляет помехи.
Первая операция выполняется в преобразователе координат, после дующие операции - в корректирующем контуре (КК). В дискретном вы числительном устройстве данное деление является условным, так как все операции выполняются путем решения алгоритмов в БЦВМ.
В аналоговом вычислительном устройстве преобразователь координат
икорректирующий контур выполнены конструктивно самостоятельно. Рассмотрим причины преобразования координат в автомате стабили
зации (АС) и основные характеристики корректирующего контура. Преобразование координат. Преобразование координат выполняется
с целью развязки каналов СУС, т.е. с целью ликвидации вредных перекре стных связей между каналами стабилизации, возникающих вследствие то
го, что программное значение угла вращения ЛА |
в |
процессе полета |
не |
||
|
равно нулю. |
|
|
|
|
t У |
На |
рис. 3.7 изображены |
|||
I |
плоскости • стабилизации |
1-Ш, |
|||
|
П-1У и плоскости рулевых ор |
||||
|
ганов 7-5, 2-4, развернутые от |
||||
|
носительно |
плоскостей |
стаби |
||
|
лизации на угол ср. |
|
|
||
|
Допустим, что по оси у |
||||
|
действует |
возмущающий |
мо |
||
|
мент, обусловливающий |
разво |
|||
|
рот Л А по углу рысканья. Зада |
||||
|
ча состоит в том, чтобы обеспе |
||||
|
чить формирование рулевыми |
||||
|
органами 7-5, 2-4 управляю |
||||
щих моментов, компенсирующих действие возмущения. |
|
|
|||
Как видно из рис. 3.7, управляющие моменты создаются как относи |
|||||
тельно оси у, так и относительно оси 2 (Му, М2). По оси^у |
|
|
|||
Му - |
i cos ty + M 2t4 sin ф. |
|
|
(3.8) |
|
По оси z |
|
|
|
|
|
M z = M JJ s\Tup + M2'4 С08ф. |
|
|
|
(3.9) |
Анализ зависимостей (3.8), (3,9) показывает, что создаваемый руле выми органами управляющий момент Му является полезным, так как он компенсирует действие возмущения. В то же время момент, действующий
на оси z, является вредным, так как вызывает отклонение ЛА по углу тан гажа. Необходимо обеспечить равенство нулю момента Мг.
Для ликвидации вредных перекрестных связей вводится преобразова ние координат в виде
М и = t/yCOscp+ L^ sincp, |
(ЗЛО) |
M 2J =Uy sinср-С/э cosф. |
(ЗЛ1) |
Здесь Щ и U§ - информация об отклонениях ЛА по углам рысканья, тангажа:
U y=K wДф, |
(ЗЛ2) |
U&=KsAS. (3.13)
Для рассматриваемого случая (см. рис. 3.7) £/$=0, так как возму щающий момент вызывает только отклонение по углу рысканья.
Подставим (ЗЛО), (3.11) в (3.8), (3.9) и, учтя выражения (3.12), (3.13), получим
2 |
2 |
(3.14) |
М у =Ку{\|/cos |
ф + ysin ф,) = Яуф, |
|
M z = £у(\|/ sin ф cos ф - фcos ф sin ф) = 0. |
(3.15) |
Итак, за счет вводимого преобразования координат по оси у действует управляющий момент, пропорциональный углу рысканья и компенсирую щий действие внешнего возмущения; по оси z управляющий момент отсут ствует, т.е. ликвидируется вредная перекрестная связь между каналами.
В заключение можно отметить, что в цифровой системе стабилизации преобразование координат осуществляется в БЦВМ, а в аналоговой систе ме стабилизации - в синусно-косинусном вращающемся трансформаторе.
Основные характеристики корректирующего контура. Корректи рующий контур является важнейшим элементом АС и решает задачу пре образования сигнала, исходя из обеспечения устойчивости и качества ре гулирования, т.е. реализует закон управления, а также обеспечивает фильтрацию помех. Прежде всего, рассмотрим частотные характеристики КК.
В подразделе 2.4 получена передаточная функция дискретного вычис лительного устройства [см. формулу (2.22)] Однако реальный корректи рующий контур не может иметь передаточную функцию, степень знамена теля которой меньше степени числителя. Поэтому передаточная функция реального корректирующего контура, записанная в области w-оператора, может быть представлена в виде
D(W) = Kk^ ^ - . |
(3.16) |
TK2w+\ |
|
°<р)= к * ¥ |
^ - |
{з-24) |
тк2 |
Г + 1 |
|
Реализация КК осуществляется с помощью Я-, С-цепочек (рис. 3.9). Для подавления помех применяются /?-, L-, С-фильтры. В этом случае
принципиальная электрическая схема КК может иметь вид, показанный на рис. 3.10. Резонансные колебательные контуры L\, С4 и L2, С2 позволяют эффективно подавлять сигналы помех, частоты которых сравнительно не велики (5-30 Гц).
Фильтры СЗ, 13 подавляют сигналы более высокочастотных помех.
Алгоритмы автомата угловой стабилизации. В заключение рас смотрим алгоритмы АУС.
В канале рысканья используется корректирующий контур с переда точной функцией вида (3.19) или (3.21). Если учесть, что
|
Й.25) |
то алгоритм канала рысканья можно записать в виде |
|
u\(t) = Kxu\(t) - К2и\(/- Г0) - K3U2(t - То) |
(3.26) |
или |
|
u\(t) = е д (t)- К2и\{t-То). |
(3.27) |
В канале тангажа параллельно форсирующему звену подключен дискретный интегратор с передаточной функцией вида (2.41). Поэтому пе редаточная функция дискретного вычислительного устройства в канале тангажа с учетом выражений (3.19) и (2.41) имеет следующий вид:
Db(z) = D(z) + D*(z)> |
(3.28) |
Обозначив |
|
|
DK(z) = |
U M |
(3.29) |
иф ) |
|
|
и приняв во внимание формулы (3.19) и (2.41), |
с помощью обратного |
г-преобразования получим алгоритм канала тангажа:
UA(t) = KxUx(t)-K 2U] (t -T 0) - K 3U2(t -T Q) +
(3.30)
+ U3(t -T 0) + K4 U\ (t)+U\ (t -T 0)
Здесь
3.5. Принцип действия преобразователей код-аналог
Рассмотрим основные типы преобразователей код-аналог, используе мые в системах стабилизации.
Преобразователь код-широтно-импульсный модулированный сиг-
нал-непрерыеный сигнал. Функциональная схема данного преобразовате ля представлена на рис. 3.11, где Р - регистр; СС - схема сравнения; СОВ - счетчик относительности времени; В - вентиль; Ф - фильтр; У - усили тель; ЭР - электронное реле.
Рис. 3.11
Работает преобразователь следующим образом. Число записывается в регистре, с которого оно поступает на схему сравнения, представляющую собой реверсивный счетчик.
На эту же схему поступают импульсы со счетчика относительного времени, задающего период выдачи информации. Эти импульсы списыва ют число, записанное в схеме сравнения.
Если число, поступившее на регистр, больше нуля, то первый импульс с СОВ обусловливает появление сигнала на выходе СС, который открыва ет вентиль. При этом в зависимости от знака входного числа вентиль ком мутирует цепь положительного или отрицательного потенциала и на выхо де схемы возникает импульс сигнала ШИМ.
При полном списывании числа в СС сигнал, поступающий с нее, за крывает вентиль, и импульс сигнала ШИМ заканчивается. По окончании периода выдачи информации СОВ обнуляется, и весь процесс повторяется снова.
Далее сигнал ШИМ поступает на преобразователь ШИМ - непрерыв ный сигнал, представляющий собой фильтр, выдающий медленно меняю щуюся составляющую сигнала ШИМ. Затем этот сигнал усиливается в усилителе и поступает на вход рулевой машины.
В ряде случаев рассматриваемый преобразователь включает в себя дополнительный блок, представляющий собой электронное реле (на рис. 3.11 показан пунктирно), осуществляющий преобразование непре рывного сигнала в релейный. Релейный сигнал используется для управле ния работой электрических рулевых машин.
Преобразователь код-унитарный код. Данный преобразователь предназначен для преобразования двоичного кода в унитарный и служит для управления работой шаго вых двигателей. Он включает в себя следующие основные эле менты (рис. 3.12): реверсивный счетчик (PC); вентиль (В); гене
ратор импульсов (ГИ). Преобразователь работает
следующим образом. Если чис Рис. 3.12 ло, записанное в реверсивном счетчике, отлично от нуля, то на
выходе его появляется сигнал, открывающий вентиль. В этом случае им пульсы с генератора импульсов поступают на выход и в канал обратной связи для списывания входной информации. При обнулении реверсивного счетчика вентиль закрывается, и импульсы на выход не поступают. Таким образом, число импульсов, поступающее на шаговый двигатель, соответ ствует числу, записанному в реверсивном счетчике.
Глава 4
РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ
4.1. Функциональная схема рулевого привода
Типовая функциональная схема рулевого привода (РП) представлена на рис. 4.1. В РП входит усилитель (У), рулевая машина (РМ ) и элементы жесткой отрицательной обратной связи (ОС). Рулевая машина преобразует электрический сигнал, поступающий с усилителя, в механическое переме щение выходного вала.
Рис. 4.1
Обратная связь обеспечивает пропорциональность перемещения вы ходного вала РМ по отношению к входному сигналу, уменьшает инерци онность РП, возвращает РМ в исходное положение при отсутствии входно го сигнала, уменьшает влияние нагрузки.
Усилитель служит для усиления входных сигналов и для суммирова ния этих сигналов с сигналом обратной связи.
Основным элементом рулевого привода является рулевая машина. Рассмотрим принцип действия рулевых машин, используемых в системах стабилизации.
4.2. Принцип действия рулевых машин
Рулевые машины можно подразделить на машины непрерывного и дискретного действия.
Рулевые машины непрерывного действия делятся на электрогидравлические и электрические.
Электрогидравлические рулевые машины бывают с внешним источни ком рабочего тела и с автономным источником рабочего тела. Рассмотрим их принцип действия.
Упрощенная схема рулевой машины с внешним источником ра бочего тела представлена на рис. 4.2. Она представляет собой двухкаскад