Modelo matemático del sistema de control. Investigación básica
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Tarea técnica
Diseño del motor actuador para el sistema de dirección de gas
3. Modelos matemáticos de accionamientos de dirección neumáticos y de gas
4. Diagrama esquemático de la pista de dirección.
5. Diseño de un sistema de control de energía a gas
6. Simulación
Literatura
Tarea técnica
Diseñe un sistema de control de potencia de gas proporcional. La señal de entrada es armónica con una frecuencia en el rango. En el rango de frecuencia de la señal de entrada en todos los modos de operación, el sistema debe asegurar el procesamiento de una señal útil con una amplitud de al menos d 0 en cambios de fase que no excedan los cambios de fase del aperiódico incluso con la constante de tiempo T de el GSSU.
Datos iniciales básicos:
a) coeficiente de transmisión del sistema;
b) el ángulo máximo de desviación de los órganos de dirección d t;
c) tiempo estimado de operación;
d) cantidades que caracterizan las propiedades dinámicas del sistema; en la versión más simple, esto incluye los valores de la frecuencia límite de la señal de entrada u 0, la amplitud q 0 de la señal procesada por el variador a la frecuencia u 0 (el valor generalmente se establece entre 0.8 ... 1.0 ), el valor de la constante de tiempo del enlace aperiódico equivalente T GSU;
e) cargas en los cuerpos de dirección - carga de inercia, determinada por el momento de inercia de la carga J N;
Coeficiente de fricción f;
El coeficiente del momento de bisagra t sh.
Si el coeficiente t sh. cambios en el tiempo, entonces se puede establecer un cronograma de su cambio en el tiempo. En el caso más simple, se establecen los valores extremos de este coeficiente. Normalmente, el valor máximo de la carga negativa corresponde al momento inicial de funcionamiento; al final, la carga proporcional es a menudo positiva y también tiene una rigidez extrema.
Tabla de parámetros de simulación inicial
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Opción No. |
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Parámetros TK |
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Momento de carga, Nm |
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Ángulo máximo, contento |
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Amplitud de desviación RO, rad |
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Frecuencia máxima de la señal de entrada, Hz / amplitud, en |
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Coeficiente de fricción N * s / m |
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Masa de piezas móviles RO kg |
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Presión de gas en bar ICG |
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Temperatura del gas en grados ISG С |
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Diseño de un motor actuador para un sistema de accionamiento de dirección de gas
motor de dirección de gas neumático
1. Información General
Los actuadores neumáticos y de gas se utilizan ampliamente en sistemas de control para aeronaves pequeñas. Una alternativa a los sistemas tradicionales con fuentes de energía primaria de actuadores - sistemas con fuentes de cilindros de gas de gases comprimidos y sistemas con gasificación preliminar de diversas sustancias - fue la creación de dispositivos pertenecientes a una familia fundamentalmente nueva: sistemas de accionamientos de dirección dinámicos por aire.
Los actuadores de esta clase son sistemas de seguimiento complejos de control automático que, como parte del producto, durante el almacenamiento, transporte y operación se ven afectados significativamente por influencias climáticas, mecánicas y otras influencias externas. Las características antes mencionadas de las condiciones de uso y modos de funcionamiento, que deben tenerse en cuenta a la hora de desarrollar nuevos sistemas, permiten clasificarlos como sistemas mecatrónicos.
Al elegir el tipo y determinar los parámetros del sistema de dirección BULA, generalmente proceden de dos métodos de control: aerodinámico y dinámico de gas. En los sistemas de control que implementan el primer método, la fuerza de control se crea debido a la influencia activa en las superficies de control aerodinámico de la presión de velocidad del flujo de aire entrante. Los accionamientos de dirección están diseñados para convertir las señales de control eléctricas en movimientos mecánicos de timones aerodinámicos conectados rígidamente a las partes móviles de los motores del actuador.
El motor ejecutivo supera las cargas articuladas que actúan sobre los timones, proporcionando la velocidad requerida y la aceleración requerida al procesar las señales de entrada dadas con la precisión dinámica requerida.
Los sistemas de control que implementan el segundo método incluyen:
Sistemas autónomos de control automático reactivo al gas;
Sistemas de control del vector de empuje (SUVT).
Actualmente, para el primer método de control, se utilizan ampliamente dispositivos en los que se utiliza gas como fuente de energía. alta presión... Por ejemplo, esta clase de dispositivos incluye:
Sistemas de dirección con fuentes de cilindro de gas de aire comprimido o mezcla de aire y gas;
Sistemas con acumuladores de presión de polvo o con otras fuentes de fluido de trabajo, producto de la gasificación preliminar de sustancias sólidas y líquidas.
Estos sistemas tienen altas características dinámicas. La ventaja señalada despierta un gran interés en tales sistemas de accionamiento de dirección por parte de los desarrolladores y los convierte en importantes objetos de investigación teórica y experimental.
La creación de accionamientos de dirección de alta tecnología de los sistemas de control BULA se asocia tradicionalmente con la búsqueda de nuevos circuitos y soluciones de diseño. Una solución especial y radical al problema de crear mecanismos de dirección de alta tecnología fue el uso del flujo de aire alrededor del cohete para controlar la energía. Esto llevó a la creación de una nueva clase especial de actuadores: engranajes de dirección dinámicos de aire (VDRP), que utilizan la energía del flujo de gas que se aproxima como fuente primaria de energía, es decir, energía cinética BULA.
Estas instrucciones están dedicadas a la construcción, aplicación y métodos de investigación y diseño de módulos mecatrónicos ejecutivos de sistemas de control de DULA de pequeño tamaño. Refleja información que puede ser de utilidad principalmente para estudiantes de las especialidades "Mecatrónica" y "Sistemas de control automático de aeronaves".
2. Dispositivo de motores ejecutivos
Los sistemas de dirección incluyen los siguientes elementos funcionales.
1. Dispositivos que aseguran la creación de un efecto de fuerza en los controles:
Fuentes de energía: fuentes de energía primaria (fuentes y fuentes de gas comprimido energía eléctrica- baterías y fuentes de energía eléctrica de turbinas generadoras);
Motores ejecutivos, cinemáticamente asociados con los controles y elementos de las líneas de energía, por ejemplo, filtros de aire y gas, válvulas de retención y de seguridad, reguladores de presión de gas para sistemas con fuentes de cilindro de gas comprimido, controladores de velocidad de combustión para acumuladores de presión de polvo, toma de aire y dispositivos de descarga VDRP y etc.
2. Elementos funcionales que establecen la correspondencia entre la señal de control generada en el sistema de control y la acción de fuerza requerida - convertidores y amplificadores de señales eléctricas, convertidores electromecánicos, de varios tipos sensores.
Para concretar las áreas de investigación de las tareas a las que se enfrenta el desarrollo de accionamientos de dirección, se distinguen en su composición los sistemas de potencia y control (Fig. 1.2).
Arroz. 1.2. Diagrama del mecanismo de gobierno de la aeronave
El sistema de potencia integra los elementos funcionales del accionamiento de la dirección, que están directamente involucrados en la conversión de la energía de la fuente de potencia en Trabajo mecánico asociado con el movimiento de controles cargados posicionalmente. El sistema de control está compuesto por los elementos funcionales del mando de dirección, que proporcionan un cambio en el valor controlado (coordenadas de la posición de los controles) de acuerdo con la ley de control especificada o desarrollada durante el vuelo de la aeronave. A pesar de la naturaleza algo condicional de la separación de los sistemas de potencia y control, que se asocia con la necesidad de incluir una serie de elementos funcionales del accionamiento de la dirección tanto en el sistema de potencia como en el de control, la utilidad práctica de dicha separación radica en la posibilidad de una presentación diversa de la unidad de dirección al resolver varios problemas en el proceso de desarrollo ...
En el sistema de dirección de gas, se pueden distinguir los siguientes subsistemas:
Fuente de energía primaria;
Motor ejecutivo;
Dispositivo de distribución de gas con convertidor electromecánico de control;
Sistema de control eléctrico: amplificadores, dispositivos de corrección, generadores de oscilaciones forzadas, etc.
Transductores primarios: sensores de desplazamientos lineales y angulares de partes móviles de subsistemas mecánicos.
Para la clasificación de los sistemas de dirección de gas, en general, se pueden utilizar las siguientes características de clasificación:
El tipo de sistema de energía, es decir tipo de fuente de energía primaria;
El principio de control de timones aerodinámicos;
Tipo de lazo de control para dispositivos de dirección proporcional;
Tipo de motor ejecutivo;
Tipo de aparamenta y convertidor electromecánico de control.
1. Sistemas con fuente de gas comprimido. La fuente de gas a alta presión es un bloque de válvulas de aire, que, además de un cilindro con aire comprimido o una mezcla de aire y helio, incluye válvulas de seguridad, cierre y distribución y control de gas y válvulas para el llenado y monitoreo de la presión en el cilindro. En la literatura técnica, estos sistemas a menudo se denominan sistemas "neumáticos".
2. Sistemas con acumulador de presión de polvo. En este caso, la fuente de gas a alta presión es una carga de polvo propulsor sólido de un diseño especial, que garantiza la productividad constante del fluido de trabajo: los productos de combustión de la carga tienen una temperatura alta. Además de la propia fuente de gas y del dispositivo para poner en funcionamiento la fuente de gas, tales sistemas pueden incluir controladores de la velocidad de combustión del combustible y dispositivos de seguridad. En la literatura técnica, al describir tales sistemas, a menudo se usa el término "gas caliente" o simplemente "gas".
3. Accionamientos de dirección electromagnéticos. La base de tales dispositivos suele ser un convertidor electromecánico de tipo neutro, que implementa directamente un movimiento dado de los elementos de dirección aerodinámicos.
El motor ejecutivo es un dispositivo que convierte la energía del gas comprimido en el movimiento de los órganos de dirección, superando la fuerza creada por el flujo de aire alrededor del BULA.
Por diseño, se pueden distinguir los siguientes grupos de motores ejecutivos.
1. Recíproco: de acción simple y de acción doble. Dispositivos que se utilizan con mayor frecuencia tanto en equipos especiales como en sistemas de automatización de procesos tecnológicos.
Arroz. 1. El motor ejecutivo del sistema de fracturamiento hidráulico de tipo cerrado - pistón, con un cilindro de potencia.
Figura 2. Motor ejecutivo SGRP de tipo cerrado, con dos cilindros de potencia.
El funcionamiento del motor ejecutivo está controlado por un dispositivo de distribución de gas (GRU).
El objetivo del GRU es comunicar alternativamente las cavidades de trabajo del motor de accionamiento del convertidor con una fuente de gas comprimido o con el entorno (atmósfera del compartimento de a bordo del convertidor). Por la naturaleza del problema de conmutación que se resuelve, las GRU generalmente se dividen en dispositivos:
Con el control "en la entrada", se cambia el área de las aberturas de entrada en las cavidades de trabajo;
Con control "en la salida", se cambia el área de las aberturas de salida de las cavidades de trabajo;
Con control de entrada y salida, las áreas de entrada y salida cambian.
3. Modelos matemáticos de accionamientos de dirección neumáticos y de gas
En la modelización matemática del sistema de propulsión del gas de dirección (SRGP), como elemento del sistema de control del BULA, funcionando en el flujo de aire a su alrededor, el área de investigación es un conjunto de parámetros geométricos, electromecánicos y de el fluido de trabajo - aire u otro gas comprimido, así como la función de estado de los procesos electromecánicos, aerogasdinámicos y de gestión que ocurren en toda la variedad de relaciones de causa y efecto. Con las transformaciones de unos tipos de energía en otros, la presencia de campos distribuidos y la representación estructuralmente compleja de mecanismos reales en el campo físico de investigación considerado, se logra la creación de modelos matemáticos que brindan el grado requerido de confiabilidad de los cálculos de ingeniería a través de la introducción de idealizaciones fundamentadas teórica y experimentalmente. El nivel de idealización está determinado por los objetivos del software creado.
Modelo matemático de accionamiento de dirección:
p 1, p 2 - presión de gas en la cavidad 1 o 2 de la transmisión de dirección,
S P - área del pistón de accionamiento de la dirección,
T 1, T 2 - la temperatura del gas en la cavidad 1 o 2 del accionamiento de la dirección,
T cn - la temperatura de las paredes de la transmisión de dirección,
V es la velocidad del pistón de dirección,
F pr - fuerza de compresión del resorte,
h - coeficiente de fricción viscosa,
Factor de carga de la bisagra,
M es la masa reducida de partes móviles.
Arroz. 3 Gráficos típicos de procesos transitorios.
4. Diagrama esquemático de la pista de dirección.
La sección de dirección del sistema de control de potencia de gas se puede construir con retroalimentación mecánica, cinemática, eléctrica o no tener la retroalimentación principal. En el último caso, el convertidor suele funcionar en modo relé ("sí - no") y, en presencia de realimentación, en modo proporcional. En este desarrollo, se considerarán las rutas de conducción con retroalimentación eléctrica. La señal de error en estos caminos puede amplificarse mediante un amplificador lineal o de relé.
Un diagrama esquemático de una sección de dirección con un amplificador lineal se muestra en la Fig. 5.
Arroz. 4. Diagrama del tracto de dirección
El diagrama muestra: W F (p), W Z (p), W p (p), W o (p) -funciones de transferencia del filtro de corrección, convertidor electromecánico, variador, circuito de retroalimentación, respectivamente. La ganancia de un amplificador lineal en este circuito se incluye como un multiplicador en la ganancia EMI.
La elección de los parámetros del variador se realiza de tal manera que en un rango dado de frecuencias y amplitudes de la señal procesada no hay limitación en las coordenadas x y X. En este sentido, no linealidades en forma de limitaciones en estos valores No se tienen en cuenta al formar la ruta de dirección.
5. Diseño de un sistema de control de energía a gas
Metodología de diseño
Se seleccionan el tipo de actuador y el diagrama esquemático de la sección de dirección. El tipo de accionamiento se determina en función de los requisitos y las condiciones de funcionamiento. Con tiempos de funcionamiento prolongados y altas temperaturas T p, es preferible un circuito de accionamiento con control de salida. Para seleccionar un diagrama esquemático, es recomendable realizar un estudio preliminar de varios esquemas, estimar aproximadamente sus capacidades (operativas, dinámicas, peso, dimensiones) y elegir Mejor opción... Tal problema, que consiste en el cálculo aproximado de las características del GSSU de varios esquemas, debe resolverse en la etapa inicial del desarrollo del sistema. En algunos casos, el tipo de diagrama esquemático puede seleccionarse sin ambigüedades ya en la etapa inicial del trabajo y especificarse en los términos de referencia.
Se calculan los parámetros de accionamiento generalizados. La metodología para este cálculo está determinada por el tipo de diagrama del circuito de dirección seleccionado. Aquí está la metodología aplicada al tracto de dirección de retroalimentación eléctrica:
a) se selecciona el valor del factor de carga y:
Valor máximo del factor de carga del pivote;
M t es el momento máximo creado por el accionamiento,
donde l es el hombro de la transmisión mecánica.
La potencia de accionamiento necesaria depende de la elección de y. El valor óptimo y opt correspondiente a la potencia de accionamiento mínima requerida se puede determinar como una solución a la ecuación cúbica
El valor numérico de opt normalmente se encuentra en el rango de 0,55 ... 0,7. Cuando se asigna un átomo, el valor se asigna en el rango 1.2? 1.3. El valor de la relación y depende del tipo de actuador seleccionado. Entonces. para actuadores con distribuidor de gas de la boquilla - tipo amortiguador; para actuadores con lanza de chorro.
El parámetro q, según el valor, debe corresponder al régimen I. Su valor se determina a partir de los resultados del cálculo térmico o de los datos de experimentos con dispositivos analíticos. Aquí asumiremos que la ley de variación del parámetro q con el tiempo se da en forma de dependencia aproximada para varios valores de la temperatura ambiente.
El valor b 0 - la amplitud de movimiento de la armadura EMF para el tracto de dirección con un amplificador lineal se toma igual ay m, es decir , y para sistemas con un amplificador de relé operando en modo PWM en un tablero, el valor se toma en el rango de 0.7? 0,8;
b) en el valor seleccionado del valor y, se calcula el par máximo desarrollado por el variador:
c) se determina el valor requerido de la velocidad angular Ш т proporcionada por el variador.
El valor de Ut se encuentra a partir de las condiciones para el procesamiento de una señal armónica por un impulsor de gas con una frecuencia de um y una amplitud de q0. Se supone que la amplitud del movimiento del inducido EMF b 0 es la misma que en el cálculo anterior.
En la región de baja frecuencia (), la dinámica del accionamiento con una inercia relativamente baja del enlace mecánico se puede describir mediante un enlace aperiódico. Puede obtener las siguientes expresiones:
Para enlace aperiódico
De la última dependencia después de las transformaciones, obtenemos la fórmula para calcular el valor requerido de U max:
Se calculan los parámetros de diseño de los variadores.
Se determinan el hombro de la transmisión mecánica l, el diámetro del pistón del cilindro de potencia D P, la cantidad de recorrido libre del accionamiento X t.
Fig.5 Diagrama estructural del DI.
Al determinar el hombro l, es necesario establecer la relación entre la carrera libre del pistón y su diámetro.
Por razones de compacidad del diseño desarrollado del cilindro de potencia, se puede recomendar la relación.
Cuando X = X t, el par máximo creado por el variador debe ser varias veces mayor que el par máximo de la carga, es decir,
Teniendo en cuenta el ratio aceptado, de la última igualdad obtenemos la dependencia
La caída de presión máxima en las cavidades del cilindro de potencia Ap max depende del valor de p p, el tipo y las relaciones de las dimensiones geométricas de la aparamenta, así como de la intensidad de la transferencia de calor en las cavidades. Al calcular el valor de l, es posible tomar aproximadamente para accionamientos con un distribuidor de gas tipo boquilla-solapa Dp max = (0,55? 0,65) p p, cuando se utiliza un distribuidor de chorro Dp max = (0,65? 0,75) p p.
Al calcular el valor de l, el valor de Ap max debe corresponder al modo I.
Para valores relativamente pequeños de d max
En el curso de los cálculos, todas las dimensiones geométricas lineales deben redondearse de acuerdo con los requisitos de las normas.
Calcule los parámetros del dispositivo de distribución de gas de impulsión. Este cálculo se basa en la condición de que, en el peor de los casos, es decir, en el modo I, la velocidad de conducción no fue inferior a, donde Ш т es el valor de la velocidad angular. Aquí se darán métodos para calcular los parámetros geométricos para dos tipos constructivos de distribuidores de gas: con un tubo de chorro y con una boquilla y un amortiguador. La primera de las válvulas nombradas implementa la regulación del flujo de gas según el principio "entrada y salida". En este caso, la velocidad máxima en estado estable del variador está determinada por la relación
De lo que sigue
Al calcular la dependencia, los valores de T pyq deben corresponder al régimen I.
Teniendo en cuenta las proporciones de tamaño características de este distribuidor, tome.
La relación racional de las áreas con y a proporciona las mejores capacidades energéticas del variador y se encuentra dentro de los límites. A partir de estas consideraciones, se encuentra el valor de C. Habiendo calculado los valores de a, c, es necesario determinar las principales dimensiones geométricas del distribuidor.
Arroz. 6. Esquema de diseño del distribuidor de gas "jet tube".
El diámetro de la ventana de entrada del distribuidor se determina a partir de la condición
donde el caudal m = 0,75 ... 0,85.
La magnitud del desplazamiento máximo del extremo del tubo de chorro, a es la longitud del tubo de chorro.
A significado conocido x m calcula los valores by d.
El dispositivo de distribución de gas del tipo "boquilla-solapa" realiza la regulación del flujo de gas "a la salida".
Ad hoc
Por lo tanto:
Al calcular, se debe tomar la actitud. Los valores de T p y q corresponden al régimen I.
Arroz. 7 Esquema de diseño del distribuidor de gas "tobera-trampilla".
El diámetro de la boquilla d c se selecciona de modo que el área efectiva sea al menos 2 veces el área máxima de la salida:
Con el valor seleccionado de d c, se encuentra el valor de b: b = mрd c; calcular el valor máximo de la coordenada x t y el valor
Una vez desarrollado el diseño del dispositivo de distribución de gas, se determinan las cargas en sus partes móviles y se diseñan o seleccionan los PEM. También se determina el caudal requerido del fluido de trabajo, que es necesario para el diseño (o selección) de la fuente de energía.
Con el diseño y los parámetros operativos conocidos del variador, los parámetros de su esquema de chorro tanto para el modo I como para el modo II dado pueden determinarse por dependencia (I), después de lo cual se puede formar un tramo de dirección.
La formación del contorno del tramo de dirección se lleva a cabo teniendo en cuenta los modos extremos de su funcionamiento. En la primera etapa de la formación, las características de frecuencia del lazo abierto se trazan en el modo I (el valor del coeficiente k 3 se desconoce temporalmente).
Según el requisito de precisión dinámica del bucle cerrado, encontramos el valor permisible del cambio de fase a la frecuencia u 0:
c z (u 0) = arctan u 0 T GSSU.
Con un valor conocido del valor del desplazamiento de fase para un lazo abierto cp (u 0), determinado como resultado de graficar las características de frecuencia, y un cierto valor de cs (u 0), encontramos el valor requerido de la amplitud característica A p (u 0) de un sistema abierto a una frecuencia u 0. Para ello conviene utilizar el nomograma de cierre. Después de eso, la característica de amplitud del circuito en el modo I demostró estar determinada de manera inequívoca y, por lo tanto, también se determina el valor del coeficiente de bucle abierto K p.
Dado que aún no se ha introducido el filtro de corrección en el circuito, el valor de K p está determinado por la relación K p = k e K n k oc. El valor del factor de retroalimentación se puede determinar mediante la ganancia de bucle cerrado :. Luego puede calcular el valor del coeficiente k e: y luego calcular el valor requerido de la ganancia del amplificador de voltaje
6. Simulación
Utilizando los datos de la tabla, simulemos primero el sistema en el programa PROEKT_ST.pas. Habiendo así calculado la idoneidad de los parámetros del sistema, continuaremos la simulación en PRIVODKR.pas y calcularemos el tiempo de respuesta en él.
Completemos las tablas en función de los parámetros obtenidos:
Sube la temperatura:
Bajemos la presión:
Subir la temperatura (a presión reducida)
Literatura principal
1. Goryachev OV Fundamentos de la teoría del control informático: libro de texto. subsidio / O. V. Goryachev, S. A. Rudnev. - Tula: Editorial de la Universidad Estatal de Tula, 2008 - 220 p. (10 copias)
2. Pupkov, K.A. Métodos de la teoría clásica y moderna del control automático: libro de texto para universidades: en 5 volúmenes Vol.5. Métodos de la teoría moderna del control automático / K.A. Pupkov [y otros]; ed. K.A. Pupkova, N. D. Egupova. - 2da ed., Rev. y añadir. - M .: MSTU im. Bauman, 2004 .-- 784 p. (12 copias)
3. Suitodanov, B.K. Unidades de seguimiento: en 3 volúmenes Vol.2. Servoaccionamientos eléctricos / E.S.Bleiz, V.N.Brodovsky, V.A.Vvedensky y otros / Editado por B.K. Chemodanov. - 2da ed., Rev. y añadir. - M .: Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú, 2003 .-- 878p. (25 copias)
4. Sistemas electromecánicos: libro de texto. subsidio / G.P. Eletskaya, N.S. Ilyukhina, A.P. Pankov. -Tula: Editorial de la Universidad Estatal de Tula, 2009.-215 p.
5. Gerashchenko, A.N. Accionamientos neumáticos, hidráulicos y eléctricos de aeronaves basados en actuadores de ondas: libro de texto para universidades / A.N. Gerashchenko, S.L. Samsonovich; editado por A.M. Matveenko - M .: Mashinostroenie, 2006. - 392p. (10 copias)
6. Nazemtsev, A.S. Sistemas hidráulicos y neumáticos. Parte 1, Accionamientos neumáticos y equipos de automatización: Libro de texto / A.S. Nazemtsev - M .: Forum, 2004 .-- 240p. (7 copias)
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2.5.1. Modelo de objeto de control.
El movimiento de la aeronave con respecto al eje longitudinal se produce bajo la acción del momento aerodinámico y se describe mediante la ecuación diferencial:
En esta ecuación:
Momento de inercia sobre el eje longitudinal;
Velocidad angular de rotación alrededor del eje longitudinal;
M x- momento aerodinámico alrededor del eje longitudinal.
La cantidad M x se determina a partir de la relación
donde: - cabezal de alta velocidad,
S - área del ala,
l- envergadura,
metro x = metro x(w x, d e) - coeficiente de par adimensional,
r- densidad del aire,
V- velocidad de vuelo,
d e- deflexión de alerones.
Para obtener un modelo lineal del objeto de control, recurrimos al procedimiento estándar de linealización de la ecuación (2.1.) Con respecto al valor de estado estacionario w x* y d e*, que consideraremos imperturbable y que satisface la ecuación
. (2.2.)
Al mismo tiempo, asumimos que los cambios en la altitud y la velocidad de vuelo afectan de manera insignificante los parámetros del movimiento angular, por lo que las variaciones de altitud y velocidad durante la linealización no se tienen en cuenta y, en consecuencia, la magnitud de la cabeza de velocidad es constante. .
Incremento de parámetros variables:
,
y ecuación (2.1.) para el movimiento perturbado:
Teniendo en cuenta la relación (2.2.), Obtenemos la ecuación linealizada de movimiento de la aeronave con respecto al eje longitudinal
(2.3.)
En aerodinámica de aeronaves, se adoptan las siguientes designaciones:
donde :, - coeficientes adimensionales.
Teniendo en cuenta estas designaciones, la ecuación (2.3.) Adopta la forma:
(2.4.)
Pasando a la forma de notación aceptada en la teoría del control automático, obtenemos:
(2.5)
Cabe señalar aquí que debido a los valores cero del movimiento estable, los incrementos y en la ecuación (2.4.) Coinciden con los propios valores de estas variables.
Introduzcamos la notación para coeficientes dinámicos:
- coeficiente de amortiguamiento;
- coeficiente de eficiencia de alerones.
Como resultado, la ecuación (2.5.) O el modelo matemático del objeto de control en movimiento angular con respecto al eje longitudinal se representa mediante una ecuación diferencial lineal
(2.6.)
.
Denotemos:
y obtenemos en esta notación un modelo matemático del objeto de control en forma de sistema de ecuaciones diferenciales lineales:
que se reduce a una ecuación lineal de segundo orden
, (2.8.)
que corresponde a la función de transferencia del objeto de control
, (2.9)
en el que la señal de entrada es deflexión de alerones d e, y durante el fin de semana, el ángulo de balanceo, como se muestra en la Fig. 2.8.
Arroz. 2.8. Función de transferencia del objeto de control
2.5.2. Modelo matemático de accionamiento de dirección.
El modelo matemático del mecanismo de dirección es un vínculo de integración con revoluciones negativas 
comunicación, el diagrama de bloques del modelo se muestra en la Fig. 2.9.
Arroz. 2.9. Diagrama estructural del modelo de accionamiento de dirección.
El funcionamiento del accionamiento de la dirección se describe mediante la ecuación diferencial:
, (2.10.)
y la función de transferencia se puede obtener de diagrama estructural
, (2.11.)
2.5.3. Modelo matemático de dispositivos de medición.
lo que significa que los valores medidos del ángulo de balanceo y la velocidad de guiñada no difieren de sus valores reales.
2.5.4. Ley de control.
El regulador, que se muestra en el diagrama funcional del piloto automático en el canal de balanceo (Fig. 2.7.), Es un dispositivo que implementa la ley de control, es decir genera una señal de control a la entrada del mecanismo de dirección s e dependiendo de los valores del ángulo de balanceo gy la velocidad angular. Esta cantidad de información sobre las variables de salida del objeto de control le permite aplicar un PD - un controlador (proporcional-diferencial), cuya función de transferencia
, (2.12.)
y la ley de control formada por él tiene la forma
Los coeficientes se llaman relaciones de transmisión(según las señales de posición y amortiguación, o según el giroscopio libre y el giroscopio amortiguador). Son las relaciones de transmisión dentro de la configuración fija del sistema de control las que son la herramienta con la que puede lograr la calidad deseada del sistema de control. Cambiando los valores de las relaciones de transmisión (o, en otras palabras, ajustándolos), se puede mejorar el funcionamiento del sistema de control, logrando la calidad deseada de su trabajo.
2.5.5. Modelo matemático del contorno
estabilización de la aeronave en el canal de balanceo.
Desarrollado en esta sección (2.5.) Modelos matemáticos de elementos individuales del diagrama funcional del bucle de estabilización de balanceo (Fig. 2.7.) Permiten construir un modelo matemático del sistema de control de movimiento angular de la aeronave en el canal de balanceo.
Este modelo matemático se muestra en la Fig. 2.10. y su investigación es la tarea principal del trabajo del curso
Introducción.
Capítulo 1. Revisión analítica del RP LA.
1.1 Estado y perspectivas de desarrollo de la aeronave RP.
1.2 Análisis de esquemas estructurales y de disposición del RP.
1.3 Análisis de modelos matemáticos de RP electrohidráulica.
1.4 La relevancia de la investigación, propósito y objetivos del trabajo.
Capítulo 2. Modelo matemático de RP con SGRM.
2.1 Características del modelado matemático de SGRM.
2.2 La influencia de las principales no linealidades de la EGU sobre las características de la RM.
2.3 Modelo matemático no lineal de RP.
2.4 Análisis de los resultados de la simulación numérica del PR.
Capítulo 3. Mejora de la calidad de las características dinámicas del sistema de control del mecanismo de dirección.
3.1 Características de la operación del RP y determinación de factores que afectan los indicadores de desempeño.
3.2 Modelado de simulación de DGS en el paquete Ansys CFX.Ill
3.3 La influencia de la rigidez del cableado de potencia en las características del RP.
Capítulo 4. Investigación experimental de la aeronave RP.
4.1 Stand experimental para la investigación de la aeronave RP.
4.2 Investigación de la influencia de la carga inercial y la rigidez de la fijación del SGRM sobre las características dinámicas de la aeronave RP.
4.3 Metodología para el cálculo del PR mediante simulación.
4.4 Análisis comparativo los resultados de la modelización numérica y los estudios experimentales de la aeronave RP.
Lista recomendada de disertaciones
Fundamentos metodológicos para mejorar el diseño de los aparatos de dirección hidráulicos a chorro 2010, Doctor en Ciencias Técnicas Mesropían, Arsen Vladimirovich
Engranajes de dirección hidráulicos a chorro con dispositivos de corrección 2006, Candidato de Ciencias Técnicas Arefiev, Konstantin Valerievich
Método para calcular un mecanismo de dirección hidráulico de cavitación a chorro utilizando métodos de modelado matemático y físico 2010, Candidato de Ciencias Técnicas Tselischev, Dmitry Vladimirovich
Identificación de engranajes de dirección hidráulica de chorro 2000, Candidato de Ciencias Técnicas Mesropyan, Arsen Vladimirovich
Modelado y optimización de sistemas hidromecánicos de máquinas móviles y equipos tecnológicos 2008, Doctor en Ciencias Técnicas Rybak, Alexander Timofeevich
Introducción a la disertación (parte del resumen) sobre el tema "Mejora de las características dinámicas del mando de dirección de la aeronave basado en simulación"
La mejora de las aeronaves (JIA) implica mayores requisitos para la confiabilidad, velocidad y durabilidad de los mecanismos de gobierno (RP) que operan en condiciones de operación duras. Científico y organizaciones de producción Tanto en el exterior como en la industria nacional están realizando investigaciones para mejorar el RP y los dispositivos que cumplan con las condiciones de su trabajo en JIA.
El JIA RP es un conjunto de dispositivos electrohidráulicos y mecánicos que permiten desarrollar las características requeridas con alta velocidad (el tiempo para alcanzar el modo es menor a 0,6 s) y precisión (el valor de sobreimpulso no es mayor al 10%). El funcionamiento del J1A RP ocurre en condiciones de operación bastante difíciles: el efecto de cargas de vibración, impactos bruscos durante el desacoplamiento de las etapas del cohete, características no lineales de las fuerzas de fricción de las varillas y balancines y las fuerzas de inercia de la tobera de control giratorio (PSC ) con un momento de bisagra en constante cambio, condiciones climáticas difíciles y problemas de almacenamiento a largo plazo ...
Las máximas características tácticas y técnicas posibles de los vehículos aéreos no tripulados JIA se consiguen, entre otras cosas, gracias a numerosos diseños y trabajo de investigación, que incluyen la realización de pruebas en banco y el modelado de simulación del RP. La simulación de RP usando modelos matemáticos modernos y paquetes de diseño C / iD permite reducir el tiempo y los costos financieros en el desarrollo y posterior ajuste fino de RP para JIA no tripulado, eliminando prueba y error. Los estudios experimentales permiten analizar la correspondencia de los resultados del modelado numérico con la adecuación del objeto real.
En este trabajo, se ha desarrollado un modelo de simulación del JIA RP basado en los resultados del procesamiento y generalización de datos experimentales obtenidos en el OJSC State Rocket Center que lleva el nombre de Académico V.P. Makeev "y en el centro de innovación educativa y científica" Hydropneumoautomatics "en el Departamento de Hidromecánica Aplicada de la Universidad Técnica de Aviación del Estado de Ufa.
Finalidad y objetivos del trabajo
Mejora de las características dinámicas del aparato de gobierno de la aeronave mediante simulación.
1. Desarrollo de un modelo matemático de la RP y análisis de los resultados del modelado numérico;
2. Realizar estudios experimentales de RP y comparar sus resultados con los resultados de la modelización numérica;
4. Desarrollo de un método de cálculo utilizando un modelo de simulación de la aeronave RP.
Los métodos de investigación se basan en métodos fundamentales de modelado matemático de procesos físicos que ocurren en el JIA RP durante la operación, métodos análisis estadístico características experimentales de RP y métodos de experimento computacional.
Novedad científica de los principales resultados del trabajo
Por primera vez en el modelo matemático del JIA RP con un amplificador hidráulico de chorro (SGU), se propuso utilizar un modelo no lineal de holgura en una transmisión mecánica y un modelo empírico de la histéresis de la característica de control de un convertidor electromecánico. , lo que permitió incrementar la confiabilidad de los resultados de la simulación numérica.
Por primera vez, se solucionó el problema inverso de la influencia de la falta de rigidez del cableado de potencia en el cambio en el momento hidrodinámico de los chorros inversos que actúan sobre el tubo de chorro, como resultado de lo cual la zona de estabilidad del RP disminuye. Como resultado de los estudios realizados, se obtuvieron recomendaciones para reducir el momento hidrodinámico del chorro inverso.
Por primera vez, se determinó el rango de cambio en el coeficiente de transmisión del RP DA, en el que se observa su funcionamiento estable. El análisis de los resultados de la modelación numérica y los resultados de los estudios experimentales permitió identificar la zona de estabilidad del RP DA en función de la rigidez del cableado de potencia y los parámetros del RM.
La importancia práctica radica en el hecho de que la metodología desarrollada para el cálculo de la RP de una aeronave permite estudiar la estabilidad, precisión y velocidad, teniendo en cuenta las cargas operativas que actúan sobre ella. El complejo de programas aplicados, ejecutados en un paquete matemático, permite realizar un estudio numérico de un modelo de simulación de un variador de dirección y comparar los resultados obtenidos con datos experimentales. Son llevados a la defensa
1. Modelo matemático de RP J1A;
2. Resultados de un estudio numérico del modelo de simulación JIA RP;
3. Resultados de estudios experimentales de RP JIA;
4. Nuevo esquema de inyección de tinta distribuidor hidraulico(SGR), que permite aumentar la confiabilidad y velocidad del avión RP al reducir el efecto hidrodinámico del chorro inverso sobre el tubo de chorro.
Aprobación de obra
Las principales disposiciones teóricas y los resultados prácticos del trabajo se informaron y debatieron en la Conferencia científica y técnica de jóvenes de toda Rusia "Problemas de la ingeniería mecánica moderna" (Ufa, 2004), en conferencia Internacional"Global Scientific Potential" (Tambov 2006), en la Conferencia Científica y Técnica de Rusia dedicada al 80 aniversario del Miembro Correspondiente. RAS, profesor P.P. Mavlyutova "Lecturas de Mavlyutov" (Ufa 2006), en el concurso para jóvenes especialistas en la industria aeroespacial (Moscú, RF CCI, comité para el desarrollo de la aviación y tecnología espacial, 2008).
La base del trabajo es el plan de investigación de la investigación del presupuesto estatal "Investigación de procesos termofísicos e hidrodinámicos y el desarrollo de la teoría de motores y centrales eléctricas prometedoras" (2008-2009), No. 01200802934, Contratos estatales No . P317 de 28.07.2009 "Desarrollo de métodos de cálculo y mejora de accionamientos de dirección de motores cohete" y No. P934 de 20.08.2009 * "Sistema de control electrohidráulico de propulsión de combustible sólido variable sistema de encendido múltiple" en la dirección de " Ingeniería de cohetes "del programa federal target1" Personal científico y pedagógico de la Rusia innovadora "para 2009-2013.
Publicaciones
Los principales resultados de la investigación sobre el tema de la disertación se presentan en 16 publicaciones, incluidos 3 artículos en las publicaciones recomendadas por la Comisión Superior de Certificación. Se presenta el análisis de trabajos publicados sobre el estudio del JIA RP, métodos de su cálculo y diseño.
Publicado investigación teórica y estudios experimentales de los autores A.I .: Bazhenova, N.S. Gamynina, S.A. Ermakova, I.S. Shumilova, V.M. Fomicheva, V.A. Kornilov,. V.V. Malysheva, V.A. Polkovnikova, V.A. Chashchina. El análisis de los resultados de la investigación permitió perfeccionar el modelo matemático lineal de la RM, que se utiliza en el RP J1A. En aviones nacionales de tercera generación, el RP incluye RM, desarrollado en JSC "State Missile Center que lleva el nombre de Académico V.P. Makeev ". El desarrollo y prueba del RP, realizado por los especialistas del centro de cohetes, confirmó que el PM, que cumple con todos los parámetros de trabajo, es una máquina de dirección por chorro hidráulico (SGRM).
Revisión científica y técnica de la investigación sobre RP por I.S. Shumilova, D.N. Popova, V.F. Kazmirenko, V.I. Goniodsky, A.S. Kochergina, N.G. Sosnovsky, M.V. Siukhina, V. Ya. Bocharova permitió desarrollar una metodología de cálculo y un método de simulación JIA RP. Las características de frecuencia presentadas del RP y las dependencias, que tienen en cuenta la rigidez del cableado de potencia, la rigidez de la sujeción del cilindro hidráulico, el módulo variable de elasticidad volumétrica trabajando fluidamente, permitió perfeccionar el modelo matemático lineal del RP.
A lo largo del desarrollo de la aviación militar, la investigación basada en métodos de ingeniería ha jugado un papel colosal para garantizar la confiabilidad, durabilidad y velocidad de respuesta. En las obras de autores como V.M. Apasenko, R.A. Rukhadze, V.I. Varfolomeev, M.I. Kopytov, I.M. Gladkov, I.Kh. Farkhutdinov, se presentan varios esquemas de diseño del RP, cada uno de los cuales tiene sus propias ventajas y desventajas. Los diagramas constructivos le permiten determinar el diagrama cinemático y el diagrama de diseño del RP.
En los trabajos de científicos del Departamento de Hidromecánica Aplicada de la Universidad Técnica de Aviación del Estado de Ufa, autores como E.G. Gimranov, V.A. Tselishchev, R.A. Sunarchin, A.V. Mesropía, A.M. Rusak, así como en las obras de autores extranjeros: M. Nordin, Gutman Per-Olof, Hong-guang Li, Guang Meng, F. Ikhouane, JE Hurtado, J. Rodellar, modelos matemáticos no lineales de dispositivos electrohidráulicos y mecánicos que operan en Se han desarrollado duras condiciones de funcionamiento ...
La revisión analítica realizada muestra que a menudo el método de prueba y error en el diseño del JIA RP no es solo uno de los más métodos efectivos, pero también por un método costoso, y los modelos matemáticos lineales no describen adecuadamente el objeto real, especialmente bajo el modo de operación cargado del RP. Los modelos matemáticos no lineales desarrollados permiten acercar los resultados del modelado numérico a los procesos físicos que ocurren durante el funcionamiento del JIA RP.
El segundo capítulo presenta el modelo matemático del JIA RP. RP con SGRM, que se utiliza actualmente en los motores de cohetes JIA, cumple con todos los requisitos de características de velocidad y potencia. Durante el trabajo de los JIA RP, que incluyen SGRM, tienen lugar procesos físicos complejos. Así, surgen procesos hidrodinámicos complejos en la cascada del chorro, que conducen a la eyección del fluido de trabajo, al efecto negativo del chorro inverso hidrodinámico, a la histéresis en la característica de control "EMF - tubo de chorro", etc. -rigidez del cableado de alimentación, que afecta negativamente el rendimiento de las características dinámicas (precisión, estabilidad y controlabilidad). El modelo matemático desarrollado del JIA RP en modelado numérico permite obtener resultados con un alto grado de adecuación al objeto real.
En el tercer capítulo, se presentan los problemas de mejora de la calidad de las características dinámicas del JIA RP. Con la ayuda del modelado numérico del "modelo matemático del RP" desarrollado JIA, es posible analizar la influencia de ciertos parámetros, que incluyen la carga inercial, la rigidez del cableado de alimentación, el tamaño del juego en la mecánica. transmisión, histéresis en las características de control del "EMF - jet tube", etc. Se examinan los indicadores de calidad de las características dinámicas: sobreimpulso, tiempo de regulación, tiempo para alcanzar el primer máximo y amplitud de oscilaciones.
El uso de los modernos paquetes Ansys CFX y Solid Works permite simular el RP utilizando el método de elementos finitos, la principal base técnica de los materiales utilizados en la ingeniería mecánica moderna y un modelo matemático del flujo de un fluido incompresible en la trayectoria del flujo. del SGRM. Se presentan los resultados del análisis de estudios teóricos y experimentales y se propone un diagrama funcional del SGRM, que permite reducir la zona muerta en la característica de control al reducir el efecto hidrodinámico del chorro inverso sobre el tubo de chorro.
El cuarto capítulo presenta un análisis de los resultados de los estudios teóricos y experimentales del JIA RP. Realizar investigación experimental en el curso de un proyecto innovador como resultado de las actividades conjuntas de la USATU y JSC “GRTs im. Académico V.P. Makeev ”se desarrolló un stand para estudiar las características estáticas y dinámicas del JIA RP. El soporte le permite obtener datos sobre características tales como la característica de caída de flujo del SGRM, el movimiento del tubo de chorro, el pistón PM y la carga inercial en tiempo real, así como las características de frecuencia en diversas condiciones de operación del RP. . Como resultado del refinamiento del modelo matemático, el error en los cálculos del modelado numérico y la investigación experimental no es más del 5%, lo cual es aceptable para la metodología de ingeniería para calcular el RP JIA.
El trabajo se llevó a cabo bajo la dirección del Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor V.A. Tselischev y Ph.D., profesor asociado A.V. Mesropía. Los resultados presentados en este trabajo y presentados para defensa fueron obtenidos personalmente por el autor de la tesis.
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PRINCIPALES RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Los JIA RP se mejoran constantemente en diseño y funcionalidad. La mejora de JIA conduce a un aumento en los requisitos de confiabilidad, velocidad y durabilidad de los RP en condiciones de operación duras. La reducción del costo durante el desarrollo y el posterior ajuste fino a las características requeridas del JIA RP se logra utilizando medios modernos diseño y simulación asistidos por computadora, con el uso de numerosos estudios sobre este tema. El funcionamiento del RP ocurre en condiciones bastante difíciles: el efecto de las cargas de vibración, los efectos abruptos de una carga estática durante el desacoplamiento de las etapas del cohete, el efecto de las fuerzas de fricción de las varillas y balancines y las fuerzas de inercia del CCD con una bisagra en constante cambio. momento. Por lo tanto, se presta especial atención, durante su diseño, al diseño de la rigidez del cableado de potencia, el diseño del RM y la prueba del RP con las condiciones de operación simuladas más aproximadas. La rigidez del cableado de potencia del RP afecta significativamente sus características .
Hoy en día, existen varios métodos para calcular y diseñar el JIA RP, que se basan en la solución numérica de ecuaciones lineales y no lineales que describen varios procesos físicos. Es necesario utilizar dicha técnica al calcular el RP, lo que permite tener en cuenta todos los posibles fenómenos que ocurren durante el funcionamiento del RP. Tales fenómenos pueden ser un retroceso en el cableado mecánico, una zona muerta en la característica de control, la falta de rigidez de la carcasa RM, la rigidez del cableado de alimentación del JIA RP, el efecto hidrodinámico en los elementos móviles de la cascada de chorros. etc.
Para los experimentos numéricos del avión RP, se desarrolló un modelo matemático, que permite realizar experimentos numéricos del RP en la etapa inicial de desarrollo. A diferencia de los modelos matemáticos existentes, en el modelo matemático desarrollado de la aeronave RP, se tuvieron en cuenta adicionalmente las no linealidades, que afectan significativamente sus características. Estas no linealidades incluyen holgura en la transmisión mecánica, histéresis en la característica de control de la EMF del SGRM, la dependencia del momento hidrodinámico del chorro inverso del movimiento del tubo de chorro que actúa sobre el tubo de chorro del SGRM.
En el modelado numérico utilizando el modelo matemático desarrollado de la aeronave RP, se analizó la influencia de algunos factores en los indicadores de calidad de las características dinámicas, entre los que se pueden destacar el sobreimpulso, el tiempo de control, el movimiento máximo del pistón y la carga inercial, etc. ., = 104.106 N / m, el valor de sobreimpulso se reduce en un 50%, y el tiempo de regulación tp con una rigidez menor que s, = 106 N / m excede los valores permitidos (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).
En el estudio de las características del JIA RP, el problema inverso de la influencia de la falta de rigidez del cableado de potencia del RP sobre el cambio en los procesos físicos que ocurren durante la salida de un chorro de alta presión de la boquilla cónica. de la SGU se resolvió. Con un cambio en la rigidez del cableado de potencia del RP, se produce una pulsación de presión en las cavidades del HZ PM, lo que conduce a un cambio en el momento r / d que actúa sobre el tubo de chorro.
Para determinar el par r / d, que afecta negativamente a la característica de control, se simuló el DGS en el paquete Ansys CFX. Como resultado de los estudios, se obtuvo la dependencia del cambio en el torque r / d del movimiento del tubo de chorro para un RM de una etapa, y también se llevó a cabo un estudio sobre el efecto del r / d. momento en el tubo de chorro sobre las características dinámicas. El cambio en el momento r / d del chorro inverso no es proporcional al desplazamiento del tubo de chorro PM. En ausencia del efecto r / d de la corriente inversa en el tubo de chorro a una frecuencia de oscilación de 15 Hz, se observa un funcionamiento estable del JIA RP. En este caso, el coeficiente de transmisión del RP es inferior a 1,5 (para<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.
En el transcurso del trabajo conjunto de los empleados de JSC “GRTs im. V.P. Makeev ”y empleados del Departamento de Hidromecánica Aplicada de USATU, se desarrolló un stand experimental para estudiar las características estáticas y dinámicas del JIA RP. El stand experimental permite realizar investigaciones con imitación de una carga posicional constante, que puede variar de 0 a 5000 N, y una carga inercial, que puede tener valores de 0, 45 y 90 kg. El modelo matemático desarrollado del JIA RP es adecuado al objeto real, ya que el error al comparar los resultados del modelado numérico y los resultados de los estudios experimentales no supera el 5%;
Al analizar los resultados de estudios numéricos y experimentales, se obtuvieron características tales como la característica de caída de flujo del PM, la característica de la zona muerta cuando el actuador está expuesto a una carga posicional y en su ausencia, la característica del cambio en el coeficiente de flujo en diferentes posiciones del tubo de chorro, el AFC del pistón del PM y la carga de inercia. Un análisis de la comparación de los resultados de la modelación numérica y los resultados de los estudios experimentales permitió desarrollar un método para calcular el PR con un SGRM de una etapa. La técnica desarrollada permite obtener características al calcular el PR en la etapa inicial de diseño. El desarrollador puede utilizar opcionalmente el modelo matemático desarrollado del JIA RP: utilizarlo como una caja negra sin cambiar la estructura o realizar algunos cambios en el estudio numérico del RP de la aeronave. Por lo tanto, es posible realizar cambios en la característica de caída de flujo del PM, cambiar los coeficientes empíricos utilizados, cambiar el modo de carga del avión RP.
Lista de literatura de investigación de tesis Candidato de Ciencias Técnicas Gallyamov, Shamil Rashitovich, 2009
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El diagrama de bloques de un modelo de un dispositivo de dirección impulsado por un motor eléctrico se muestra en la Figura 4.5. El timón junto con el barco debe considerarse la carga.
Figura 4.5 - Diagrama de bloques del modelo de propulsión eléctrica de timón
Cambiar el volante a una esquina α causa (Figura 4.6) movimiento lateral (deriva con un ángulo β deriva) y rotación de la embarcación alrededor de tres ejes mutuamente perpendiculares: vertical (guiñada con una velocidad angular ω p), longitudinal (balanceo) y transversal (corte). Además, debido a un aumento de la resistencia del agua al movimiento de la embarcación, su velocidad lineal se reduce algo. v.
La figura 4.7 muestra las características estáticas del par en la mecha del timón. M B = f(α ) desde el ángulo de transferencia α para diferentes timones cuando el barco se mueve hacia adelante y hacia atrás. Estas características no son lineales y también dependen de la velocidad de movimiento. v Embarcacion. Si la embarcación está a la deriva, el ángulo α reemplace el timón con un ángulo ( α+β ) entre el plano de la pala del timón y el flujo de agua entrante. Por lo tanto, en la influencia del timón en el motor eléctrico del mando del timón, además del ángulo real α cambio, también debe tener en cuenta los parámetros del movimiento del barco: el ángulo β deriva y velocidad lineal v... Esto significa que para analizar el accionamiento del timón eléctrico, es necesario considerar el ACS con el rumbo del barco (Figura 4.8), que incluye el piloto automático ( Arkansas), aparato de gobierno ( RM) y el barco. El mecanismo de dirección consta de un volante y un motor que lo impulsa a girar. El buque se presenta en forma de dos bloques estructurales con funciones de transferencia para control W Y(R) y por indignación W B(R). El motor de accionamiento puede ser DPT o IM con control de frecuencia. La fuente de alimentación del DCT puede ser un rectificador controlado o un generador de corriente continua. El AD se alimenta del convertidor de frecuencia.
Figura 4.6 - Trayectoria de movimiento al girar la embarcación y sus parámetros
Figura 4.7 - Característica estática del timón
En el modo de estabilización del proceso de giro de la embarcación, si asumimos que su velocidad lineal v es constante, y la dependencia de la fuerza lateral y el momento hidrodinámico que actúan sobre el cuerpo en el ángulo de deriva β es lineal, y descuida los ángulos de balanceo y compensación, entonces el sistema de ecuaciones que describe la dinámica del movimiento de la embarcación tendrá la forma
(4.3)
dónde F(t) Es una función. teniendo en cuenta el efecto sobre el buque de los efectos perturbadores de las olas, el viento, las corrientes, etc.;
un 11, ..., un 23- coeficientes en función de la forma del casco y la carga del buque.
Figura 4.8. Diagrama estructural del ACS que encabeza el buque.
Si excluimos del sistema (4.3) la señal β , entonces se obtendrá una ecuación diferencial que relacione el valor del curso Ψ con un ángulo α girando el timón y una señal perturbadora F(t):
dónde T 11,…. T 31- constantes de tiempo determinadas a través de los coeficientes un 11, ..., un 23;
k Y y k B- coeficientes de transferencia del ACS por rumbo del buque, también determinados a través de los coeficientes un 11, ..., un 23.
De acuerdo con (4.4) funciones de transferencia de control W Y(R) y por indignación W B(R) tiene la forma
La ecuación de la mecánica del motor eléctrico del dispositivo de dirección tiene la forma
o 
(4.6)
dónde I- la relación de transmisión de la caja de cambios entre el motor y el volante;
SRA- el momento de resistencia, determinado a través del momento M B en la mecha del timón por expresión
Momento M B en la mecha del timón de acuerdo con la Fig. 4.7 es una función no lineal del ángulo α .
(4.7)
En general, el modelo matemático del gobierno eléctrico, teniendo en cuenta la embarcación y el piloto automático, es no lineal y se describe, al menos, mediante un sistema de ecuaciones (4.4), (4.5) y (4.6). El orden de este sistema es el séptimo.
Preguntas para el autocontrol
1. Explique la composición e interacción de los elementos del diagrama estructural del accionamiento eléctrico del dispositivo de dirección.
2. Explicar los parámetros que caracterizan el proceso de giro de la embarcación provocado por el desplazamiento del timón.
3. ¿Por qué el modelo de aparato de gobierno eléctrico debe tener en cuenta los parámetros del buque?
4. ¿Qué ecuaciones y en qué variables describen el proceso del movimiento del barco con un giro?
5. Dar la expresión de las funciones de transferencia de la embarcación para el gobierno y la perturbación con el giro en el rumbo.
6. Justifique el tipo y orden del modelo matemático del accionamiento eléctrico de la dirección.
