Mathematisches Modell des Kontrollsystems. Grundlagenforschung

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Technische Aufgabe

Auslegung eines Stellmotors für ein Gaslenkantriebssystem

1. Allgemeine Information

3. Mathematische Modelle von Gas- und pneumatischen Lenkantrieben

4. Schematische Darstellung der Lenkspur

5. Auslegung eines Gasstromregelsystems

6. Simulation

Literatur

Technische Aufgabe

Entwerfen Sie ein proportionales Gasleistungsregelsystem. Das Eingangssignal ist harmonisch mit einer Frequenz im Bereich. Im Frequenzbereich des Eingangssignals in allen Betriebsarten muss das System die Verarbeitung eines Nutzsignals mit einer Amplitude von mindestens d 0 bei Phasenverschiebungen gewährleisten, die die Phasenverschiebungen der Aperiodischen selbst bei der Zeitkonstanten T von . nicht überschreiten die GSSU.

Grundlegende Ausgangsdaten:

a) Transmissionskoeffizient des Systems;

b) der maximale Abweichungswinkel der Lenkorgane dt;

c) geschätzte Betriebszeit;

d) Größen, die die dynamischen Eigenschaften des Systems charakterisieren; in der einfachsten Version umfasst dies die Werte der Grenzfrequenz des Eingangssignals u 0, die Amplitude d 0 des vom Antrieb verarbeiteten Signals mit der Frequenz u 0 (der Wert wird normalerweise im Bereich 0,8 eingestellt.. .1.0), den Wert der Zeitkonstante der äquivalenten aperiodischen Verbindung T GSU;

e) Belastungen der Lenkkörper - Trägheitslast, eingestellt durch das Trägheitsmoment der Last J N;

Reibungskoeffizient f;

Der Koeffizient des Scharniermoments t sh.

Wenn der Koeffizient t sh. Zeitänderungen, dann kann ein Zeitplan für die Zeitänderung eingestellt werden. Im einfachsten Fall werden die Extremwerte dieses Koeffizienten eingestellt. Normalerweise entspricht der Maximalwert der negativen Last dem Anfangsmoment; am Ende ist die proportionale Belastung oft positiv und weist zudem eine extreme Steifigkeit auf.

Tabelle der anfänglichen Simulationsparameter

Option Nr.
TK-Parameter
Lastmoment, Nm
Maximaler Winkel, froh
Amplitude der Abweichung RO, rad
Maximale Frequenz des Eingangssignals, Hz / Amplitude, in
Reibungskoeffizient N * s / m
Masse der beweglichen Teile RO kg
Gasdruck in ICG bar
Gastemperatur in ISG Grad С

Auslegung eines Stellmotors für ein Gaslenkantriebssystem

pneumatischer Gaslenkmotor

1. Allgemeine Information

Pneumatische und Gasaktuatoren werden häufig in Steuersystemen für kleine Flugzeuge verwendet. Eine Alternative zu herkömmlichen Systemen mit Primärenergiequellen von Aktuatoren - Systemen mit Gasflaschenquellen von komprimierten Gasen und Systemen mit Vorvergasung verschiedener Stoffe - war die Schaffung von Geräten einer grundlegend neuen Familie - Systeme luftdynamischer Lenkantriebe.

Aktoren dieser Klasse sind komplexe Nachführsysteme der automatischen Steuerung, die als Teil des Produkts während der Lagerung, des Transports und des Betriebs erheblich durch klimatische, mechanische und andere äußere Einflüsse beeinflusst werden. Die oben genannten Merkmale der Einsatzbedingungen und Betriebsarten, die bei der Entwicklung neuer Systeme berücksichtigt werden müssen, ermöglichen eine Einstufung als mechatronische Systeme.

Bei der Auswahl des Typs und der Bestimmung der Parameter des BULA-Lenksystems gehen sie normalerweise von zwei Steuerungsmethoden aus: aerodynamisch und gasdynamisch. Bei Regelsystemen, die das erste Verfahren implementieren, wird die Regelkraft durch die aktive Beeinflussung der aerodynamischen Steuerflächen des Geschwindigkeitsdrucks der einströmenden Luftströmung erzeugt. Lenkantriebe dienen dazu, elektrische Steuersignale in mechanische Bewegungen von aerodynamischen Rudern umzuwandeln, die starr mit den beweglichen Teilen der Stellmotoren verbunden sind.

Der Exekutivmotor überwindet die auf die Ruder wirkenden Knicklasten und liefert die erforderliche Geschwindigkeit und die erforderliche Beschleunigung bei der Verarbeitung der gegebenen Eingangssignale mit der erforderlichen dynamischen Genauigkeit.

Steuersysteme, die die zweite Methode implementieren, umfassen:

Autonome automatische Gasstrahl-Steuerungssysteme;

Schubvektorregelsysteme (SUVT).

Derzeit werden für das erste Regelverfahren häufig Geräte verwendet, bei denen Gas als Energiequelle verwendet wird. hoher Druck... Zu dieser Geräteklasse gehören beispielsweise:

Lenksysteme mit Gasflaschenquellen für Druckluft oder Luft-Gas-Gemisch;

Anlagen mit Pulverdruckspeichern oder mit anderen Quellen von Arbeitsflüssigkeit, die ein Produkt der Vorvergasung von festen und flüssigen Stoffen ist.

Solche Systeme haben hohe dynamische Eigenschaften. Der genannte Vorteil weckt bei Entwicklern großes Interesse an solchen Lenkantriebssystemen und macht sie zu wichtigen Objekten der theoretischen und experimentellen Forschung.

Die Entwicklung von Hightech-Lenkantrieben der BULA-Steuerungen ist traditionell mit der Suche nach neuen Schaltungs- und Designlösungen verbunden. Eine besondere, radikale Lösung für das Problem der Herstellung von Hightech-Lenkgetrieben war die Verwendung von Luftströmungen um die Rakete zur Steuerung der Energie. Daraus entstand eine neue Sonderklasse von Aktuatoren – luftdynamische Lenkgetriebe (VDRP), die die Energie des ankommenden Gasstroms als primäre Energiequelle nutzen, d.h. kinetische Energie BULA.

Diese Anleitung widmet sich dem Aufbau, der Anwendung und den Forschungsmethoden und dem Design von ausführenden mechatronischen Modulen von Steuerungen kleiner DULA. Sie gibt Informationen wieder, die vor allem für Studierende der Fachrichtungen "Mechatronik" und "Automatische Steuerung von Luftfahrzeugen" von Nutzen sein können.

2. Vorrichtung von Exekutivmotoren

Lenksysteme umfassen die folgenden Funktionselemente.

1. Einrichtungen, die die Erzeugung einer Kraftwirkung auf die Bedienelemente gewährleisten:

Stromquellen - Primärenergiequellen (Druckgasquellen und -quellen) elektrische Energie- Batterien und Turbinengeneratorquellen für elektrische Energie);

Exekutivmotoren, die kinematisch mit den Steuerungen verbunden sind, und Elemente von Energieleitungen - zum Beispiel Luft- und Gasfilter, Rückschlag- und Sicherheitsventile, Gasdruckregler für Systeme mit Gasflaschenquellen für komprimiertes Gas, Regler der Verbrennungsgeschwindigkeit von Pulverdruckspeichern , Luftansaug- und Ausblasvorrichtungen VDRP usw.

2. Funktionselemente, die die Übereinstimmung zwischen dem im Steuerungssystem erzeugten Steuersignal und der erforderlichen Kraftwirkung herstellen - Wandler und Verstärker elektrischer Signale, elektromechanische Wandler, verschiedener Art Sensoren.

Zur Konkretisierung der Forschungsbereiche der Aufgabenstellungen bei der Entwicklung von Lenkantrieben werden Leistungs- und Regelsysteme in ihrer Zusammensetzung unterschieden (Abb. 1.2).

Reis. 1.2. Flugzeuglenkgetriebediagramm

Das Antriebssystem integriert die Funktionselemente des Lenkantriebs, die direkt an der Umwandlung der Energie der Antriebsquelle in mechanische Arbeit mit der Bewegung von positionsbelasteten Bedienelementen verbunden. Das Regelsystem besteht aus den Funktionselementen des Lenkantriebs, die eine Änderung der Regelgröße (Koordinaten der Stellung der Bedienelemente) nach dem im Flug des Flugzeugs vorgegebenen bzw. entwickelten Regelgesetz bewirken. Trotz der etwas willkürlichen Trennung von Kraft- und Steuersystem, die mit der Notwendigkeit verbunden ist, eine Reihe funktionaler Elemente des Lenkantriebs sowohl in das Kraft- als auch in das Steuersystem aufzunehmen, liegt der praktische Nutzen einer solchen Trennung in der Möglichkeit einer vielfältigen Darstellung des Lenkantriebs bei der Lösung verschiedener Probleme im Entwicklungsprozess ...

Bei der Gaslenkung lassen sich folgende Teilsysteme unterscheiden:

Primärenergiequelle;

Exekutivmotor;

Gasverteilungsvorrichtung mit einem elektromechanischen Wandler zur Steuerung;

Elektrisches Steuersystem - Verstärker, Korrekturgeräte, Generatoren für erzwungene Schwingungen usw .;

Primärwandler - Sensoren für Linear- und Winkelverschiebungen von beweglichen Teilen mechanischer Subsysteme.

Für die Klassifizierung von Gaslenksystemen können im Allgemeinen die folgenden Klassifizierungsmerkmale verwendet werden:

Die Art des Stromversorgungssystems, d.h. Art des Primärenergieträgers;

Das Prinzip der Steuerung aerodynamischer Ruder;

Regelkreistyp für Proportional-Lenkgeräte;

Exekutiver Motortyp;

Art der Schaltanlage und des elektromechanischen Wandlers der Steuerung.

1. Systeme mit einer Druckgasquelle. Die Hochdruckgasquelle ist ein Luftventilblock, der neben einer Flasche mit Druckluft oder einem Luft-Helium-Gemisch Sicherheits-, Absperr- und Verteilungs- und Steuergasventile sowie Ventile zum Befüllen und Überwachen des Gases enthält Druck im Zylinder. In der Fachliteratur werden solche Systeme häufig als „pneumatische“ Systeme bezeichnet.

2. Systeme mit Pulverdruckspeicher. In diesem Fall ist die Hochdruckgasquelle eine Festtreibstoff-Pulverladung mit einer speziellen Konstruktion, die eine konstante Produktivität des Arbeitsfluids gewährleistet - die Verbrennungsprodukte der Ladung mit einer hohen Temperatur. Neben der Gasquelle selbst und der Vorrichtung zum Einschalten der Gasquelle können solche Systeme auch Steuerungen der Brennstoffverbrennungsrate und Sicherheitsvorrichtungen umfassen. In der Fachliteratur wird bei der Beschreibung solcher Systeme häufig der Begriff "Heißgas" oder einfach "Gas" verwendet.

3. Elektromagnetische Lenkantriebe. Die Basis solcher Vorrichtungen ist normalerweise ein elektromechanischer Wandler vom neutralen Typ, der eine gegebene Bewegung von aerodynamischen Lenkelementen direkt umsetzt.

Der Exekutivmotor ist ein Gerät, das die Energie des komprimierten Gases in die Bewegung der Lenkorgane umwandelt und die Kraft überwindet, die durch die Luftströmung um die BULA erzeugt wird.

Konstruktionsbedingt können die folgenden Gruppen von ausführenden Motoren unterschieden werden.

1. Hubkolben - einfachwirkend und doppeltwirkend. Geräte, die am häufigsten sowohl in Sonderanlagen als auch in Automatisierungssystemen technologischer Prozesse verwendet werden.

Reis. 1. Der ausführende Motor des geschlossenen hydraulischen Fracking-Systems - Kolben, mit einem Arbeitszylinder.

Abb. 2. Geschlossener SGRP-Executive-Motor - mit zwei Arbeitszylindern.

Der Betrieb des Exekutivmotors wird durch eine Gasverteilungseinrichtung (GRU) gesteuert.

Der Zweck der GRU besteht darin, die Arbeitsräume des Antriebsaktuators abwechselnd mit einer Druckgasquelle oder mit der Umgebung (Atmosphäre des Bordantriebsraums) zu kommunizieren. Aufgrund der Art des zu lösenden Switching-Problems werden GRUs im Allgemeinen in Geräte unterteilt:

Mit Steuerung "am Eingang" - der Bereich der Einlassöffnungen in den Arbeitsräumen wird geändert;

Mit Steuerung "am Auslass" - der Bereich der Auslassöffnungen aus den Arbeitsräumen wird geändert;

Mit Ein- und Auslaufsteuerung - sowohl Ein- als auch Auslaufbereich ändern sich.

3. Mathematische Modelle von Gas- und pneumatischen Lenkantrieben

Bei der mathematischen Modellierung des Lenkgasantriebssystems (SRGP) als Element des Steuersystems des BULA, das im Luftstrom um ihn herum funktioniert, ist das Forschungsgebiet eine Reihe von geometrischen, elektromechanischen Parametern und Parametern von das Arbeitsmedium - Luft oder ein anderes Druckgas, sowie die Zustandsfunktion von elektromechanischen, aerogasdynamischen Prozessen und Managementprozessen, die in den unterschiedlichsten Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen auftreten. Mit den Umwandlungen einiger Energiearten in andere, dem Vorhandensein verteilter Felder und der strukturell komplexen Darstellung realer Mechanismen im betrachteten physikalischen Forschungsgebiet ist die Erstellung mathematischer Modelle, die das erforderliche Maß an Zuverlässigkeit ingenieurwissenschaftlicher Berechnungen bieten, durch die Einführung theoretisch und experimentell begründeter Idealisierungen erreicht. Der Grad der Idealisierung wird durch die Ziele der erstellten Software bestimmt.

Mathematisches Modell des Lenkantriebs:

p 1, p 2 - Gasdruck im Hohlraum 1 oder 2 des Lenkantriebs,

S P - Bereich des Lenkantriebskolbens,

T 1, T 2 - die Temperatur des Gases im Hohlraum 1 oder 2 des Lenkantriebs,

T cn - die Temperatur der Wände des Lenkantriebs,

V ist die Geschwindigkeit des Lenkkolbens,

F pr - Federdruckkraft,

h - viskoser Reibungskoeffizient,

Scharnierbelastungsfaktor,

M ist die reduzierte Masse der beweglichen Teile.

Reis. 3 Typische Graphen transienter Prozesse.

4. Schematische Darstellung der Lenkspur

Die Lenksektion des Gasleistungsregelsystems kann mit mechanischer, kinematischer, elektrischer Rückführung oder ohne Hauptrückführung ausgeführt werden. Im letzteren Fall arbeitet der Antrieb normalerweise im Relaismodus ("ja - nein") und bei vorhandener Rückmeldung im proportionalen Modus. In dieser Entwicklung werden Lenkwege mit elektrischer Rückkopplung betrachtet. Das Fehlersignal in diesen Pfaden kann entweder durch einen linearen oder einen Relaisverstärker verstärkt werden.

Ein schematisches Diagramm einer Lenksektion mit einem Linearverstärker ist in Abb. 5.

Reis. 4. Schema des Lenktraktes

Das Diagramm zeigt: W F (p), W Z (p), W p (p), W o (p) -Übertragungsfunktionen des Korrekturfilters, des elektromechanischen Wandlers, des Antriebs bzw. der Rückkopplungsschaltung. Die Verstärkung eines linearen Verstärkers in dieser Schaltung ist als Multiplikator in der EMI-Verstärkung enthalten.

Die Wahl der Antriebsparameter erfolgt so, dass in einem gegebenen Frequenz- und Amplitudenbereich des verarbeiteten Signals keine Einschränkung der Koordinaten x und X besteht. Dabei treten Nichtlinearitäten in Form von Einschränkungen dieser Werte auf werden bei der Lenkwegbildung nicht berücksichtigt.

5. Auslegung eines Gasstromregelsystems

Design Methodik

Die Art des Aktuators und die schematische Darstellung der Lenksektion werden ausgewählt. Die Antriebsart richtet sich nach den Anforderungen und Einsatzbedingungen. Bei langen Betriebszeiten und hohen Temperaturen T p ist eine Ansteuerschaltung mit Leistungsregelung vorzuziehen. Um ein schematisches Diagramm auszuwählen, ist es ratsam, eine Vorstudie verschiedener Schemata durchzuführen, deren Fähigkeiten (Betrieb, Dynamik, Gewicht, Abmessungen) ungefähr abzuschätzen und auszuwählen Beste Option... Ein solches Problem, das in der ungefähren Berechnung der Eigenschaften der GSSU verschiedener Schemata besteht, sollte in der Anfangsphase der Entwicklung des Systems gelöst werden. In einigen Fällen kann die Art des Schaltplans bereits in der Anfangsphase der Arbeit eindeutig ausgewählt und in der Leistungsbeschreibung festgelegt werden.

Es werden verallgemeinerte Antriebsparameter berechnet. Die Methodik für diese Berechnung wird durch die Art des gewählten Lenkschaltplans bestimmt. Hier ist die Methodik für die elektrische Feedback-Lenkung:

a) der Wert des Lastfaktors y wird gewählt:

Maximalwert des Pivot-Lastfaktors;

M t ist das vom Antrieb erzeugte maximale Moment,

wobei l die Schulter des mechanischen Getriebes ist.

Die erforderliche Antriebsleistung hängt von der Wahl von y ab. Der optimale Wert y opt entsprechend der minimal erforderlichen Antriebsleistung kann als Lösung der kubischen Gleichung bestimmt werden

Der Zahlenwert für opt liegt in der Regel im Bereich von 0,55 ... 0,7. Wenn Atom zugewiesen wird, wird der Wert im Bereich 1,2? 1.3. Der Wert des Verhältnisses und hängt vom Typ des ausgewählten Aktors ab. So. für Stellantriebe mit einem Gasverteiler vom Typ Düse - Dämpfer; für Antriebe mit Strahllanze,.

Der Parameter q muss je nach Wert dem Regime I entsprechen. Sein Wert wird entweder aus den Ergebnissen der thermischen Berechnung oder aus den Daten von Experimenten mit Analysegeräten bestimmt. Hier gehen wir davon aus, dass das zeitliche Variationsgesetz des Parameters q in Form einer approximativen Abhängigkeit für verschiedene Werte der Umgebungstemperatur gegeben ist.

Der Wert b 0 - die Bewegungsamplitude des EMF-Ankers für den Lenktrakt mit einem linearen Verstärker wird gleich y m genommen, d.h. , und für Systeme mit einem Relaisverstärker, der im PWM-Modus an einer Schaltanlage arbeitet, wird der Wert im Bereich von 0,7? 0,8;

b) bei dem gewählten Wert des Wertes y wird das vom Antrieb entwickelte maximale Drehmoment berechnet:

c) der erforderliche Wert der vom Antrieb bereitgestellten Winkelgeschwindigkeit Ш т wird ermittelt.

Der Wert von Ut ergibt sich aus den Bedingungen, damit der Gasantrieb ein harmonisches Signal mit einer Frequenz von um und einer Amplitude von q 0 verarbeitet. Die Amplitude der Bewegung des EMK-Ankers b 0 wird als dieselbe wie in der vorherigen Berechnung angenommen.

Im Niederfrequenzbereich () lässt sich die Dynamik des Antriebs bei relativ geringer Trägheit der mechanischen Verbindung durch eine aperiodische Verbindung beschreiben. Sie können die folgenden Ausdrücke erhalten:

Für aperiodische Verbindung

Aus der letzten Abhängigkeit nach den Transformationen erhalten wir die Formel zur Berechnung des benötigten Wertes von U max:

Die Auslegungsparameter der Antriebe werden berechnet.

Die Schulter des mechanischen Getriebes l, der Durchmesser des Kolbens des Arbeitszylinders D P, der Leerweg des Antriebs X t werden bestimmt.

Abb.5 Strukturdiagramm der ID.

Bei der Bestimmung der Schulter l muss das Verhältnis zwischen dem freien Hub des Kolbens und seinem Durchmesser eingestellt werden.

Aus Gründen der Kompaktheit der entwickelten Konstruktion des Arbeitszylinders kann die Übersetzung empfohlen werden.

Bei X = X t muss das vom Antrieb erzeugte maximale Drehmoment um ein Vielfaches größer sein als das maximale Drehmoment der Last, d.h.

Unter Berücksichtigung des akzeptierten Verhältnisses erhalten wir aus der letzten Gleichheit die Abhängigkeit

Der maximale Druckabfall in den Hohlräumen des Arbeitszylinders Ap max hängt vom Wert von p p, der Art und dem Verhältnis der geometrischen Abmessungen der Schaltanlage sowie von der Intensität der Wärmeübertragung in den Hohlräumen ab. Bei der Berechnung des Wertes von l kann bei Antrieben mit Düsenklappen-Gasverteiler grob von Dp max = (0,55 – 0,65) p p, bei Verwendung eines Strahlverteilers Dp max = (0,65 – 0,75) p p angenommen werden.

Bei der Berechnung des Wertes von l muss der Wert von Ap max dem Modus I entsprechen.

Für relativ kleine Werte von d max

Bei Berechnungen sollten alle geometrischen Längenmaße gemäß den Anforderungen der Normen gerundet werden.

Berechnen Sie die Parameter des Antriebsgasverteilungsgeräts. Dieser Berechnung liegt die Bedingung zugrunde, dass im schlimmsten Fall, d.h. im Modus I war die Antriebsgeschwindigkeit nicht niedriger als, wobei Ш т der Wert der Winkelgeschwindigkeit ist. Hier werden Methoden zur Berechnung der geometrischen Parameter für zwei Bauarten von Gasverteilern angegeben: mit Strahlrohr und mit Düse und Dämpfer. Das erste der genannten Ventile realisiert die Regulierung des Gasflusses nach dem Prinzip "Einlass und Auslass". In diesem Fall wird die maximale stationäre Drehzahl des Antriebs durch die Beziehung

Aus dem folgenden

Bei der Berechnung der Abhängigkeit müssen die Werte von T p und q dem Regime I entsprechen.

Berücksichtigen Sie die für diesen Verteiler charakteristischen Größenverhältnisse, z.

Das rationelle Verhältnis der Flächen mit und a bietet beste Energieeigenschaften des Antriebs und liegt im Rahmen. Aus diesen Überlegungen ergibt sich der Wert von C. Nachdem die Werte von a, c berechnet wurden, müssen die geometrischen Hauptabmessungen des Verteilers bestimmt werden.

Reis. 6. Konstruktionsschema des Gasverteilers "Strahlrohr".

Der Durchmesser des Verteilereintrittsfensters ergibt sich aus der Bedingung

wobei der Durchfluss m = 0,75 ... 0,85 ist.

Die Größe der maximalen Verschiebung des Endes des Strahlrohres a ist die Länge des Strahlrohres.

Bei bekannte Bedeutung x m berechnen die Werte b und d.

Die Gasverteilungsvorrichtung vom Typ "Düsenklappe" realisiert die Regulierung des Gasflusses "am Auslass".

Ad hoc

Deswegen:

Bei der Berechnung sollte die Haltung eingenommen werden. Die Werte von T p und q entsprechen dem Regime I.

Reis. 7 Konstruktionsschema des Gasverteilers „Düsenklappe“.

Der Düsendurchmesser d c wird so gewählt, dass die wirksame Fläche mindestens das 2-fache der maximalen Austrittsfläche beträgt:

Finden Sie mit dem ausgewählten Wert von d c den Wert b: b = mрd c; Berechne den Maximalwert der Koordinate x t und den Wert

Nach der Entwicklung des Designs des Gasverteilungsgeräts werden die Belastungen seiner beweglichen Teile bestimmt und die EMF ausgelegt oder ausgewählt. Außerdem wird die erforderliche Durchflussmenge des Arbeitsmediums ermittelt, die für die Auslegung (bzw. Auswahl) der Stromquelle notwendig ist.

Bei bekannten Konstruktions- und Betriebsparametern des Antriebs können aus der Abhängigkeit (I) die Parameter seines Strahlschemas sowohl für Modus I als auch für Modus II bestimmt werden, wonach ein Lenktrakt gebildet werden kann.

Die Bildung der Kontur des Lenktraktes erfolgt unter Berücksichtigung der extremen Betriebsmodi. In der ersten Bildungsstufe werden die Frequenzkennlinien einer offenen Schleife im Modus I aufgetragen (der Wert des Koeffizienten k 3 ist vorübergehend unbekannt).

Aus der Anforderung an die dynamische Genauigkeit des geschlossenen Regelkreises ergibt sich der zulässige Wert der Phasenverschiebung bei der Frequenz u0:

c z (u 0) = arctan u 0 T GSSU.

Mit einem bekannten Wert des Wertes der Phasenverschiebung für eine offene Schleife cp (u 0), der durch Auftragen der Frequenzcharakteristik bestimmt wurde, und einem bestimmten Wert von cs (u 0) finden wir den erforderlichen Wert der Amplitude Charakteristik A p (u 0) eines offenen Systems bei einer Frequenz u 0. Zu diesem Zweck ist es zweckmäßig, das Verschlussnomogramm zu verwenden. Danach erwies sich die Amplitudencharakteristik der Schaltung im Modus I als eindeutig bestimmt, und daher wird auch der Wert des Open-Loop-Koeffizienten K p bestimmt.

Da das Korrekturfilter noch nicht in die Schaltung eingeführt wurde, wird der Wert von K p durch die Beziehung K p = k e K n k oc bestimmt. Der Wert des Rückkopplungsfaktors kann durch die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises bestimmt werden:. Dann können Sie den Wert des Koeffizienten k e: berechnen und dann den erforderlichen Wert der Verstärkung des Spannungsverstärkers berechnen

6. Simulation

Mit den Daten aus der Tabelle simulieren wir zunächst das System im Programm PROEKT_ST.pas. Nachdem wir so die Eignung der Systemparameter berechnet haben, werden wir die Simulation in PRIVODKR.pas fortsetzen und darin die Reaktionszeit berechnen.

Lassen Sie uns die Tabellen basierend auf den erhaltenen Parametern ausfüllen:

Erhöhen Sie die Temperatur:

Lassen Sie uns den Druck senken:

Temperatur erhöhen (unter reduziertem Druck)

Hauptliteratur

1. Goryachev OV Grundlagen der Theorie der Computersteuerung: Lehrbuch. Zulage / O. V. Goryachev, S. A. Rudnev. - Tula: Verlag der Tula State University, 2008 - 220 S. (10 Exemplare)

2. Pupkov, K. A. Methoden der klassischen und modernen Theorie der automatischen Steuerung: Lehrbuch für Universitäten: in 5 Bänden Bd.5. Methoden der modernen Regelungstheorie / K.A. Pupkov [und andere]; Hrsg. K. A. Pupkova, N. D. Egupova. - 2. Aufl., Rev. und hinzufügen. - M.: MSTU im. Bauman, 2004 .-- 784 S. (12 Exemplare)

3. Suitodanov, B.K. Tracking-Laufwerke: in 3 Bänden Vol.2. Elektrische Servoantriebe / E.S.Bleiz, V.N.Brodovsky, V.A.Vvedensky und andere / Herausgegeben von B.K. Chemodanov. - 2. Aufl., Rev. und hinzufügen. - M.: Bauman Staatliche Technische Universität Moskau, 2003 .-- 878p. (25 Exemplare)

4. Elektromechanische Systeme: Lehrbuch. Zulage / Hausarzt Eletskaya, N. S. Iljuchina, A. P. Pankow. -Tula: Verlag der Tula State University, 2009.-215 S.

5. Gerashchenko, A.N. Pneumatische, hydraulische und elektrische Antriebe von Flugzeugen auf Basis von Wellenantrieben: Lehrbuch für Universitäten / A. N. Gerashchenko, S. L. Samsonovich; herausgegeben von A. M. Matveenko - M.: Mashinostroenie, 2006. - 392p. (10 Exemplare)

6. Nazemtsev, A.S. Hydraulische und pneumatische Systeme. Teil 1, Pneumatische Antriebe und Automatisierungsgeräte: Lehrbuch / A.S. Nazemtsev - M.: Forum, 2004 .-- 240p. (7 Exemplare)

Empfohlene Dissertationsliste

Methodische Grundlagen zur Verbesserung der Auslegung strahlhydraulischer Ruderanlagen 2010, Doktor der technischen Wissenschaften Mesropyan, Arsen Vladimirovich
Jet-Hydraulik-Lenkgetriebe mit Korrektureinrichtungen 2006, Kandidat der technischen Wissenschaften Arefiev, Konstantin Valerievich
Verfahren zur Berechnung eines hydraulischen Strahlkavitations-Lenkgetriebes mit Methoden der mathematisch-physikalischen Modellierung 2010, Kandidat der Technischen Wissenschaften Tselischev, Dmitry Vladimirovich
Identifizierung von strahlhydraulischen Lenkgetrieben 2000, Kandidat der technischen Wissenschaften Mesropyan, Arsen Vladimirovich
Modellierung und Optimierung hydromechanischer Systeme mobiler Arbeitsmaschinen und technologischer Einrichtungen 2008, Doktor der Technischen Wissenschaften Rybak, Alexander Timofeevich

Einleitung zur Dissertation (Teil des Abstracts) zum Thema "Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Lenkantriebs des Flugzeugs durch Simulation"

Die Verbesserung von Flugzeugen (JIA) bringt erhöhte Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Haltbarkeit von Ruderanlagen (RP) mit sich, die unter rauen Betriebsbedingungen arbeiten. Wissenschaftliche und Produktionsorganisationen sowohl im Ausland als auch in der heimischen Industrie forschen an der Verbesserung des RP und der Geräte, die die Bedingungen ihrer Arbeit bei JIA erfüllen.

RP JIA ist ein Satz elektrohydraulischer und mechanischer Geräte, die es ermöglichen, die erforderlichen Eigenschaften mit hoher Geschwindigkeit (die Zeit zum Erreichen des Modus beträgt weniger als 0,6 s) und Genauigkeit (die Überschwingung beträgt nicht mehr als 10%) zu entwickeln. Die Funktion des J1A RP tritt unter ziemlich schwierigen Betriebsbedingungen auf: die Wirkung von Vibrationsbelastungen, abrupte Stöße beim Abkuppeln der Raketenstufen, nichtlineare Eigenschaften der Reibungskräfte der Stangen und Schwingen und die Trägheitskräfte der Rotationssteuerdüse (PSC ) mit ständig wechselndem Scharniermoment, schwierigen klimatischen Bedingungen und Problemen der Langzeitlagerung ...

Die maximal möglichen taktischen und technischen Eigenschaften unbemannter JIAs werden unter anderem dank zahlreicher Konstruktions- und Forschungsarbeiten, zu denen Prüfstandstests und RP-Simulationen gehören, erreicht. Die Simulation von RP mit modernen Paketen aus mathematischer Modellierung und C / iD-Design ermöglicht es Ihnen, den Zeit- und Finanzaufwand bei der Entwicklung und anschließenden Verfeinerung von RP für unbemanntes JIA zu reduzieren und Trial-and-Error zu vermeiden. Experimentelle Studien ermöglichen es, die Übereinstimmung der Ergebnisse der numerischen Modellierung mit der Angemessenheit des realen Objekts zu analysieren.

In dieser Arbeit wurde ein Simulationsmodell des JIA RP entwickelt, das auf den Ergebnissen der Verarbeitung und Verallgemeinerung von experimentellen Daten basiert, die am OJSC State Rocket Center, benannt nach Akademiker V. P. Makeev „und im pädagogischen und wissenschaftlichen Innovationszentrum „Hydropneumoautomatik“ am Lehrstuhl für Angewandte Hydromechanik der Staatlichen Luftfahrttechnischen Universität Ufa.

Zweck und Ziele der Arbeit

Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Lenkgetriebes des Flugzeugs basierend auf Simulation.

1. Entwicklung eines mathematischen Modells des RP und Analyse der Ergebnisse der numerischen Modellierung;

2. Durchführung experimenteller Studien zu RP und Vergleich ihrer Ergebnisse mit den Ergebnissen der numerischen Modellierung;

4. Entwicklung einer Berechnungsmethode unter Verwendung eines Simulationsmodells des Flugzeugs RP.

Forschungsmethoden basieren auf grundlegenden Methoden der mathematischen Modellierung physikalischer Prozesse, die im JIA RP im Betrieb auftreten, Methoden statistische Analyse experimentelle Eigenschaften von RP und Methoden des Computerexperiments.

Wissenschaftliche Neuheit der Hauptergebnisse der Arbeit

Zum ersten Mal im mathematischen Modell des JIA RP mit einem Strahlhydraulikverstärker (SGU) wird vorgeschlagen, ein nichtlineares Spielmodell in einem mechanischen Getriebe und ein empirisches Modell der Hysterese der Regelcharakteristik eines elektromechanischen Wandlers zu verwenden , wodurch die Zuverlässigkeit der Ergebnisse der numerischen Simulation erhöht werden konnte.

Erstmals wurde das inverse Problem des Einflusses der Starrheit der Leistungsverkabelung auf die Änderung des hydrodynamischen Moments der auf das Strahlrohr wirkenden Gegenstrahlen gelöst, wodurch die Stabilitätszone des RP nimmt ab. Als Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen wurden Empfehlungen zur Reduzierung des hydrodynamischen Moments des Gegenstrahls abgeleitet.

Zum ersten Mal wurde der Änderungsbereich des Transmissionskoeffizienten des RP DA bestimmt, bei dem sein stabiler Betrieb beobachtet wird. Die Analyse der Ergebnisse der numerischen Modellierung und der Ergebnisse experimenteller Studien ermöglichte es, die Stabilitätszone des RP DA in Abhängigkeit von der Steifigkeit der Leistungsverkabelung und den Parametern des RM zu identifizieren.

Die praktische Bedeutung liegt darin, dass die entwickelte Methode zur Berechnung der RP eines Flugzeugs es ermöglicht, Stabilität, Genauigkeit und Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der darauf einwirkenden Betriebslasten zu untersuchen. Der Komplex von angewandten Programmen, die in einem mathematischen Paket ausgeführt werden, ermöglicht es, ein Simulationsmodell eines Lenkantriebs numerisch zu untersuchen und die erhaltenen Ergebnisse mit experimentellen Daten zu vergleichen. Werden zur Verteidigung gebracht

1. Mathematisches Modell von RP J1A;

2. Ergebnisse einer numerischen Studie des JIA RP-Simulationsmodells;

3. Ergebnisse experimenteller Studien von RP JIA;

4. Neues Inkjet-Schema Hydraulikverteiler(SGR), die es ermöglicht, die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit des Flugzeugs RP zu erhöhen, indem der hydrodynamische Effekt des Rückwärtsstrahls auf das Strahlrohr reduziert wird.

Anerkennung der Arbeit

Über die wesentlichen theoretischen Grundlagen und praktischen Ergebnisse der Arbeit wurde auf der Allrussischen Jugendwissenschaftlichen und Technischen Konferenz "Probleme des modernen Maschinenbaus" (Ufa, 2004) berichtet und diskutiert Internationale Konferenz"Global Scientific Potential" (Tambov 2006), auf der russischen wissenschaftlichen und technischen Konferenz zum 80. Jahrestag des Korrespondenten Mitglieds. RAS, Professor P. P. Mavlyutov "Mavlyutov-Lesungen" (Ufa 2006), beim Wettbewerb junger Fachkräfte in der Luft- und Raumfahrtindustrie (Moskau, RF IHK, Ausschuss für die Entwicklung der Luftfahrt und Weltraumtechnologie, 2008).

Grundlage der Arbeiten ist der Forschungsplan der Staatshaushaltsforschung "Untersuchung thermophysikalischer und hydrodynamischer Prozesse und Entwicklung der Theorie zukunftsträchtiger Hochenergiemotoren und Kraftwerke" (2008-2009), Nr. 01200802934, Staatsverträge Nr P317 vom 28.07.2009 „Entwicklung von Berechnungsmethoden und Verbesserung von Lenkantrieben von Raketentriebwerken“ und Nr. P934 vom 20.08.2009 *“ Elektrohydraulische Steuerung des variablen Festbrennstoffantriebs mit Mehrfacheinschaltung „in Richtung“ Raketentechnik "des föderalen Target1-Programms" Wissenschaftliches und pädagogisches Personal des innovativen Russlands "für 2009-2013.

Veröffentlichungen

Die wesentlichen Forschungsergebnisse zum Thema der Dissertation werden in 16 Publikationen dargestellt, davon 3 Artikel in den von der Beglaubigungsoberkommission empfohlenen Publikationen. die Analyse der veröffentlichten Arbeiten zum Studium der JIA RP, Methoden ihrer Berechnung und Gestaltung wird vorgestellt.

Veröffentlicht theoretische Forschung und experimentelle Studien der Autoren A.I.: Bazhenova, N.S. Gamynina, S.A. Ermakova, I. S. Shumilova, V. M. Fomicheva, V. A. Kornilow,. V. V. Malysheva, V. A. Polkovnikova, V. A. Tschaschtschina. Die Analyse der Forschungsergebnisse ermöglichte eine Verfeinerung des linearen mathematischen Modells des RM, das im RP J1A verwendet wird. Bei Inlandsflugzeugen der dritten Generation umfasst das RP RM, das am JSC "State Missile Center" entwickelt wurde. Akademiker V. P. Makeev". Die Entwicklung und Erprobung des RP, die von den Spezialisten des Raketenzentrums durchgeführt wurden, bestätigten, dass es sich bei dem PM, der alle Arbeitsparameter erfüllt, um eine hydraulische Jet-Lenkmaschine (SGRM) handelt.

Wissenschaftlicher und technischer Überblick über die Forschung zu RP durch I.S. Shumilova, D. N. Popova, V. F. Kazmirenko, V. I. Goniodsky, A. S. Kochergina, N. G. Sosnovsky, M. V. Siukhina, V. Ya. Bocharova ermöglichte die Entwicklung einer Berechnungsmethodik und einer JIA-RP-Simulationsmethode. Die vorgestellten Frequenzeigenschaften des RP und Abhängigkeiten, die die Steifigkeit der Leistungsverkabelung, die Steifigkeit der Hydraulikzylinderbefestigung, den variablen Modul der volumetrischen Elastizität des Arbeitsfluids berücksichtigen, ermöglichten eine Verfeinerung des linearen mathematischen Modells des RP.

Während der gesamten Entwicklung der militärischen Luftfahrt hat die Forschung auf der Grundlage technischer Methoden eine kolossale Rolle bei der Gewährleistung von Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Reaktionsgeschwindigkeit gespielt. In den Werken von Autoren wie V.M. Apasenko, R. A. Rukhadze, V. I. Varfolomeev, M. I. Kopytov, I. M. Gladkov, I.Kh. Farkhutdinov werden verschiedene Entwurfsschemata des RP vorgestellt, von denen jedes seine eigenen Vor- und Nachteile hat. Mit konstruktiven Diagrammen können Sie das kinematische Diagramm und das Konstruktionsdiagramm des RP bestimmen.

In den Arbeiten von Wissenschaftlern des Lehrstuhls für Angewandte Hydromechanik der Staatlichen Luftfahrttechnischen Hochschule Ufa finden sich Autoren wie E.G. Gimranov, V. A. Tselishchev, R. A. Sunarchin, A. V. Mesropyan, A. M. Rusak sowie in den Werken ausländischer Autoren: M. Nordin, Gutman Per-Olof, Hong-guang Li, Guang Meng, F. Ikhouane, JE Hurtado, J. Rodellar entwickelten nichtlineare mathematische Modelle elektrohydraulischer und mechanischer Geräte, die in raue Betriebsbedingungen ...

Die durchgeführte analytische Überprüfung zeigt, dass die Trial-and-Error-Methode bei der Gestaltung der JIA RP oft nicht nur eine der am meisten effektive Methoden, aber auch mit einem aufwendigen Verfahren, und lineare mathematische Modelle beschreiben das reale Objekt nicht ausreichend, insbesondere im belasteten Betriebsmodus des RP. Die entwickelten nichtlinearen mathematischen Modelle ermöglichen es, die Ergebnisse der numerischen Modellierung näher an die beim Betrieb des JIA RP auftretenden physikalischen Prozesse heranzuführen.

Das zweite Kapitel stellt das mathematische Modell des JIA RP vor. RP mit SGRM, das derzeit in JIA-Raketentriebwerken eingesetzt wird, erfüllt alle Anforderungen an Geschwindigkeits- und Leistungscharakteristik. Bei der Arbeit der JIA-RPs, zu denen auch SGRM gehört, finden komplexe physikalische Prozesse statt. So entstehen in der Strahlkaskade komplexe hydrodynamische Prozesse, die zum Ausstoßen des Arbeitsmediums, zur negativen Wirkung des hydrodynamischen Gegenstrahls, zu Hysterese in der Regelkennlinie "EMF - Strahlrohr" usw. führen. Im mechanischen Getriebe des RP, solche Nichtlinearitäten wie Spiel, Trockenreibung, Nichtsteifigkeit der Leistungsverkabelung, die sich negativ auf die Leistung der dynamischen Eigenschaften (Genauigkeit, Stabilität und Regelbarkeit) auswirken. Das entwickelte mathematische Modell des JIA RP in der numerischen Modellierung ermöglicht es, Ergebnisse mit hoher Angemessenheit am realen Objekt zu erhalten.

Im dritten Kapitel werden die Probleme der Verbesserung der Qualität der dynamischen Eigenschaften des JIA RP dargestellt. Mit Hilfe der numerischen Modellierung des entwickelten "mathematischen Modells von RP" JIA ist es möglich, den Einfluss bestimmter Parameter zu analysieren, darunter die Trägheitslast, die Steifigkeit der Leistungsverkabelung, die Größe des Spiels im mechanischen Getriebe , die Hysterese in der Regelcharakteristik des "EMF - Strahlrohres" usw. Dabei werden die Qualitätsindikatoren der dynamischen Eigenschaften untersucht: Überschwingen, Regelzeit, Zeit bis zum Erreichen des ersten Maximums und Amplitude der Schwingungen.

Der Einsatz moderner Ansys CFX- und Solid Works-Pakete ermöglicht die Simulation der RP mit der Finite-Elemente-Methode, der wichtigsten technischen Grundlage für die im modernen Maschinenbau verwendeten Materialien und einem mathematischen Modell der Strömung eines inkompressiblen Fluids im Strömungsweg des SGRM. Die Ergebnisse der Analyse theoretischer und experimenteller Studien werden vorgestellt und ein Funktionsdiagramm des SGRM vorgeschlagen, das es ermöglicht, die Totzone in der Regelcharakteristik durch Reduzierung der hydrodynamischen Wirkung des Rückstrahls auf das Strahlrohr zu reduzieren.

Das vierte Kapitel präsentiert eine Analyse der Ergebnisse theoretischer und experimenteller Studien des JIA RP. Experimentelle Forschung im Rahmen eines innovativen Projekts als Ergebnis gemeinsamer Aktivitäten von USATU und JSC „GRTs im. Akademiker V. P. Makeev “wurde ein Ständer entwickelt, um die statischen und dynamischen Eigenschaften des JIA RP zu untersuchen. Mit dem Ständer können Sie in Echtzeit Daten zu Eigenschaften wie der Strömungsabfallcharakteristik des SGRM, der Bewegung des Strahlrohrs, des PM-Kolbens und der Trägheitslast sowie Frequenzcharakteristiken unter verschiedenen Betriebsbedingungen des RP . erhalten . Aufgrund der Verfeinerung des mathematischen Modells beträgt der Fehler bei den Berechnungen der numerischen Modellierung und der experimentellen Forschung nicht mehr als 5%, was für die technische Methodik zur Berechnung des RP-JIA akzeptabel ist.

Die Arbeiten wurden unter der Leitung des Doktors der Technischen Wissenschaften, Professor V.A. Tselischev und Ph.D., außerordentlicher Professor A.V. Mesropjan. Die in dieser Arbeit präsentierten und zur Verteidigung vorgelegten Ergebnisse wurden vom Autor der Dissertation persönlich eingeholt.

Fazit der Diplomarbeit zum Thema "Hydraulische Maschinen und hydraulische pneumatische Einheiten", Gallyamov, Shamil Rashitovich

WICHTIGSTE ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNGEN

JIA RPs werden in Design und Funktionalität ständig verbessert. Die Verbesserung von JIA führt zu einer Erhöhung der Anforderungen an Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Langlebigkeit von RPs unter rauen Betriebsbedingungen. Die Kostenreduzierung bei der Entwicklung und die anschließende Feinabstimmung auf die geforderten Eigenschaften des JIA RP wird durch die Verwendung von moderne Mittel computergestütztes Design und Simulation unter Nutzung zahlreicher Studien zu diesem Thema. Der Betrieb des RP findet unter ziemlich schwierigen Bedingungen statt: die Wirkung von Vibrationsbelastungen, scharfe Auswirkungen einer statischen Belastung beim Abdocken der Raketenstufen, die Wirkung von Reibungskräften von Stangen und Schwingen und Trägheitskräften des CCD mit einem sich ständig ändernden Scharniermoment. Daher wird bei der Auslegung besonderes Augenmerk auf die Auslegung der Leistungskabelsteifigkeit, die Auslegung des RM und die Prüfung des RP unter den am ehesten simulierten Betriebsbedingungen gelegt. Die Steifigkeit der RP-Leistungskabel beeinflusst ihre Eigenschaften erheblich .

Zur Berechnung und Auslegung des JIA RP gibt es bisher verschiedene Methoden, die auf der numerischen Lösung linearer und nichtlinearer Gleichungen basieren, die verschiedene physikalische Prozesse beschreiben. Bei der Berechnung des RP ist es notwendig, eine solche Technik zu verwenden, die es ermöglicht, alle möglichen Phänomene zu berücksichtigen, die während des Betriebs des RP auftreten. Solche Phänomene können ein Spiel in der mechanischen Verkabelung, eine Totzone in der Regelcharakteristik, die mangelnde Steifigkeit des RM-Gehäuses, die Steifigkeit der Leistungsverkabelung des JIA RP, der hydrodynamische Effekt auf die beweglichen Elemente der Strahlkaskade sein , etc.

Für die numerischen Experimente des Flugzeugs RP wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das es ermöglicht, numerische Experimente des RP im Anfangsstadium der Entwicklung durchzuführen. Im Gegensatz zu den bestehenden mathematischen Modellen wurden im entwickelten mathematischen Modell des Flugzeugs RP zusätzlich Nichtlinearitäten berücksichtigt, die dessen Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Zu diesen Nichtlinearitäten zählen Spiel in der mechanischen Übertragung, Hysterese in der Regelcharakteristik der EMK des SGRM, die Abhängigkeit des hydrodynamischen Moments des Umkehrstrahls von der auf das Strahlrohr des SGRM wirkenden Strahlrohrbewegung.

In numerischer Simulation unter Verwendung des entwickelten mathematischen Modells des Flugzeugs RP wurde der Einfluss einiger Faktoren auf die Qualitätsindikatoren der dynamischen Eigenschaften analysiert, darunter Überschwingen, Steuerzeit, maximale Kolbenbewegung und Trägheitslast usw . , = 104,106 N / m, der Überschwingwert wird um 50% reduziert, und die Regelzeit tp mit einer Steifigkeit kleiner als s, = 106 N / m überschreitet die zulässigen Werte (tp< 0.6.0.7 с). Следовательно, для рассматриваемого РП ЛА с однокаскадной СГРМ не допускается, чтобы жёсткость силовой проводки была меньше чем с. = 106 Н/м. Анализ результатов численного моделирования выявил значительное влияние эмпирического коэффициента магнитного гистерезиса Р на величину перерегулирования о. Коэффициент р определяет величину ширины петли гистерезиса. Так в случае, когда выполняется условие Р<840Н/(Ам), величина перерегулирования а достигает 100%, что не допустимо для РП ЛА. В результате проведённых исследований было выявлено, что данного РП JIA величина (3 может изменяться в пределах 1500 Н/(Ам) - 2000 НУ(Ам).

Bei der Untersuchung der Eigenschaften des JIA RP, das inverse Problem des Einflusses der Nichtsteifigkeit der Leistungsverkabelung des RP auf die Änderung der physikalischen Prozesse, die beim Ausströmen eines Hochdruckstrahls aus der konischen Düse auftreten der SGU gelöst wurde. Bei einer Änderung der Steifigkeit der Leistungsverkabelung des RP tritt in den Hohlräumen des HZ PM eine Druckpulsation auf, die zu einer Änderung des auf das Strahlrohr wirkenden r/d-Moments führt.

Um das r/d-Drehmoment zu ermitteln, das sich negativ auf die Regelcharakteristik auswirkt, wurde das AVG im Ansys CFX-Paket simuliert. Als Ergebnis der Untersuchungen wurde die Abhängigkeit der Änderung des r / d-Drehmoments von der Bewegung des Strahlrohres für einen einstufigen RM ermittelt und auch eine Untersuchung zum Einfluss des r / d durchgeführt. Moment am Strahlrohr auf die dynamischen Eigenschaften. Die Änderung des r/d-Momentes des Umkehrstrahls ist nicht proportional zur Verschiebung des Strahlrohres PM. In Abwesenheit des r/d-Effekts des Gegenstroms auf das Strahlrohr bei einer Oszillationsfrequenz von 15 Hz wird ein stabiler Betrieb des JIA RP beobachtet. In diesem Fall ist der Transmissionskoeffizient des RP kleiner als 1,5 (für<1.5). В случае г/д воздействия запаздывание инерционной нагрузки относительно поршня ГЦ РМ происходит при значениях сх = 6 107 Н/м и Л = 1.2 10-4 м. С целью снижения г/д момента обратной струи была разработана функциональная схема СГУ, доработанная на основе существующего изобретения, которая позволяет компенсировать г/д момент, действующий на струйную трубку, и уменьшить зону нечувствительности.

Im Zuge der gemeinsamen Arbeit der Mitarbeiter des JSC „GRTs im. V. P. Makeev“ und Mitarbeitern der Abteilung für angewandte Hydromechanik der USATU wurde ein Versuchsstand entwickelt, um die statischen und dynamischen Eigenschaften des JIA RP zu untersuchen. Der Versuchsstand ermöglicht die Forschung mit der Simulation einer konstanten Positionslast, die von 0 bis 5000 N variieren kann, und einer Trägheitslast, die Werte von 0, 45 und 90 kg haben kann. Das entwickelte mathematische Modell des JIA RP ist dem realen Objekt angemessen, da der Fehler beim Vergleich der Ergebnisse der numerischen Modellierung und der Ergebnisse experimenteller Studien nicht mehr als 5% beträgt;

Bei der Analyse der Ergebnisse numerischer und experimenteller Studien werden solche Eigenschaften wie die Strömungsabfallkennlinie des PM, die Kennlinie der Totzone, wenn der Aktuator einer Positionslast ausgesetzt ist, und in deren Abwesenheit die Kennlinie der Durchflussänderung Koeffizient an verschiedenen Positionen des Strahlrohres, die AFC des Kolbens des PM und die Trägheitslast wurden erhalten. Eine Analyse des Vergleichs der Ergebnisse der numerischen Modellierung und der Ergebnisse experimenteller Studien ermöglichte die Entwicklung einer Methode zur Berechnung des RP mit einem einstufigen SGRM. Die entwickelte Technik ermöglicht es, Eigenschaften bei der Berechnung des RP in der ersten Entwurfsphase zu erhalten. Der Entwickler kann optional das entwickelte mathematische Modell des JIA RP verwenden: es als Blackbox verwenden, ohne die Struktur zu ändern oder einige Änderungen an der numerischen Studie des Flugzeug-RP vorzunehmen. Somit ist es möglich, Änderungen an der Strömungsabfallcharakteristik des PM vorzunehmen, die verwendeten empirischen Koeffizienten zu ändern, um den Lademodus des Flugzeugs RP zu ändern.

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Das Blockschaltbild des elektromotorisch angetriebenen Lenkgetriebemodells ist in Abbildung 4.5 dargestellt. Das Ruder zusammen mit dem Boot sollte als Last betrachtet werden.

Abbildung 4.5 - Blockschaltbild des Ruder-Elektroantriebsmodells

Lenkrad in eine Ecke schieben α verursacht (Abbildung 4.6) seitliche Bewegung (Drift mit einem Winkel β Drift) und die Drehung des Schiffes um drei zueinander senkrechte Achsen: vertikal (Gieren mit einer Winkelgeschwindigkeit p), längs (Roll) und quer (trimmen). Darüber hinaus wird aufgrund eines erhöhten Widerstands des Wassers gegen die Bewegung des Schiffes seine Lineargeschwindigkeit etwas verringert. v.

Bild 4.7 zeigt den statischen Verlauf des Drehmoments am Ruderschaft MB = f(α ) aus dem Übertragungswinkel α es für verschiedene Ruder, wenn sich das Schiff vorwärts und rückwärts bewegt. Diese Kennlinien sind nichtlinear und hängen auch von der Bewegungsgeschwindigkeit ab. v Schiff. Wenn das Schiff driftet, ist der Winkel α ersetzen Sie das Ruder durch einen Winkel ( α+β ) zwischen der Ebene des Ruderblattes und dem einströmenden Wasser. Somit ist im Einfluss des Ruders auf den Elektromotor des Ruderantriebs neben dem eigentlichen Winkel α Verschiebung müssen Sie auch die Parameter der Schiffsbewegung berücksichtigen - den Winkel β Drift und Liniengeschwindigkeit v... Dies bedeutet, dass zur Analyse des elektrischen Ruderantriebs das ACS mit dem Schiffskurs (Abbildung 4.8) berücksichtigt werden muss, das den Autopiloten ( AR), Lenkgetriebe ( RM) und das Schiff. Das Lenkgetriebe besteht aus einem Lenkrad und einem Motor, der es in Rotation versetzt. Das Schiff wird in Form von zwei Baublöcken mit Übertragungsfunktionen zur Steuerung dargestellt W Y(R) und aus Empörung W B(R). Der Antriebsmotor kann DPT oder IM mit Frequenzregelung sein. Die Stromquelle für das DCT kann entweder ein geregelter Gleichrichter oder ein Gleichstromgenerator sein. Der AD wird vom Frequenzumrichter gespeist.

Abbildung 4.6 - Bewegungsbahn beim Drehen des Schiffes und seine Parameter

Abbildung 4.7 - Statische Charakteristik des Ruders

Wenn wir im Stabilisierungsmodus des Drehprozesses des Schiffes annehmen, dass seine lineare Geschwindigkeit v konstant ist, und die Abhängigkeit der auf den Körper wirkenden Querkraft und des hydrodynamischen Moments vom Driftwinkel β linear ist und die Roll- und Trimmwinkel vernachlässigt, dann hat das Gleichungssystem, das die Dynamik der Schiffsbewegung beschreibt, die Form

(4.3)

wo F(T) ist eine Funktion. unter Berücksichtigung der Auswirkungen störender Auswirkungen von Wellen, Wind, Strömung usw . auf das Schiff;

eine 11, ..., eine 23- Koeffizienten je nach Rumpfform und Schiffslast.

Abbildung 4.8. Strukturdiagramm des ACS, das das Schiff steuert

Wenn wir aus System (4.3) das Signal β , dann erhält man eine Differentialgleichung, die den Wert des Kurses Ψ mit einem Winkel α Ruderumdrehen und ein störendes Signal F(T):

wo T 11,…. T 31- Zeitkonstanten bestimmt durch die Koeffizienten eine 11, ..., eine 23;

k Y und k B- Koeffizienten für die Übertragung des ACS nach dem Schiffskurs, die auch durch die Koeffizienten bestimmt werden eine 11, ..., eine 23.

Gemäß (4.4) Kontrollübertragungsfunktionen W Y(R) und aus Empörung W B(R) haben die Form

Die Gleichung der Mechanik des Elektromotors der Lenkvorrichtung hat die Form

oder (4.6)

wo ich- das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen Motor und Lenkrad;

FRAU- der Moment des Widerstands, bestimmt durch den Moment MB am Ruderschaft nach Ausdruck

Moment MB am Ruderschaft nach Abb. 4.7 ist eine nichtlineare Funktion des Winkels α .

(4.7)

Im Allgemeinen ist das mathematische Modell der elektrischen Lenkung unter Berücksichtigung des Schiffes und des Autopiloten nichtlinear und wird zumindest durch ein Gleichungssystem (4.4), (4.5) und (4.6) beschrieben. Die Ordnung dieses Systems ist siebte.

Fragen zur Selbstkontrolle

1. Erklären Sie den Aufbau und das Zusammenwirken der Elemente des Bauschemas des elektrischen Antriebs der Lenkeinrichtung.

2. Erklären Sie die Parameter, die den Drehvorgang des Schiffes durch die Ruderverschiebung charakterisieren.

3. Warum sollte das Modell der elektrischen Ruderanlage die Parameter des Schiffes berücksichtigen?

4. Welche Gleichungen und in welchen Variablen beschreiben den Prozess der Schiffsbewegung mit einer Drehung?

5. Geben Sie den Ausdruck der Übertragungsfunktionen des Schiffes für Lenkung und Störung mit Kursdrehung an.

6. Begründen Sie Art und Reihenfolge des mathematischen Modells des Lenkungs-Elektroantriebs.

Mathematisches Modell des Kontrollsystems. Grundlagenforschung

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