Modello matematico del sistema di controllo. Ricerca di base


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Compito tecnico

Progettazione del motore attuatore per il sistema di sterzo a gas

1. Informazione Generale

3. Modelli matematici degli azionamenti sterzanti a gas e pneumatici

4. Schema schematico della pista di governo

5. Progettazione di un sistema di controllo della potenza del gas

6. Simulazione

Letteratura

Compito tecnico

Progettare un sistema di controllo della potenza del gas proporzionale. Il segnale in ingresso è armonico con una frequenza nell'intervallo. Nella gamma di frequenza del segnale di ingresso in tutte le modalità di funzionamento, il sistema deve garantire l'elaborazione di un segnale utile con un'ampiezza di almeno d 0 a sfasamenti non superiori agli sfasamenti dell'aperiodico anche con la costante di tempo T di il GSU.

Dati iniziali di base:

a) coefficiente di trasmissione del sistema;

b) l'angolo massimo di deviazione degli organi di governo d t;

c) tempo stimato di funzionamento;

d) grandezze che caratterizzano le proprietà dinamiche del sistema; nella versione più semplice, questo include i valori della frequenza limite del segnale di ingresso u 0, l'ampiezza d 0 del segnale elaborato dal convertitore alla frequenza u 0 (il valore è solitamente impostato entro 0,8 ... 1,0 ), il valore della costante di tempo del collegamento aperiodico equivalente T GSU;

e) carichi sui corpi sterzanti - carico inerziale, fissato dal momento d'inerzia del carico J N;

Coefficiente di attrito f;

Il coefficiente del momento cerniera t sh.

Se il coefficiente t sh. cambiamenti nel tempo, quindi è possibile impostare un programma del suo cambiamento nel tempo. Nel caso più semplice, vengono impostati i valori estremi di questo coefficiente. Solitamente il valore massimo del carico negativo corrisponde al momento iniziale dell'operazione; alla fine, il carico proporzionale è spesso positivo e presenta anche una rigidità estrema.

Tabella dei parametri di simulazione iniziale

Opzione n.

Parametri TK

Momento di carico, Nm

Angolo massimo, contento

Ampiezza della deviazione RO, rad

Frequenza massima del segnale di ingresso, Hz / ampiezza, in

Coefficiente di attrito N * s / m

Massa parti in movimento RO kg

Pressione del gas in ICG bar

Temperatura del gas in gradi ISG С

Progettazione del motore attuatore per il sistema di sterzo a gas

motore pneumatico dello sterzo a gas

1. Informazioni generali

Gli attuatori pneumatici ea gas sono ampiamente utilizzati nei sistemi di controllo per piccoli velivoli. Un'alternativa ai sistemi tradizionali con fonti di energia primaria di attuatori - sistemi con fonti di gas compressi a bombola e sistemi con gassificazione preliminare di varie sostanze - è stata la creazione di dispositivi appartenenti a una famiglia fondamentalmente nuova: i sistemi di sterzatura pneumatica.

Gli attuatori di questa classe sono complessi sistemi di tracciamento di controllo automatico che, come parte del prodotto, durante lo stoccaggio, il trasporto e il funzionamento sono significativamente influenzati da influenze climatiche, meccaniche e di altro tipo. Le suddette caratteristiche delle condizioni d'uso e delle modalità operative, di cui tenere conto in fase di sviluppo di nuovi sistemi, consentono di classificarli come sistemi meccatronici.

Quando si sceglie il tipo e si determinano i parametri del sistema di sterzo BULA, di solito procedono da due metodi di controllo: aerodinamico e gas-dinamico. Nei sistemi di controllo che implementano il primo metodo, la forza di controllo viene creata a causa dell'influenza attiva sulle superfici di controllo aerodinamiche della pressione di velocità del flusso d'aria in ingresso. Gli azionamenti di governo sono progettati per convertire i segnali di controllo elettrico in movimento meccanico di timoni aerodinamici rigidamente collegati alle parti mobili dei motori degli attuatori.

Il motore esecutivo supera i carichi articolati agenti sui timoni, fornendo la velocità e l'accelerazione richieste durante l'elaborazione dei segnali di ingresso dati con la precisione dinamica richiesta.

I sistemi di controllo che implementano il secondo metodo includono:

Sistemi di controllo automatico a getto di gas autonomo;

Sistemi di controllo del vettore di spinta (SUVT).

Attualmente, per il primo metodo di controllo, sono ampiamente utilizzati dispositivi in ​​​​cui il gas viene utilizzato come fonte di energia. alta pressione... Ad esempio, questa classe di dispositivi include:

Sistemi di sterzo con sorgenti di bombole di gas di aria compressa o miscela aria-gas;

Sistemi con accumulatori di pressione a polvere o con altre fonti di fluido di lavoro, che è un prodotto di gassificazione preliminare di sostanze solide e liquide.

Tali sistemi hanno elevate caratteristiche dinamiche. Il vantaggio notato suscita grande interesse per tali sistemi di azionamento dello sterzo da parte degli sviluppatori e li rende oggetti importanti di ricerca teorica e sperimentale.

La creazione di azionamenti sterzanti ad alta tecnologia dei sistemi di controllo BULA è tradizionalmente associata alla ricerca di nuove soluzioni circuitali e progettuali. Una soluzione speciale e radicale al problema della creazione di organi di governo ad alta tecnologia era l'uso del flusso d'aria attorno al razzo per controllare l'energia. Ciò ha portato alla creazione di una nuova classe speciale di attuatori: gli ingranaggi dello sterzo ad aria dinamica (VDRP), che utilizzano l'energia del flusso di gas in arrivo come fonte primaria di energia, ad es. energia cinetica BULA.

Queste istruzioni sono dedicate alla costruzione, applicazione e metodi di ricerca e progettazione di moduli meccatronici esecutivi di sistemi di controllo di DULA di piccole dimensioni. Riflette informazioni che possono essere principalmente utili per gli studenti delle specialità "Meccatronica" e "Sistemi di controllo automatico per aeromobili".

2. Dispositivo dei motori esecutivi

I sistemi di guida includono i seguenti elementi funzionali.

1. Dispositivi che assicurano la creazione di un effetto forza sui comandi:

Fonti di energia - Fonti di energia primaria (Fonti e fonti di gas compresso energia elettrica- batterie e generatori di turbine fonti di energia elettrica);

Motori esecutivi, cinematicamente associati ai comandi, ed elementi di linee energetiche - ad esempio filtri aria e gas, valvole di ritegno e sicurezza, regolatori di pressione gas per impianti con sorgenti di bombole di gas compresso, regolatori di velocità di combustione per accumulatori di pressione polveri, prese d'aria e dispositivi di scarica VDRP ed ecc.

2. Elementi funzionali che stabiliscono la corrispondenza tra il segnale di controllo generato nel sistema di controllo e l'azione di forza richiesta - convertitori e amplificatori di segnali elettrici, convertitori elettromeccanici, di vario genere sensori.

Per concretizzare le aree di ricerca dei compiti che devono affrontare lo sviluppo degli azionamenti sterzanti, i sistemi di potenza e di controllo si distinguono nella loro composizione (Fig. 1.2).

Riso. 1.2. Schema di guida del velivolo

Il sistema di alimentazione combina gli elementi funzionali della trasmissione dello sterzo, che sono direttamente coinvolti nella conversione dell'energia della fonte di alimentazione in lavoro meccanico associati al movimento dei comandi caricati posizionalmente. Il sistema di controllo è costituito dagli elementi funzionali dell'unità di governo, che forniscono una variazione del valore controllato (coordinate della posizione dei controlli) secondo la legge di controllo specificata o sviluppata durante il volo dell'aeromobile. Nonostante la natura in qualche modo condizionale della separazione dei sistemi di alimentazione e controllo, che è associata alla necessità di includere una serie di elementi funzionali della trasmissione dello sterzo sia nella potenza che nel sistema di controllo, l'utilità pratica di tale separazione risiede nella possibilità di una presentazione diversificata della trasmissione dello sterzo durante la risoluzione di vari problemi nel processo di sviluppo ...

Nel sistema di sterzo a gas si possono distinguere i seguenti sottosistemi:

Fonte di energia primaria;

Motore esecutivo;

Dispositivo di distribuzione del gas con convertitore elettromeccanico di controllo;

Sistema di controllo elettrico - amplificatori, dispositivi di correzione, generatori di oscillazioni forzate, ecc .;

Trasduttori primari - sensori di spostamenti lineari e angolari di parti mobili di sottosistemi meccanici.

Per la classificazione dei sistemi di sterzo a gas, in generale, possono essere utilizzate le seguenti caratteristiche di classificazione:

Il tipo di sistema di alimentazione, ad es. tipo di fonte di energia primaria;

Il principio di controllo dei timoni aerodinamici;

Tipo di loop di controllo per dispositivi di sterzo proporzionali;

Tipo motore esecutivo;

Tipo di quadro e convertitore elettromeccanico di controllo.

1. Impianti con sorgente di gas compresso. La sorgente di gas ad alta pressione è un blocco valvole dell'aria che, oltre a una bombola con aria compressa o una miscela aria-elio, include valvole di sicurezza, intercettazione e distribuzione e controllo del gas e valvole per il riempimento e il monitoraggio della pressione nel cilindro. Nella letteratura tecnica, tali sistemi sono spesso indicati come sistemi "pneumatici".

2. Sistemi con accumulatore di pressione della polvere. In questo caso, la fonte di gas ad alta pressione è una carica di polvere propellente solida di un design speciale, che garantisce una produttività costante del fluido di lavoro - i prodotti della combustione della carica ad alta temperatura. Oltre alla sorgente di gas stessa e al dispositivo per la messa in funzione della sorgente di gas, tali sistemi possono includere regolatori della velocità di combustione del carburante e dispositivi di sicurezza. Nella letteratura tecnica, quando si descrivono tali sistemi, viene spesso utilizzato il termine "gas caldo" o semplicemente "gas".

3. Azionamenti elettromagnetici dello sterzo. La base di tali dispositivi è solitamente un convertitore elettromeccanico di tipo neutro, che esegue direttamente un determinato movimento degli elementi di sterzo aerodinamici.

Il motore esecutivo è un dispositivo che converte l'energia del gas compresso nel movimento degli organi sterzanti, superando la forza creata dal flusso d'aria attorno alla BULA.

In base alla progettazione, si possono distinguere i seguenti gruppi di motori esecutivi.

1. Reciproca: a semplice e doppio effetto. Dispositivi più spesso utilizzati sia in apparecchiature speciali che in sistemi di automazione di processi tecnologici.

Riso. 1. Il motore esecutivo del sistema di fratturazione idraulica di tipo chiuso - pistone, con un cilindro di potenza.

figura 2. Motore esecutivo SGRP di tipo chiuso - con due cilindri di potenza.

Il funzionamento del motore esecutivo è controllato da un dispositivo di distribuzione del gas (GRU).

Lo scopo del GRU è quello di comunicare alternativamente le cavità di lavoro del motore di azionamento dell'azionamento con una sorgente di gas compresso o con l'ambiente (atmosfera del vano di bordo dell'azionamento). Per la natura del problema di commutazione risolto, i GRU sono generalmente suddivisi in dispositivi:

Con il controllo "all'ingresso" - viene modificata l'area delle aperture di ingresso nelle cavità di lavoro;

Con il controllo "all'uscita" - l'area delle aperture di uscita dalle cavità di lavoro viene modificata;

Con il controllo dell'ingresso e dell'uscita, cambiano sia l'area di ingresso che quella di uscita.

3. Modelli matematici degli azionamenti sterzanti a gas e pneumatici

Nella modellazione matematica del sistema di azionamento del gas di sterzo (SRGP), come elemento del sistema di controllo del BULA, funzionante nel flusso d'aria attorno ad esso, l'area di ricerca è un insieme di parametri e parametri geometrici, elettromeccanici di il fluido di lavoro - aria o altro gas compresso, nonché la funzione di stato dei processi elettromeccanici, aerogasdinamici e dei processi di gestione che si verificano in tutta la varietà di relazioni causa-effetto. Con le trasformazioni di alcuni tipi di energia in altri, la presenza di campi distribuiti e la rappresentazione strutturalmente complessa di meccanismi reali nel campo fisico di ricerca considerato, si ottiene la creazione di modelli matematici che forniscono il grado di affidabilità richiesto dei calcoli ingegneristici attraverso l'introduzione di idealizzazioni sostanziate teoricamente e sperimentalmente. Il livello di idealizzazione è determinato dagli obiettivi del software creato.

Modello matematico della trasmissione dello sterzo:

p 1, p 2 - pressione del gas nella cavità 1 o 2 della trasmissione dello sterzo,

S P - area del pistone di comando dello sterzo,

T 1, T 2 - la temperatura del gas nella cavità 1 o 2 della trasmissione dello sterzo,

T cn - la temperatura delle pareti dello sterzo,

V è la velocità del pistone dello sterzo,

F pr - forza di compressione della molla,

h - coefficiente di attrito viscoso,

Fattore di carico della cerniera,

M è la massa ridotta delle parti in movimento.

Riso. 3 Grafici tipici di processi transitori.

4. Schema schematico della pista di governo

La sezione sterzante del sistema di controllo della potenza del gas può essere realizzata con feedback meccanico, cinematico, elettrico o non avere il feedback principale. In quest'ultimo caso, il convertitore funziona solitamente in modalità relè ("sì - no") e, in presenza di feedback, in modalità proporzionale. In questo sviluppo verranno presi in considerazione percorsi di sterzata con feedback elettrico. Il segnale di errore in questi percorsi può essere amplificato da un amplificatore lineare oa relè.

Un diagramma schematico di una sezione di sterzo con un amplificatore lineare è mostrato in Fig. 5.

Riso. 4. Schema del tratto sterzante

Il diagramma mostra: W F (p), W Z (p), W p (p), W o (p) -funzioni di trasferimento del filtro correttore, convertitore elettromeccanico, azionamento, circuito di retroazione, rispettivamente. Il guadagno di un amplificatore lineare in questo circuito è incluso come moltiplicatore nel guadagno EMI.

La scelta dei parametri di pilotaggio è fatta in modo tale che in un dato intervallo di frequenze e ampiezze del segnale elaborato non vi sia alcuna limitazione sulle coordinate x e X. A questo proposito, non linearità sotto forma di limitazioni su questi valori ​non vengono presi in considerazione durante la formazione della traiettoria di sterzo.

5. Progettazione di un sistema di controllo della potenza del gas

Metodologia di progettazione

Vengono selezionati il ​​tipo di attuatore e lo schema della sezione sterzante. Il tipo di azionamento viene determinato in base ai requisiti e alle condizioni operative. Con tempi di funzionamento lunghi e temperature T p elevate, è preferibile un circuito di azionamento con controllo dell'uscita. Per selezionare un diagramma schematico, è consigliabile eseguire uno studio preliminare di vari schemi, stimare approssimativamente le loro capacità (operative, dinamiche, peso, dimensioni) e scegliere migliore opzione... Tale problema, consistente nel calcolo approssimativo delle caratteristiche del GSSU di vari schemi, dovrebbe essere risolto nella fase iniziale dello sviluppo del sistema. In alcuni casi, il tipo di diagramma schematico può essere selezionato in modo univoco già nella fase iniziale del lavoro e specificato nel capitolato d'oneri.

Vengono calcolati i parametri di azionamento generalizzati. La metodologia per questo calcolo è determinata dal tipo di schema del circuito di sterzo selezionato. Ecco la metodologia per lo sterzo con feedback elettrico:

a) si sceglie il valore del fattore di carico y:

Valore massimo del fattore di carico pivot;

M t è il momento massimo creato dal motore,

dove l è la spalla della trasmissione meccanica.

La potenza di azionamento richiesta dipende dalla scelta di y. Il valore ottimale y opt corrispondente alla potenza motrice minima richiesta può essere determinato come soluzione dell'equazione cubica

Il valore numerico per opt di solito si trova nell'intervallo 0,55 ... 0,7. Quando viene assegnato atomo, il valore viene assegnato nell'intervallo 1.2? 1.3. Il valore del rapporto e dipende dal tipo di attuatore selezionato. Così. per attuatori con distributore di gas del tipo ugello - serranda; per attuatori con lancia a getto,.

Il parametro q, a seconda del valore, deve corrispondere al regime I. Il suo valore è determinato dai risultati del calcolo termico o dai dati di esperimenti con dispositivi analitici. Qui assumeremo che la legge di variazione del parametro q nel tempo sia data sotto forma di una dipendenza approssimata per vari valori della temperatura ambiente.

Il valore b 0 - l'ampiezza del movimento dell'armatura EMF per il tratto di sterzo con un amplificatore lineare è presa uguale a y m, ad es. , e per i sistemi con un amplificatore a relè che funziona in modalità PWM su un quadro, il valore è preso nell'intervallo 0,7? 0,8;

b) al valore selezionato del valore y, si calcola la coppia massima sviluppata dal drive:

c) si determina il valore richiesto della velocità angolare т fornita dall'azionamento.

Il valore di Ut si ricava dalle condizioni affinché il gas drive elabori un segnale armonico con una frequenza di um e un'ampiezza di q 0. Si presume che l'ampiezza del movimento dell'armatura EMF b 0 sia la stessa del calcolo precedente.

Nella regione a bassa frequenza (), la dinamica dell'azionamento con un'inerzia relativamente bassa del collegamento meccanico può essere descritta da un collegamento aperiodico. Puoi ottenere le seguenti espressioni:

Per il collegamento aperiodico

Dall'ultima dipendenza dopo le trasformazioni, otteniamo la formula per calcolare il valore richiesto di U max:

Vengono calcolati i parametri di progettazione degli azionamenti.

Vengono determinati la spalla della trasmissione meccanica l, il diametro del pistone del cilindro di potenza D P, la quantità di corsa libera dell'azionamento X t.

Fig.5 Schema strutturale dell'ID.

Quando si determina la spalla l, è necessario impostare il rapporto tra la corsa libera del pistone e il suo diametro.

Per ragioni di compattezza del design sviluppato del cilindro di potenza, il rapporto può essere raccomandato.

Quando X = X t, la coppia massima generata dall'azionamento deve essere diverse volte maggiore della coppia massima del carico, ad es.

Tenendo conto del rapporto accettato, dall'ultima uguaglianza si ottiene la dipendenza

La caduta di pressione massima nelle cavità del cilindro di potenza Ap max dipende dal valore di p p, dal tipo e dai rapporti delle dimensioni geometriche del quadro, nonché dall'intensità del trasferimento di calore nelle cavità. Nel calcolo del valore di l è possibile assumere approssimativamente per azionamenti con distributore di gas del tipo a lamelle Dp max = (0,55? 0,65) p p, quando si utilizza un distributore a getto Dp max = (0,65? 0,75) p p.

Nel calcolo del valore di l, il valore di Ap max deve corrispondere al modo I.

Per valori relativamente piccoli di d max

Nel processo di calcolo, tutte le dimensioni geometriche lineari devono essere arrotondate in conformità con i requisiti degli standard.

Calcolare i parametri del dispositivo di distribuzione del gas di azionamento. Questo calcolo si basa sulla condizione che nel caso peggiore, ad es. in modalità I, la velocità di azionamento non era inferiore a, dove Ш т è il valore della velocità angolare. Di seguito verranno forniti i metodi per il calcolo dei parametri geometrici per due tipologie costruttive di distributori di gas: con tubo a getto e con ugello e serranda. La prima delle suddette valvole attua la regolazione del flusso di gas secondo il principio "ingresso e uscita". In questo caso, la velocità massima in regime stazionario dell'azionamento è determinata dalla relazione

Da quanto segue

Quando si calcola la dipendenza, i valori di T p e q devono corrispondere al regime I.

Tenendo conto dei rapporti dimensionali caratteristici di questo distributore, prendi,.

Il rapporto razionale delle aree con e a fornisce le migliori capacità energetiche dell'azionamento e rientra nei limiti. Da queste considerazioni si ricava il valore di C. Dopo aver calcolato i valori di a, c, è necessario determinare le principali dimensioni geometriche del distributore.

Riso. 6. Schema di progettazione del distributore di gas "jet tube".

Il diametro della finestra di ingresso del distributore è determinato dalla condizione

dove la portata m = 0,75 ... 0,85.

L'entità dello spostamento massimo dell'estremità del tubo del getto, a è la lunghezza del tubo del getto.

In significato noto x m calcola i valori b e d.

Il dispositivo di distribuzione del gas del tipo "bocchetta-flap" realizza la regolazione del flusso di gas "in uscita".

Ad hoc

Perciò:

Quando si calcola, l'atteggiamento dovrebbe essere preso. I valori di T p e q corrispondono al regime I.

Riso. 7 Schema di progetto del distributore di gas "bocca-flap".

Il diametro dell'ugello d c è selezionato in modo che l'area effettiva sia almeno 2 volte l'area massima dell'uscita:

Con il valore di d c selezionato, si trova il valore di b: b = mрd c; calcolare il valore massimo della coordinata x t e il valore

Dopo lo sviluppo del design del dispositivo di distribuzione del gas, vengono determinati i carichi sulle sue parti mobili e viene progettato o selezionato l'EMF. Viene anche determinata la portata richiesta del fluido di lavoro, necessaria per la progettazione (o la selezione) della fonte di alimentazione.

Con i parametri di progettazione e operativi noti dell'azionamento, i parametri del suo schema a getto sia per la modalità I che per la data modalità II possono essere determinati dalla dipendenza (I), dopo di che può essere formato un tratto di sterzo.

La formazione del contorno del tratto sterzante viene eseguita tenendo conto delle modalità estreme del suo funzionamento. Nella prima fase della formazione, le caratteristiche di frequenza dell'anello aperto sono tracciate in modalità I (il valore del coefficiente k 3 è temporaneamente sconosciuto).

Sulla base del requisito per la precisione dinamica dell'anello chiuso, troviamo il valore ammissibile dello sfasamento alla frequenza u0:

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

Con un valore noto del valore dello sfasamento per un anello aperto cp (u 0), determinato come risultato del tracciamento delle caratteristiche di frequenza, e un certo valore di cs (u 0), troviamo il valore richiesto dell'ampiezza caratteristica A p (u 0) di un sistema aperto a frequenza u 0. A questo scopo è conveniente utilizzare il nomogramma di chiusura. Successivamente, la caratteristica di ampiezza del circuito in modalità I si è rivelata determinata in modo inequivocabile e, pertanto, viene determinato anche il valore del coefficiente ad anello aperto K p.

Poiché il filtro correttore non è ancora stato introdotto nel circuito, il valore di K p è determinato dalla relazione K p = k e K n k oc. Il valore del fattore di retroazione può essere determinato dal guadagno ad anello chiuso:. Quindi puoi calcolare il valore del coefficiente k e:, quindi calcolare il valore richiesto del guadagno dell'amplificatore di tensione

6. Simulazione

Utilizzando i dati della tabella, simuliamo prima il sistema nel programma PROEKT_ST.pas. Dopo aver così calcolato l'idoneità dei parametri di sistema, continueremo la simulazione in PRIVODKR.pas e calcoleremo il tempo di risposta in esso.

Compiliamo le tabelle in base ai parametri ottenuti:

Alza la temperatura:

Abbassiamo la pressione:

Aumentare la temperatura (a pressione ridotta)

Letteratura principale

1. Goryachev OV Fondamenti di teoria del controllo del computer: libro di testo. indennità / O. V. Goryachev, S. A. Rudnev. - Tula: Casa editrice della Tula State University, 2008 - 220 pagine (10 copie)

2. Pupkov, K.A. Metodi di teoria classica e moderna del controllo automatico: libro di testo per le università: in 5 volumi Vol.5. Metodi della moderna teoria del controllo automatico / K.A. Pupkov [e altri]; ed. K.A. Pupkova, N.D. Egupova. - 2a ed., Rev. e aggiungi. - M.: MSTU im. Bauman, 2004 .-- 784 pagine (12 copie)

3. Suitodanov, B.K. Unità di monitoraggio: in 3 volumi Vol.2. Servoazionamenti elettrici / E.S.Bleiz, V.N.Brodovsky, V.A.Vvedensky e altri / A cura di B.K. Chemodanov. - 2a ed., Rev. e aggiungi. - M.: Università tecnica statale di Mosca Bauman, 2003 .-- 878p. (25 copie)

4. Sistemi elettromeccanici: manuale. assegno / G.P. Eletskaya, N.S. Ilyukhina, A.P. Pankov. -Tula: Casa editrice della Tula State University, 2009.-215 p.

5. Gerashchenko, A.N. Azionamenti pneumatici, idraulici ed elettrici di aeromobili basati su attuatori a onde: libro di testo per università / A.N. Gerashchenko, S.L. Samsonovich; a cura di A.M. Matveenko - M.: Mashinostroenie, 2006. - 392p. (10 copie)

6. Nazemtsev, A.S. Sistemi idraulici e pneumatici. Parte 1, Azionamenti pneumatici e apparecchiature per l'automazione: libro di testo / A.S. Nazemtsev - M.: Forum, 2004 .-- 240p. (7 copie)

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2.5.1. Modello a oggetti di controllo.

Il movimento del velivolo rispetto all'asse longitudinale avviene sotto l'azione del momento aerodinamico ed è descritto dall'equazione differenziale:

In questa equazione:

Momento d'inerzia attorno all'asse longitudinale;

Velocità angolare di rotazione attorno all'asse longitudinale;

M x- momento aerodinamico attorno all'asse longitudinale.

La quantità M xè determinato dalla relazione

dove: - testa ad alta velocità,

S - zona alare,

io- apertura alare,

m x = m x(w x, d e) - coefficiente di coppia adimensionale,

R- densità dell'aria,

V- velocità di volo,

d e- deflessione degli alettoni.

Per ottenere un modello lineare dell'oggetto di controllo, si ricorre alla procedura standard per linearizzare l'equazione (2.1.) Rispetto al valore di regime w x* e d e*, che considereremo imperturbabile e che soddisfa l'equazione

. (2.2.)

Allo stesso tempo, assumiamo che i cambiamenti di altitudine e velocità di volo influenzino in modo insignificante i parametri del movimento angolare, a causa dei quali le variazioni di altitudine e velocità durante la linearizzazione non vengono prese in considerazione e, di conseguenza, l'entità della testa di velocità è costante .

Incremento dei parametri variabili:

,

e l'equazione (2.1.) per il moto perturbato:

Tenendo conto della relazione (2.2.), si ottiene l'equazione linearizzata del moto dell'aeromobile rispetto all'asse longitudinale

(2.3.)

Nell'aerodinamica degli aeromobili, vengono adottate le seguenti designazioni:

dove:, - coefficienti adimensionali.

Tenendo conto di queste designazioni, l'equazione (2.3.) assume la forma:

(2.4.)

Passando alla forma di notazione accettata nella teoria del controllo automatico, si ottiene:

(2.5)

Va notato qui che a causa dei valori zero del moto stazionario, i valori degli incrementi e nell'equazione (2.4.) coincidono con i valori stessi di queste variabili.

Introduciamo la notazione per coefficienti dinamici:

- coefficiente di smorzamento;

- coefficiente di efficienza degli alettoni.

Di conseguenza, l'equazione (2.5.) O il modello matematico dell'oggetto di controllo in movimento angolare rispetto all'asse longitudinale è rappresentato da un'equazione differenziale lineare

(2.6.)

.

Indichiamo:

e otteniamo in queste notazioni un modello matematico dell'oggetto di controllo sotto forma di un sistema di equazioni differenziali lineari:

che si riduce a un'equazione lineare del secondo ordine

, (2.8.)

che corrisponde alla funzione di trasferimento dell'oggetto di controllo

, (2.9)

in cui il segnale di ingresso è la deflessione degli alettoni d e, e nel fine settimana - l'angolo di rollio, come mostrato in Fig. 2.8.


Riso. 2.8. Funzione di trasferimento dell'oggetto di controllo

2.5.2. Modello matematico di guida dello sterzo.

Il modello matematico dello sterzo è un anello di congiunzione con giro negativo
comunicazione, lo schema a blocchi del modello è mostrato in Fig. 2.9.

Riso. 2.9. Schema strutturale del modello di guida sterzante

Il funzionamento della trasmissione dello sterzo è descritto dall'equazione differenziale:

, (2.10.)

e la funzione di trasferimento si ottiene da diagramma strutturale

, (2.11.)

2.5.3. Modello matematico dei dispositivi di misura

il che significa che i valori misurati dell'angolo di rollio e della velocità di imbardata non differiscono dai loro valori reali.

2.5.4. Legge di controllo.

Il regolatore mostrato sullo schema funzionale dell'autopilota nel canale di rollio (Fig. 2.7.) È un dispositivo che implementa la legge di controllo, ad es. genera un segnale di controllo all'ingresso della scatola dello sterzo S e in funzione dei valori dell'angolo di rollio g e della velocità angolare. Questa quantità di informazioni sulle variabili di uscita dell'oggetto di controllo consente di applicare un PD - un controller (proporzionale-differenziale), la cui funzione di trasferimento

, (2.12.)

e la legge di controllo da lui formata ha la forma

I coefficienti sono chiamati Rapporti di trasmissione(in base ai segnali di posizione e di smorzamento, o in base al giroscopio libero e al giroscopio di smorzamento). Sono i rapporti di trasmissione all'interno della configurazione fissa del sistema di controllo che sono lo strumento con cui è possibile ottenere la qualità desiderata del sistema di controllo. Modificando i valori dei rapporti di trasmissione (o, in altre parole, regolandoli), è possibile migliorare il funzionamento del sistema di controllo, ottenendo la qualità desiderata del suo lavoro.

2.5.5. Modello matematico del contorno

stabilizzazione del velivolo nel canale di rollio.

Sviluppato in questa sezione (2.5.) Modelli matematici dei singoli elementi del diagramma funzionale dell'anello di stabilizzazione del rollio (Fig. 2.7.) Consentono di costruire un modello matematico del sistema di controllo del movimento angolare dell'aeromobile nel canale di rollio.

Questo modello matematico è mostrato in Fig. 2.10. e la sua ricerca è il compito principale del lavoro del corso

Introduzione.

Capitolo 1. Revisione analitica del PR LA.

1.1 Stato e prospettive di sviluppo dell'aereo RP.

1.2 Analisi degli schemi strutturali e di layout del PR.

1.3 Analisi di modelli matematici di RP elettroidraulico.

1.4 La rilevanza della ricerca, lo scopo e gli obiettivi del lavoro.

Capitolo 2. Modello matematico di RP con SGRM.

2.1 Caratteristiche della modellazione matematica di SGRM.

2.2 L'influenza delle principali non linearità dell'EGU sulle caratteristiche del RM.

2.3 Modello matematico non lineare di RP.

2.4 Analisi dei risultati della simulazione numerica del PR.

Capitolo 3. Miglioramento della qualità delle caratteristiche dinamiche del sistema di comando dello sterzo.93

3.1 Caratteristiche del funzionamento del RP e determinazione dei fattori che influenzano gli indicatori di performance.

3.2 Modellazione di simulazione di DGS nel pacchetto Ansys CFX.Ill

3.3 L'influenza della rigidità del cablaggio di potenza sulle caratteristiche dell'RP.

Capitolo 4. Ricerca sperimentale dell'aereo RP.

4.1 Stand sperimentale per la ricerca del velivolo RP.

4.2 Indagine sull'influenza del carico inerziale e della rigidezza del fissaggio SGRM sulle caratteristiche dinamiche dell'aereo RP.

4.3 Metodologia per il calcolo del PR mediante simulazione.

4.4 Analisi comparativa i risultati della modellazione numerica e degli studi sperimentali del velivolo RP.

Elenco di tesi consigliate

  • Fondamenti metodologici per migliorare la progettazione di timonerie idrauliche a getto 2010, Dottore in Scienze Tecniche Mesropyan, Arsen Vladimirovich

  • Timonerie idrauliche a getto con dispositivi di correzione 2006, Candidato di scienze tecniche Arefiev, Konstantin Valerievich

  • Metodo per il calcolo di uno sterzo idraulico a cavitazione a getto utilizzando metodi di modellazione matematica e fisica 2010, Candidato di scienze tecniche Tselischev, Dmitry Vladimirovich

  • Identificazione timonerie idrauliche a getto 2000, Candidato di Scienze Tecniche Mesropyan, Arsen Vladimirovich

  • Modellazione e ottimizzazione di sistemi idromeccanici di macchine mobili e apparecchiature tecnologiche 2008, Dottore in Scienze Tecniche Rybak, Alexander Timofeevich

Introduzione alla tesi (parte dell'abstract) sull'argomento "Miglioramento delle caratteristiche dinamiche dell'azionamento dello sterzo dell'aeromobile basato sulla simulazione"

Il miglioramento degli aeromobili (JIA) comporta maggiori requisiti per l'affidabilità, la velocità e la durata degli ingranaggi dello sterzo (RP) che operano in condizioni operative difficili. Scientifico e organizzazioni di produzione sia all'estero che nell'industria nazionale stanno conducendo ricerche per migliorare l'RP e i dispositivi che soddisfano le condizioni del loro lavoro presso JIA.

RP JIA è un insieme di dispositivi elettroidraulici e meccanici che consentono di sviluppare le caratteristiche richieste con elevata velocità (il tempo per raggiungere la modalità è inferiore a 0,6 s) e precisione (la quantità di superamento non è superiore al 10%). Il funzionamento del J1A RP avviene in condizioni operative piuttosto difficili: l'effetto dei carichi di vibrazione, gli impatti bruschi durante il disaccoppiamento degli stadi del razzo, le caratteristiche non lineari delle forze di attrito delle aste e dei bilancieri e le forze di inerzia dell'ugello di controllo rotante (PSC ) con un momento cerniera in continua evoluzione, condizioni climatiche difficili e problemi di stoccaggio a lungo termine ...

Le massime caratteristiche tattiche e tecniche possibili delle JIA senza equipaggio sono raggiunte, tra l'altro, grazie a numerosi lavori di progettazione e ricerca, che includono test al banco e simulazione RP. La simulazione di RP utilizzando la moderna modellazione matematica e i pacchetti di progettazione C/iD consente di ridurre i tempi e i costi finanziari nello sviluppo e nel successivo perfezionamento di RP per JIA senza pilota, eliminando tentativi ed errori. Gli studi sperimentali consentono di analizzare la corrispondenza dei risultati della modellazione numerica all'adeguatezza dell'oggetto reale.

In questo lavoro è stato sviluppato un modello di simulazione del JIA RP basato sui risultati dell'elaborazione e della generalizzazione dei dati sperimentali ottenuti presso l'OJSC State Rocket Center intitolato a Accademico V.P. Makeev "e nel centro di innovazione educativa e scientifica" Hydropneumoautomatics "presso il Dipartimento di idromeccanica applicata dell'Università tecnica dell'aviazione statale di Ufa.

Scopo e obiettivi del lavoro

Miglioramento delle caratteristiche dinamiche della timoneria del velivolo sulla base della simulazione.

1. Sviluppo di un modello matematico del RP e analisi dei risultati della modellazione numerica;

2. Realizzazione di studi sperimentali di RP e confronto dei loro risultati con i risultati della modellazione numerica;

4. Sviluppo di un metodo di calcolo utilizzando un modello di simulazione dell'aereo RP.

I metodi di ricerca si basano su metodi fondamentali di modellazione matematica dei processi fisici che si verificano nel JIA RP durante il funzionamento, metodi analisi statistica caratteristiche sperimentali di RP e metodi di esperimento computazionale.

Novità scientifica dei principali risultati del lavoro

Per la prima volta nel modello matematico del JIA RP con un amplificatore idraulico a getto (SGU), è stato proposto di utilizzare un modello non lineare di gioco in una trasmissione meccanica e un modello empirico dell'isteresi della caratteristica di controllo di un convertitore elettromeccanico , che ha permesso di aumentare l'affidabilità dei risultati della simulazione numerica.

Per la prima volta è stato risolto il problema inverso dell'influenza della non rigidità del cablaggio di alimentazione sulla variazione del momento idrodinamico dei getti inversi agenti sul tubo del getto, a seguito del quale la zona di stabilità del RP diminuisce. A seguito degli studi effettuati, sono state ottenute raccomandazioni per ridurre il momento idrodinamico del getto inverso.

Per la prima volta è stato determinato l'intervallo di variazione del coefficiente di trasmissione dell'RP DA, in corrispondenza del quale si osserva il suo funzionamento stabile. L'analisi dei risultati della modellazione numerica e dei risultati degli studi sperimentali ha permesso di identificare la zona di stabilità del DA RP in funzione della rigidità del cablaggio di alimentazione e dei parametri del RM.

Il significato pratico risiede nel fatto che il metodo sviluppato per calcolare l'RP di un aeromobile consente di studiare stabilità, precisione e velocità, tenendo conto dei carichi operativi che agiscono su di esso. Il complesso di programmi applicati, eseguiti in un pacchetto matematico, consente di effettuare uno studio numerico di un modello di simulazione di un azionamento sterzante e di confrontare i risultati ottenuti con i dati sperimentali. Sono portato in difesa

1. Modello matematico di RP J1A;

2. Risultati di uno studio numerico del modello di simulazione JIA RP;

3. Risultati di studi sperimentali di RP JIA;

4. Nuovo schema a getto d'inchiostro distributore idraulico(SGR), che consente di aumentare l'affidabilità e la velocità dell'aereo RP riducendo l'effetto idrodinamico del getto inverso sul tubo del getto.

Approvazione del lavoro

Le principali disposizioni teoriche e i risultati pratici del lavoro sono stati riportati e discussi alla conferenza scientifica e tecnica giovanile tutta russa "Problemi di ingegneria meccanica moderna" (Ufa, 2004), a conferenza internazionale"Global Scientific Potential" (Tambov 2006), alla Conferenza Scientifica e Tecnica Russa dedicata all'80° anniversario del Membro Corrispondente. RAS, professore P.P. Mavlyutova "Letture di Mavlyutov" (Ufa 2006), al concorso per giovani specialisti dell'industria aerospaziale (Mosca, RF CCI, comitato per lo sviluppo dell'aviazione e tecnologia spaziale, 2008).

La base del lavoro è il piano di ricerca della ricerca del bilancio statale "Indagine sui processi termofisici e idrodinamici e lo sviluppo della teoria di promettenti motori e centrali elettriche ad alta energia" (2008-2009), n. 01200802934, contratti statali n. P317 del 28.07.2009 "Sviluppo di metodi di calcolo e miglioramento delle trasmissioni sterzanti dei motori a razzo" e N. P934 del 20.08.2009 *" Sistema di controllo elettroidraulico del sistema di propulsione variabile a combustibile solido di accensione multipla "in direzione di" Ingegneria missilistica "del programma federale target1" Personale scientifico e pedagogico della Russia innovativa "per il 2009-2013.

Pubblicazioni

I principali risultati della ricerca sull'argomento della tesi sono presentati in 16 pubblicazioni, di cui 3 articoli nelle pubblicazioni raccomandate dalla Higher Attestation Commission. viene presentata l'analisi dei lavori pubblicati sullo studio del JIA RP, i metodi del loro calcolo e la progettazione.

Pubblicato ricerca teorica e studi sperimentali degli autori 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. L'analisi dei risultati della ricerca ha consentito di affinare il modello matematico lineare dell'RM, utilizzato nell'RP J1A. Sui velivoli domestici di terza generazione, l'RP include RM, sviluppato presso il JSC "State Missile Center intitolato a Accademico V.P. Makeev". Lo sviluppo e il test dell'RP, effettuati dagli specialisti del centro missilistico, hanno confermato che il PM, che soddisfa tutti i parametri di lavoro, è una macchina idraulica a idrogetto (SGRM).

Revisione scientifica e tecnica della ricerca sulla RP a cura di I.S. Shumilova, D.N. Popova, V.F. Kazmirenko, V.I. Goniodsky, A.S. Kochergina, N.G. Sosnovsky, M.V. Siukhina, V. Ya. Bocharova ha permesso di sviluppare una metodologia di calcolo e un metodo di simulazione JIA RP. Le caratteristiche di frequenza presentate dell'RP e delle dipendenze, che tengono conto della rigidità del cablaggio di alimentazione, della rigidità del fissaggio del cilindro idraulico, del modulo variabile dell'elasticità volumetrica del fluido di lavoro, hanno permesso di affinare il modello matematico lineare del RP.

Durante lo sviluppo dell'aviazione militare, la ricerca basata sui metodi ingegneristici ha svolto un ruolo colossale nel garantire affidabilità, durata e velocità di risposta. Nelle opere di autori come V.M. Apasenko, R.A. Rukhadze, V.I. Varfolomeev, M.I. Kopytov, I.M. Gladkov, I.Kh. Farkhutdinov, vengono presentati vari schemi di progettazione dell'RP, ognuno dei quali ha i suoi vantaggi e svantaggi. I diagrammi costruttivi consentono di determinare il diagramma cinematico e il diagramma di progetto del RP.

Nei lavori degli scienziati del Dipartimento di idromeccanica applicata dell'Università tecnica dell'aviazione statale di Ufa, autori come E.G. Gimranov, V.A. Tselishchev, R.A. Sunarchin, A.V. Mesropia, A.M. Rusak, così come nelle opere di autori stranieri: M. Nordin, Gutman Per-Olof, Hong-guang Li, Guang Meng, F. Ikhouane, JE Hurtado, J. Rodellar hanno sviluppato modelli matematici non lineari di dispositivi elettroidraulici e meccanici operanti in condizioni operative difficili...

La revisione analitica condotta mostra che spesso il metodo per tentativi ed errori nella progettazione del JIA RP non è solo uno dei più metodi efficaci, ma anche con un metodo costoso, e modelli matematici lineari non descrivono adeguatamente l'oggetto reale, specialmente nella modalità operativa caricata del RP. I modelli matematici non lineari sviluppati consentono di avvicinare i risultati della modellazione numerica ai processi fisici che si verificano durante il funzionamento del JIA RP.

Il secondo capitolo presenta il modello matematico del JIA RP. RP con SGRM, che è attualmente utilizzato nei motori a razzo JIA, soddisfa tutti i requisiti per le caratteristiche di velocità e potenza. Durante il lavoro dei JIA RP, che includono SGRM, avvengono processi fisici complessi. Pertanto, nella cascata del getto si verificano complessi processi idrodinamici, che portano all'espulsione del fluido di lavoro, all'effetto negativo del getto idrodinamico inverso, all'isteresi nella caratteristica di controllo "EMF - jet tube", ecc. attrito a secco, non -rigidità del cablaggio di potenza, che influiscono negativamente sulle prestazioni delle caratteristiche dinamiche (precisione, stabilità e controllabilità). Il modello matematico sviluppato del JIA RP nella modellazione numerica consente di ottenere risultati con un alto grado di adeguatezza all'oggetto reale.

Nel terzo capitolo vengono presentate le questioni relative al miglioramento della qualità delle caratteristiche dinamiche del JIA RP. Con l'aiuto della modellazione numerica del "modello matematico di RP" JIA sviluppato, è possibile analizzare l'influenza di alcuni parametri, che includono il carico inerziale, la rigidità del cablaggio di alimentazione, l'entità del gioco nella trasmissione meccanica , l'isteresi nelle caratteristiche di controllo del "tubo EMP - jet", ecc. Esamina gli indicatori di qualità delle caratteristiche dinamiche: overshoot, tempo di regolazione, tempo per raggiungere il primo massimo e ampiezza delle oscillazioni.

L'utilizzo dei moderni pacchetti Ansys CFX e Solid Works consente di simulare il RP utilizzando il metodo degli elementi finiti, la principale base tecnica per i materiali utilizzati nella moderna ingegneria meccanica e un modello matematico del flusso di un fluido incomprimibile nel percorso del flusso dell'SGRM. Vengono presentati i risultati dell'analisi degli studi teorici e sperimentali e viene proposto un diagramma funzionale dell'SGRM, che consente di ridurre la zona morta nella caratteristica di controllo riducendo l'effetto idrodinamico del getto inverso sul tubo del getto.

Il quarto capitolo presenta un'analisi dei risultati degli studi teorici e sperimentali del JIA RP. Condurre ricerche sperimentali nel corso di un progetto innovativo a seguito delle attività congiunte di USATU e JSC “GRTs im. Accademico V.P. Makeev ”è stato sviluppato uno stand per studiare le caratteristiche statiche e dinamiche del JIA RP. Il supporto consente di ottenere dati in tempo reale su caratteristiche quali la caratteristica di flusso-goccia dell'SGRM, il movimento del tubo del getto, il pistone del PM e il carico inerziale, nonché le caratteristiche di frequenza in varie condizioni operative dell'RP . Come risultato del perfezionamento del modello matematico, l'errore nei calcoli della modellazione numerica e della ricerca sperimentale non supera il 5%, il che è accettabile per la metodologia ingegneristica per il calcolo della JIA RP.

Il lavoro è stato svolto sotto la guida del Dottore in Scienze Tecniche, Prof. V.A. Tselischev e Ph.D., professore associato A.V. Mesropia. I risultati presentati in questo lavoro e presentati per la difesa sono stati ottenuti personalmente dall'autore della tesi.

Dissertazioni simili nella specialità "Macchine idrauliche e gruppi idropneumatici", 05.04.13 codice VAK

  • Metodi per il calcolo della termodinamica dei gas di getti sommersi turbolenti supersonici e loro interazione con un ostacolo 2009, candidato di scienze fisiche e matematiche Safronov, Alexander Viktorovich

  • Modernizzazione di un amplificatore elettroidraulico a due farfalle per un sistema di controllo del vettore di spinta 2010, candidato delle scienze tecniche Belonogov, Oleg Borisovich

  • Caratteristiche dell'idrodinamica del percorso del flusso degli amplificatori a getto idraulico e loro influenza sulle caratteristiche di uscita 1984, candidato di scienze tecniche Badakh, Valery Nikolaevich

  • L'uso di prove di vibrazione nel controllo delle condizioni tecniche degli aeromobili 2009, candidato di scienze tecniche Bobryshev, Alexander Petrovich

  • Previsione dei parametri di un emettitore idroacustico a bassa frequenza 1999, Candidato di Scienze Tecniche Kvashnin, Alexander Ivanovich

Conclusione della tesi sull'argomento "Macchine idrauliche e unità pneumatiche idrauliche", Gallyamov, Shamil Rashitovich

PRINCIPALI RISULTATI E CONCLUSIONI

I JIA RP vengono costantemente migliorati in termini di design e funzionalità. Il miglioramento di JIA porta ad un aumento dei requisiti per l'affidabilità, la velocità e la durata degli RP in condizioni operative difficili. La riduzione dei costi durante lo sviluppo e la successiva messa a punto delle caratteristiche richieste del JIA RP si ottiene utilizzando mezzi moderni progettazione e simulazione assistita da computer, con l'utilizzo di numerosi studi su questo argomento. Il funzionamento dell'RP avviene in condizioni piuttosto difficili: l'effetto dei carichi di vibrazione, gli effetti acuti di un carico statico durante lo sgancio degli stadi del razzo, l'effetto delle forze di attrito di aste e bilancieri e le forze di inerzia del CCD con un cambiamento costante momento cardine. Pertanto, particolare attenzione, durante la sua progettazione "è rivolta alla progettazione della rigidità del cablaggio di alimentazione, alla progettazione dell'RM e al collaudo dell'RP con le condizioni operative simulate più approssimative. La rigidità del cablaggio di alimentazione dell'RP influisce in modo significativo sulle sue caratteristiche .

Ad oggi, esistono vari metodi per calcolare e progettare il JIA RP, che si basano sulla soluzione numerica di equazioni lineari e non lineari che descrivono vari processi fisici. È necessario utilizzare tale tecnica nel calcolo dell'RP, che consente di tenere conto di tutti i possibili fenomeni che si verificano durante il funzionamento dell'RP. Tali fenomeni possono essere un contraccolpo nel cablaggio meccanico, una zona morta nella caratteristica di controllo, la mancanza di rigidità dell'alloggiamento RM, la rigidità del cablaggio di alimentazione del JIA RP, l'effetto idrodinamico sugli elementi mobili della cascata del getto , eccetera.

Per gli esperimenti numerici dell'aereo RP, è stato sviluppato un modello matematico, che consente di eseguire esperimenti numerici dell'RP nella fase iniziale di sviluppo. Contrariamente ai modelli matematici esistenti, nel modello matematico sviluppato dell'aereo RP sono state prese in considerazione anche le non linearità, che influiscono in modo significativo sulle sue caratteristiche. Queste non linearità includono il gioco nella trasmissione meccanica, l'isteresi nella caratteristica di controllo dell'EMF dell'SGRM, la dipendenza del momento idrodinamico del getto inverso dal movimento del tubo del getto che agisce sul tubo del getto dell'SGRM.

Nella modellazione numerica utilizzando il modello matematico sviluppato dell'aereo RP, è stata effettuata un'analisi dell'influenza di alcuni fattori sugli indicatori di qualità delle caratteristiche dinamiche, tra cui si possono individuare l'overshoot, il tempo di controllo, il movimento massimo del pistone e il carico inerziale, ecc. . , = 104.106 N/m, il valore di superamento viene ridotto del 50% e il tempo di regolazione tp con una rigidezza inferiore a s, = 106 N/m supera i valori ammissibili (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).

Nello studio delle caratteristiche del JIA RP, il problema inverso dell'influenza della non rigidità del cablaggio di alimentazione del RP sulla variazione dei processi fisici che si verificano durante l'uscita di un getto ad alta pressione dall'ugello conico della SGU è stato risolto. Con un cambiamento nella rigidità del cablaggio di alimentazione dell'RP, si verifica una pulsazione di pressione nelle cavità dell'HZ PM, che porta a una variazione del momento r / d che agisce sul tubo del getto.

Per determinare la coppia r / d, che influisce negativamente sulla caratteristica di controllo, il DGS è stato simulato nel pacchetto Ansys CFX. Come risultato degli studi, è stata ottenuta la dipendenza della variazione della coppia r / d dal movimento del tubo del getto per un RM a stadio singolo ed è stato anche condotto uno studio sull'effetto del r / d. momento sul tubo del getto sulle caratteristiche dinamiche. La variazione del momento r/d del getto inverso non è proporzionale allo spostamento del tubo del getto PM. In assenza dell'effetto r / d del getto inverso sul tubo del getto a una frequenza di oscillazione di 15 Hz, si osserva un funzionamento stabile del JIA RP. In questo caso, il coefficiente di trasmissione del RP è inferiore a 1,5 (per<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.

Nel corso del lavoro congiunto dei dipendenti di JSC “GRTs im. V.P. Makeev" e dipendenti del Dipartimento di Idromeccanica Applicata dell'USATU, è stato sviluppato uno stand sperimentale per studiare le caratteristiche statiche e dinamiche del JIA RP. Lo stand sperimentale consente di condurre ricerche con imitazione di un carico posizionale costante, che può variare da 0 a 5000 N e di un carico inerziale, che può avere valori di 0,45 e 90 kg. Il modello matematico sviluppato del JIA RP è adeguato all'oggetto reale, poiché l'errore nel confrontare i risultati della modellazione numerica ei risultati degli studi sperimentali non è superiore al 5%;

Analizzando i risultati di studi numerici e sperimentali, sono state ottenute caratteristiche come la caratteristica di flusso-goccia del PM, la caratteristica della zona morta quando l'attuatore è esposto a un carico posizionale e in sua assenza, la caratteristica del cambiamento di il coefficiente di flusso in diverse posizioni del tubo del getto, l'AFC del pistone del PM e il carico inerziale. L'analisi del confronto dei risultati della modellazione numerica e dei risultati degli studi sperimentali ha permesso di sviluppare un metodo per il calcolo del RP con un SGRM a stadio singolo. La tecnica sviluppata consente di ottenere caratteristiche nel calcolo del RP nella fase di progettazione iniziale. Lo sviluppatore può opzionalmente utilizzare il modello matematico sviluppato del JIA RP: utilizzarlo come una scatola nera senza modificare la struttura o apportare alcune modifiche allo studio numerico dell'RP dell'aeromobile. Quindi, è possibile apportare modifiche alla caratteristica di caduta di flusso dell'aeromobile, modificare i coefficienti empirici utilizzati, modificare la modalità di caricamento dell'RP dell'aeromobile.

Elenco della letteratura di ricerca di tesi Candidato di scienze tecniche Gallyamov, Shamil Rashitovich, 2009

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Lo schema a blocchi del modello di sterzo a motore elettrico è mostrato in Figura 4.5. Il timone insieme alla barca dovrebbe essere considerato il carico.

Figura 4.5 - Schema a blocchi del modello di azionamento elettrico del timone

Spostando il volante in un angolo α provoca (Figura 4.6) il movimento laterale (deriva con un angolo β deriva) e rotazione della nave attorno a tre assi reciprocamente perpendicolari: verticale (imbardata con velocità angolare p), longitudinale (roll) e trasversale (trim). Inoltre, a causa di un aumento della resistenza dell'acqua al movimento della nave, la sua velocità lineare è leggermente ridotta. v.

La Figura 4.7 mostra le caratteristiche statiche della coppia sul calcio del timone M B = f(α ) dall'angolo di trasferimento α lo per timoni diversi quando la nave si muove avanti e indietro. Queste caratteristiche non sono lineari e dipendono anche dalla velocità di movimento. v nave. Se l'imbarcazione è alla deriva, l'angolo α sostituire il timone con un angolo ( α+β ) tra il piano del timone e il flusso dell'acqua in ingresso. Pertanto, nell'influenza del timone sul motore elettrico della trasmissione del timone, oltre all'angolo effettivo α spostamento, devi anche prendere in considerazione i parametri del movimento della nave - l'angolo β deriva e velocità di linea v... Ciò significa che per analizzare la trasmissione elettrica del timone è necessario considerare l'ACS con la prua della nave (Figura 4.8), che include l'autopilota ( AR), scatola dello sterzo ( RM) e la nave. Lo sterzo è costituito da un volante e da un motore che lo aziona in rotazione. La nave si presenta sotto forma di due blocchi strutturali con funzioni di trasferimento per il controllo W Y(R) e per indignazione W B(R). Il motore di azionamento può essere DPT o IM con controllo di frequenza. La fonte di alimentazione per il DCT può essere un raddrizzatore controllato o un generatore di corrente continua. L'AD è alimentato dal convertitore di frequenza.


Figura 4.6 - Traiettoria di movimento durante la virata dell'imbarcazione e suoi parametri

Figura 4.7 - Caratteristica statica del timone


Nella modalità di stabilizzazione del processo di virata della nave, se assumiamo che la sua velocità lineare vè costante e la dipendenza della forza laterale e del momento idrodinamico agenti sul corpo dall'angolo di deriva β è lineare, e trascuriamo gli angoli di rollio e assetto, allora il sistema di equazioni che descrive la dinamica del moto della nave avrà la forma

(4.3)

dove F(T) È una funzione. tenendo conto dell'effetto sulla nave degli effetti di disturbo di onde, vento, correnti, ecc.;

un 11, ..., un 23- coefficienti dipendenti dalla forma dello scafo e dal carico della nave.

Figura 4.8. Schema strutturale dell'ACS in direzione della nave

Se escludiamo dal sistema (4.3) il segnale β , quindi si otterrà un'equazione differenziale che mette in relazione il valore del corso Ψ con un angolo α girando il timone e un segnale inquietante F(T):



dove T 11,…. T 31- costanti di tempo determinate tramite i coefficienti un 11, ..., un 23;

k Y e k B- coefficienti di trasferimento dell'ACS per la prua della nave, determinati anche attraverso i coefficienti un 11, ..., un 23.

In conformità con (4.4) funzioni di trasferimento del controllo W Y(R) e per indignazione W B(R) hanno la forma

L'equazione della meccanica del motore elettrico del dispositivo di sterzo ha la forma

o (4.6)

dove io- il rapporto di trasmissione del cambio tra motore e volante;

SM- il momento di resistenza, determinato attraverso il momento M B sul calcio del timone per espressione

Momento M B sull'asta del timone secondo la Fig. 4.7 è una funzione non lineare dell'angolo α .

(4.7)

In generale, il modello matematico della timoneria elettrica, tenendo conto dell'imbarcazione e dell'autopilota, è non lineare ed è descritto, almeno, da un sistema di equazioni (4.4), (4.5) e (4.6). L'ordine di questo sistema è il settimo.

Domande per l'autocontrollo

1. Spiegare la composizione e l'interazione degli elementi dello schema strutturale dell'azionamento elettrico del dispositivo di sterzo.

2. Spiegare i parametri che caratterizzano il processo di virata dell'imbarcazione causato dallo spostamento del timone.

3. Perché il modello di timoneria elettrica dovrebbe tenere conto dei parametri dell'imbarcazione?

4. Quali equazioni e in quali variabili descrivono il processo di movimento della nave con una virata?

5. Dare l'espressione delle funzioni di trasferimento della nave per governo e perturbazione con virata sulla rotta.

6. Giustificare il tipo e l'ordine del modello matematico dell'azionamento elettrico dello sterzo.

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