ЛЕКЦИЯ № 18 - ucoz8 Лекция 18. Автопилоты летательных...

1

Лекция № 18. Автопилоты летательных аппаратов.

Направления

подготовки:

Авионика

Аэронавигация

Системная инженерия

Дисциплина: Бортовые системы управления

Курс, семестр, уч. год: 3, весенний, 2011/2012

Кафедра: 301 – СУЛА

Руководитель обучения: ассистент Копысов Олег Эдуардович

ЛЕКЦИЯ № 18

ТЕМА: АВТОПИЛОТЫ ДЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Принципы действия автопилота

Автопилотом называется автоматический регулятор для управления угловыми

координатами и координатами центра масс ЛА.

Автопилот состоит из чувствительных элементов (датчиков) для измерения

регулируемых величин, вычислительного устройства для формирования сигналов

управления, усилительных устройств для преобразования и усиления сигналов. Дат-

чики могут быть аппаратно и программно объединены в блок, который выполняет

функции системы угловой ориентации ЛА (бесплатформенная, магнитометрическая

и других типов) или, в общем случае, интегрированной навигационной системы, из-

меряющей не только угловые координаты ЛА, но и параметры положения его цен-

тра масс в выбранной системе координат. Системы ориентации и навигации различ-

ных типов могут объединяться (комплексироваться) между собой.

Помимо перечисленных, могут быть и другие устройства например, про-

граммное, согласующее и другие. Так как ЛА имеют три угловые степени свободы,

должно быть не менее трех каналов управления, которые, в общем случае, связаны

между собой.

Принцип действия автопилота с жесткой обратной связью

при устранении начального отклонения по крену

Блок-схема автопилота (АП) с жесткой обратной связью (ЖОС) для автомати-

ческого управления креном ЛА приведена на рис. 18.1. Блок датчиков (БД) АП из-

2


меряет угол γ и угловую скорость крена. Выходные сигналы U и U БД посту-

пают на сумматор Σ, на который подается также сигнал з

U , пропорциональный за-

данному значению з крена. Разностные сигналы усиливаются в усилителе У и по-

даются на рулевую машинку РМ, которая перемещает элероны Э. При перемещении

элеронов через устройство ЖОС на сумматор подается сигнал обратной связи ОСU ,

уравновешивающий разностные сигналы управления.

Рисунок 18.1 – Блок-схема канона управления экранами

с жесткой обратной связью

Отклонение 1Э элеронов, пропорциональное разности сигналов U –

зU ,

может быть получено из равенства:

1 1( ),

Э Э з зK U U K

откуда

1( ),

Э Э зK

(18.1)

где ЭK – передаточный коэффициент ЖОС, т.е. коэффициент пропорциональ-

ности между отклонением элеронов и сигналом обратной связи;

1K – передаточный коэффициент чувствительного элемента, измеряющего

угол крена ЛА;

1/

Э ЭK K K

– передаточный коэффициент АП с ЖОС с крена на элероны.

Отклонение элеронов вызывает появление кренящего момента, действующего

на ЛА и вызывающего его разворот, при котором угол γ приближается к заданному

3


значению γз. Процесс восстановления заданного значения угла крена иллюстрирует-

ся рис. 18.2.

Рисунок 18.2 – Кривые переходных процессов устранения начального отклонения

угла крена: а – по угловым параметрам; б – по моментам

При отклонении ЛА по крену на угол γ0 (рис. 18.2, а) от заданного (нулевого)

значения АП отклоняет элероны на величину пропорциональную γ0, вследствие чего

появляется момент элеронов 0

ХЭМ (рис. 18.2, б), также пропорциональный γ0. Под

действием момента элеронов ХЭМ появляется угловое ускорение и нарастает уг-

ловая скорость , а угол крена начинает уменьшаться. В момент времени t1 мо-

мент демпфирования, обусловленный угловой скоростью , достигает значения

равного моменту элеронов, а затем начинает его превышать.

Результирующий момент Х ХЭ ХД

М М М изменяет свой знак, а следова-

тельно и ускорение изменяет свой знак. Начиная с момента времени t1 угловая

скорость уменьшается. Постепенно величины , , приближаются к нулевому

значению.

Заметим, чти для плавного подхода ЛА к заданному углу крена, кривая ХМ

4


должна один раз пересечь ось t и при этом площади, ограничиваемые этой кривой,

под осью t и над ней должны быть равны.

Если собственное демпфирование ЛА мало, то величины ХД

М оказывается

недостаточно для устранения начального угла крена по описанному сценарию. ЛА

проскакивает положение равновесия и процесс устранения начального отклонения

происходит с перерегулированием, т.е. происходит несколько колебаний ЛА отно-

сительно положения равновесия.

Для устранения колебательного процесса можно уменьшить передаточный ко-

эффициент автопилота Э

K с крена на элероны, пропорционально которому умень-

шится момент ХЭМ и произойдет замедление возвращения ЛА к положению равно-

весия. Угловая скорость также будет нарастать медленнее и достигать меньших

значений. Так как уменьшение происходит не пропорционально уменьшению ко-

эффициента Э

K , а в меньшей степени, торможение движения ЛА начинается доста-

точно далеко от положения равновесия и процесс устранения начального отклоне-

ния по крену происходит без перерегулирования.

Таким образом, устранение колебательности в переходном процессе путем

уменьшения передаточного коэффициента автопилота приводит к увеличению вре-

мени переходного процесса.

Колебательность переходного процесса при больших передаточных коэффи-

циентах можно устранить введением в АП регулирования по угловой скорости, т.е.

введением на вход АП сигнала U , пропорционального величине . Этот сигнал со-

здает дополнительное отклонение элеронов, которое вызывает дополнительный мо-

мент, направленный против вращения ЛА и пропорциональный . Таким образом,

сигнал U в АП с жесткой обратной связью создает момент, аналогичный моменту

собственного демпфирования ЛА.

Отклонение элеронов 2Э , обусловленное угловой скоростью , равно

2,

Э ЭК

(18.2)

где Э

К

– передаточный коэффициент АП с угловой скорости на элероны.

5


С учетом (18.1), (18.2) суммарное отклонение элеронов имеет вид:

1 2( ) ,

Э Э Э Э З ЭК К

откуда в операторной форме следует закон управления АП с жесткой обрат-

ной связью

( ) .Э Э З Э

К К s

(18.3)

Из рис. 18.2 видно, что при t = t1, которое составляет (15–20)% всего времени

переходного процесса, моменты XЭ XД

M M . Из равенства моментов демпфирова-

ния ЛА и развиваемого элеронами, можно установить связь между передаточными

коэффициентами АП с ЖОС и необходимой величиной собственного демпфирова-

ния ЛА X

Xm

. Имея в виду

;0 0x ЭI M M Mx BXx x Э

0 0( ) ; ( ) ,

0 0Э ЭXX X

X Э

M MxM m qSl M m qSlx xx x

запишем равенство:

1 1 1[ ( ) ( )] ( ),Э X

X Э Э Xm qSl К t К t m qSl t

(18.4)

где 1( )t , 1

( )t соответствуют углу и угловой скорости при t = t1.

Апериодический процесс устранения начального угла отклонения крена опи-

сывается решением дифференциального уравнения второго порядка движения ЛА

по крену для начальных условий γ(0) = γ0, (0) = 0:

01 ,

t

Tt

eT

(18.5)

где T – постоянная времени, равная обратной величине кратного корня харак-

теристического уравнения движения по крену.

Из (18.5) следуют выражения для угловых скорости и ускорения:

0 0

2 2, 1 .

t t

T Tt

te eT T T

(18.6)

Очевидно, что = 0 (XЭ XД

M M ) при t = t1 – T. После подстановки в уравне-

6


ние (18.4) величин γ(t), (t) при t = t1 = T, получим:

2 ,X

Э

XЭ Э

X

mК К T

m

откуда

(2 ).ЭX

X X Э Эm m К T К

(18.7)

Равенство (18.7) устанавливает связь между коэффициентом собственного

демпфирования ЛА и коэффициентами передачи автопилота, обеспечивающими

эффективное устранение начального отклонения по углу крена.

Принципы действия автопилотов по каналу крена


В процессе эксплуатации возможно воздействие на БПЛА возмущающего

ступенчатого воздействия (рис. 18.3, а), вследствие которого появляется отклонение

γ и угловая скорость крена (рис. 18.3, б), имеющие одинаковый знак. Под дей-

ствием сигналов углового отклонения и скорости автопилот отклоняет элероны, мо-

менты которых XЭM и

XДM направлены в сторону, противоположную моменту XВ

M

. В момент времени t1 достигается равенство нулю результирующего момента

X XВ XЭ XДM M M M

до подхода ЛА к установившемуся значению крена γуст . В дальнейшем, после мо-

мента t1 момент XM

меняет знак и обеспечивает торможение ЛА при приближении

угла крена к значению γуст. При окончании переходного процесса, когда скорость и

момент демпфирования приближаются к нулю, момент элеронов уравновешивает

возмущающий момент. Так как отклонение элеронов пропорционально углу крена,

то для компенсации внешнего момента в установившемся режиме требуется сохра-

нить угол крена ЛА γ = γуст .

7


Рисунок 18.3 – Кривые переходного процесса при воздействии ступенчатого креня-

щего момента: а – по моментам; б – по угловым параметрам

Имея в виду 0 , получим 0,Э

XЭуст XЭ Эуст XBM M M

или

,Э

XЭуст X ЭустM m qSl

где Эуст Э уст

К .

Из приведенных равенств получаем величину установившегося угла крена:

01

.Э

ХВуст

Э X

М

К m qSl

(18.8)

Величина уст

является статической ошибкой регулирования, возникающей

под действием возмущающего ступенчатого момента крена 0

ХВМ . Если на ЛА воз-

действует ступенчатый момент, то в установившемся режиме он может быть ском-

пенсирован лишь постоянным отклонением элеронов, которое обеспечивается авто-

пилотом. В АП с жесткой обратной связью это отклонение элеронов требует откло-

нения самого ЛА на угол уст

. Статические ошибки регулирования являются след-

ствием жесткой обратной связи, устанавливающей пропорциональность между от-

клонением угловой координаты ЛА и отклонением элеронов.

8


Рассмотрим процесс автоматического управления креном ЛА при задании на

вход АП управляющего сигнала в виде линейной функции времени ( )з з

U U t (рис.

18.4, а). Возрастающий сигнал на входе АП приводит к отклонению элеронов Э (t),

которое на рис. 18.4, б показано с обратным знаком. Следствием отклонения элеро-

нов является момент элеронов ( )ХЭ

М t (рис. 18.4, в) и угловое ускорение ЛА ( )t

(рис. 18.4, г). ЛА начинает накреняться на угол γ(t) с угловой скоростью (t) (рис.

18.4, г). При развороте ЛА по крену с блока датчиков (рис. 18.1) на вход АП посту-

пают сигналы , ,ОС

U U U (рис. 18.4, а), которые компенсируют управляющий сиг-

нал. При этом нарастание крена ЛА определяется нарастанием управляющего мо-

мента. С увеличением крутизны управляющего сигнала ( )з

U t увеличивается уста-

новившееся значение угловой скорости крена и отклонения элеронов, что вызывает

возрастание установившихся значений сигналов угловой скорости крена и жесткой

обратной связи.

Рисунок 18.4 – Кривые переходного процесса при подаче на вход автопилота

управляющего воздействия

а – сигналы на входе автопилота; б – угол отклонения элеронов; в – моменты,

воздействующие на ЛА; г – параметры движения ЛА по крену

Прекращение нарастания управляющего сигнала ( )з

U t в момент времени t1

9


вызывает уменьшение отклонения элеронов, появление импульсов результи-

рующего момента ( )Х

М t и углового ускорения ( )t отрицательного знака и посте-

пенное уменьшение угловой скорости (t) до нуля. Угол крена принимает значение,

при котором сигнал блока датчиков по крену уравновешивает установившийся

управляющий сигнал ( ) ( ) ( )з

U t U t t .

Недостатком схемы АП с жесткой обратной связью является наличие статиче-

ской ошибки регулирования при наличии постоянных возмущений в виде кренящих

моментов.

Принцип действия автопилота с изодромной обратной связью

Для устранения статических ошибок применяется АП с изодромной или ско-

ростной обратной связью, которая достигается тем, что сигнал, пропорциональный

отклонению руля, поступает на RС-ячейку (рис. 18.5, а), которая обеспечивает

функциональную связь между отклонением элеронов и сигналом обратной связи в

соответствии с передаточной функцией:

,1

ОСЭ

Э

U TsK

Ts

(18.9)

где T = CR – постоянная времени изодромной связи;

Кэ – коэффициент передачи датчика, воспринимающего отклонение элеронов

(на рис. 18.5, а – потенциометрический датчик).

При ступенчатом отклонении элеронов:

1( ),Э m

t

в соответствии с (18.9) сигнал изодромной обратной связи будет изменяться

по экспоненциальному закону (рис. 3.5, б):

,t

TОС Э m

U K e

(18.10)

т.е. при постоянном отклонении элеронов сигнал изодромной обратной связи с те-

чением времени стремится к нулю. Следовательно, постоянное отклонение элеро-

нов, необходимое для компенсации постоянных моментов, не приводит к появлению

10


постоянного сигнала на входе АП и появлению статической ошибки регулирования

крена. При отклонении элеронов по закону прямоугольного импульса (рис. 3.5, в)

сигнал Uос будет состоять из двух экспонент. Если постоянная времени T в несколь-

ко раз больше длительности импульса τ, то сигнал Uос за время τ уменьшится незна-

чительно и по форме будет близок к форме импульса Э отклонения элеронов. Сле-

довательно, сигнал изодромной обратной связи с большой постоянной времени при

быстрых движениях элеронов будет близок к сигналу АП с жесткой обратной свя-

зью.

Рисунок 18.5 – Формирование изодромной обратной связи

Таким образом, динамика устранения начального отклонения крена ЛА авто-

пилотом с жесткой обратной связью практически не отличается от динамики устра-

нения начального отклонения крена при помощи автопилота с изодромной обратной

связью. При замене жесткой обратной связи изодромной обратной связью с боль-

шой постоянной времени характер движения элеронов, изменение углов, угловых

скоростей и ускорений по крену в процессе устранения начального отклонения по

крену практически не изменяются.

Законы управления каналом крена автопилотами

с изодромнои и скоростной обратной связью

Для АП с изодромной обратной связью, как и для АП с жесткой обратной свя-

зью можно считать, что сигнал на входе равен сигналу обратной связи

.ВХ ОС

U U (18.11)

В равенстве (18.11) в соответствии с (18.9) имеем:

11


.1

ОС Э Э

TsU К

Ts

(18.12)

Входной управляющий сигнал определяется выражением:

1 2( ) ,

ВХ ЗU К К (18.13)

где 1

К , 2

К – передаточные коэффициенты датчиков, воспринимающих угол

и угловую скорость крена ЛА.

После подстановки (18.12), (18.13) в (18.11) получим закон управления канала

крена АП с изодромной обратной связью в операторной форме:

1 21( ) ,

Э З

Э Э

К КTss

Ts K K

(18.14)

Уравнение (18.14) можно представить в виде:

,Э Э ЗЭ Э Э З Э

K KK K K s

Т Т s

(18.15)

где 1 2

; .Э Э

Э Э

К КK K

К К

Из сравнения закона (18.15) управления автопилота с изодромной обратной

связью с законом (18.3) управления автопилота с жесткой обратной связью следует,

что в законе (18.15) имеется дополнительный интегральный член

( ) ,Э З ЭЗ

K Kdt

Т s Т

который и обеспечивает астатическую стабилизацию крена. Физически это обозна-

чает следующее. При появлении возмущающего ступенчатого момента происходит

отклонение крена ЛА. Интеграл отклонения крена по времени создает отклонение

элеронов, момент которых уравновешивает постоянный возмущающий момент.

Особенность АП со скоростной обратной связью заключается в том, что в нем

создается сигнал обратной связи Uос пропорциональный угловой скорости переста-

новки элеронов, который при большом коэффициенте усиления усилителя АП прак-

тически равен Uвх, т.е. сумме остальных сигналов БД (Uвх = Uос). При недостаточном

собственном демпфировании ЛА к сигналам, пропорциональным крену и угловой

12


скорости крена, добавляется сигнал, пропорциональный угловому ускорению крена

и равенство сигналов выглядит так:

2

1 2 3( ) ,

ТГ Э ЗK s К К s К s (18.16)

где ТГK – передаточный коэффициент тохогенератора, измеряющего скорость

вращения элерона;

3К – передаточный коэффициент датчика, воспринимающего угловое ускоре-

ние ЛА.

Закон управления (18.16) АП со скоростной обратной связью обычно записы-

вают в виде:

2( ) ,

Э Э З Э Эs K K s K s

(18.17)

где 1Э

ТГ

КK

K – передаточный коэффициент АП по крену;

2Э

ТГ

КK

K – передаточный коэффициент АП по угловой скорости крена;

3Э

ТГ

КK

K – передаточный коэффициент АП по угловому ускорению крена.

Если уравнение (18.17) представить в форме:

,ЗЭ Э Э Э

K K s Ks

(3.18)

и сравнить его с уравнением (18.15), то можно убедиться, что законы управления

АП с изодромной (18.15) и скоростной (18.18) обратной связью идентичны. Разли-

чие АП заключается в технических средствах получения управляющих сигналов.

Необходимо пояснить, что в АП со скоростной обратной связью сигнал пропорцио-

нальный углу крена обеспечивает астатическое регулирование крена при воздей-

ствии постоянных внешних кренящих моментов; сигнал, пропорциональный угло-

вой скорости крена обеспечивает составляющую отклонения элеронов, пропорцио-

нальную отклонению крена, а сигнал пропорциональный угловому ускорению, яв-

ляется демпфирующим сигналом, компенсирующим недостаточное собственное

демпфирование ЛА и обеспечивает отклонение руля, предотвращающее перерегу-

лирование.

13


Принципы действия автопилотов по каналу тангажа


Автоматическое управление углом тангажа связано как с вращением ЛА отно-

сительно поперечной оси, т.е. с изменением угла тангажа, так и с поворотом вектора

скорости. Вращение ЛА относительно поперечной оси совершается под действием

продольных моментов ZBM , а поворот вектора скорости — под действием нормаль-

ных сил BY . Повороты продольной оси ЛА и вектора линейной скорости связаны че-

рез угол атаки, которым, с одной стороны, определяется продольный момент соб-

ственной устойчивости, а с другой – подъемная сила. В ЛА с дозвуковыми скоро-

стями полета управление по каналу тангажа осуществляется с помощью руля высо-

ты, не меняя силу тяги двигателя.

Блок-схема канала руля высоты автопилота приведена на рис. 18.6.

Рисунок 18.6 – Блок-схема канала руля высоты автопилота

На вход звена ЛА, которое описывает динамику его продольного движения,

поступают воздействия от руля высоты РВ и возмущений ZBM , B

Y . Выходом звена

являются отклонения углов тангажа ϑ, атаки α, угла наклона траектории θ, а также

производные и . Сигналы 1 2,U U , пропорциональные величинам ϑ и , выра-

батываются блоком датчиков БД, поступают на сумматор Σ, а затем через усилитель

У на рулевую машинку РМ, которая перемешает РВ и датчик жесткой обратной свя-

зи ЖОС.

14


При отклонении угла тангажа от заданного З на величину 1 З

и при со-

хранении направления вектора линейной скорости под действием разностного сиг-

нала 1 ЗU U после усиления РМ перемещает РВ и датчик ЖОС до тех пор, пока не

наступит равенство 1ОС ЗU U U . Если быстродействие РМ достаточно велико,

то за время отклонения РВ и датчика ЖОС изменение угла тангажа будет незначи-

тельным вследствие инерционности ЛА и будет иметь место равенство:

1 1( )

В В ЗК К , откуда

( ),В В З

К (18.19)

где 1К – коэффициент передачи БД по углу тангажа;

ВК –коэффициент передачи датчика ЖОС;

1В

В

КК

К – передаточный коэффициент с тангажа на руль высоты для АП с

ЖОС (это отношение называют также порцией руля высоты по углу тангажа).

Под действием момента руля высоты угол тангажа возвращается к заданному

значению. Одновременно к исходному положению возвращается и руль высоты

(рис. 18.7). При отклонении угла ϑ от ϑЗ и сохранении угла θ происходит изменение

угла атаки, равное в начальный момент приращению угла тангажа (рис. 18.7, а). От-

клонение угла атаки создает момент собственной устойчивости ZM (рис. 18.7, б),

совпадающий по знаку с моментом руля и стремящийся повернуть продольную ось

ЛА к прежнему положению Если собственное демпфирование ЛА достаточно вели-

ко, то за счет момента ZД

M при подходе ЛА к заданному положению образуется

момент, препятствующий переходу ЛА через заданное положение равновесия (рис.

18.7, в).

Для сокращения времени переходного процесса целесообразно увеличивать

коэффициент В

К

. Однако при этом, при быстром подходе ЛА к заданному углу тан-

гажа, вследствие его инерционности и недостаточного собственного демпфирования

возможно колебательное движение ЛА около заданного положения. При этом время

переходного процесса может наоборот увеличиться. Для предотвращения колебаний

15


необходимо обеспечить угол отклонения руля высоты, при котором будет отсут-

ствовать перерегулирование.

Рисунок 18.7 – Кривые переходного процесса устранения начального

угла тангажа: а – угловые координаты; б, в — моменты

Для этого руль высоты должен пройти через исходное положение раньше, чем

угол тангажа (рис 18.8) и создать момент, нормализующий движение ЛА во время

его приближения к заданному углу тангажа.

Рисунок 18.8 – Кривые переходного процесса устранения начального угла от-

клонения тангажа при использовании сигнала по скорости:

а – угловые параметры; б – момент

16


Такое отклонение руля высоты может быть создано подачей сигнала по угло-

вой скорости В

К . При этом при возвращении угла ϑ к заданному значению ϑЗ, угол

и угловая скорость тангажа имеют разные знаки (рис. 18.8, а). По мере уменьшения

отклонения угла ϑ и возрастания сигнал по угловой скорости В

К сначала в мо-

мент времени t1 становится равным и противоположным по знаку сигналу

( )В З

К (рис. 18.8, б), а затем начинает превосходить его, вызывая отклонение

руля высоты, тормозящее движение ЛА.

Сигнал по угловой скорости обеспечивает искусственное демпфирование ко-

лебаний ЛА по тангажу.

Таким образом, в АП с жесткой обратной связью качественные переходные

процессы могут быть получены при использовании сигналов по углу и угловой ско-

рости тангажа. Если собственное демпфирование колебаний ЛА обеспечивает тре-

буемые переходные процессы, сигнал по угловой скорости можно не использовать.

При стабилизации угла тангажа возможно также применение сигналов по углу

атаки α и угловому ускорению тангажа .

Введение сигнала по углу атаки обеспечивает создание искусственного мо-

мента устойчивости по углу атаки. При этом предотвращается появление недопу-

стимых перегрузок.

Введение сигнала по угловому ускорению обеспечивает создание искус-

ственного момента инерции ЛА. Такой сигнал способствует ограничению углового

ускорения при подаче на АП больших и резко изменяющихся сигналов перена-

стройки. Однако, эти сигналы применяются редко.

Способы управления углом тангажа

Автоматическое управление углом тангажа может осуществляться путем за-

дания управляющего сигнала в виде ступенчатой функции, линейной функции вре-

мени или суммы ступенчатого и линейного сигналов. На рис. 18.9 приведена схема

формирования управляющего сигнала в общем случае в виде суммы ступенчатого и

17


линейного сигнала.

Рисунок 18.9 – Схема формирования управляющего сигнала

Задатчик (ручка управления) формирует сигнал, который пересылается в бор-

товую аппаратуру управления ЛА. На вход автопилота в общем случае поступает

сигнал ЗU , который состоит из суммы ступенчатого сигнала 1З

U и линейного сиг-

нала 2ЗU , создаваемого перемещением движка потенциометра П или другого дат-

чика от электродвигателя ЭД. Если задатчик вернуть в исходное (нулевое) положе-

ние, то ступенчатый сигнал убирается, и суммарный сигнал управления уменьшает-

ся скачком.

Рассмотрим процесс управления тангажом при подаче ступенчатого сигнала

управления 1ЗU , соответствующего новому значению угла тангажа З

(рис. 18.10).

Рисунок 18.10 – Кривые переходного процесса по тангажу при ступенчатом

управляющем сигнале

Управляющий сигнал вызывает пропорциональное отклонение руля высоты

В (показано с обратным знаком), который создает момент, вызывающий вращение

ЛА относительно поперечной оси. В результате происходит увеличение углов тан-

18


гажа ϑ и атаки α. Увеличение угла атаки приводит к появлению нормальной силы,

которая вызывает поворот вектора линейной скорости ЛА вслед за поворотом его

продольной оси. Происходит медленное изменение углов тангажа и наклона траек-

тории θ до нового заданного значения и уменьшение угла атаки до нуля. После

установления нового значения угла θ изменяется проекция силы тяжести на направ-

ление вектора скорости, что приводит к новому значению скорости ЛА. Изменения

скорости можно избежать, если одновременно с изменением скорости изменять тя-

гу двигателя.

Рассмотрим процесс управления тангажом при подаче на вход автопилота

управляющего сигнала в виде линейной функции 2( )

ЗU t , крутизна которой опреде-

ляется задатчиком (рис. 18.9). На рис. 18.11, а показан линейный сигнал управления

( )З

U t , который вызывает поворот руля ( )В

t (на рис. 18.11, б показан с обратным

знаком), вследствие чего начинается вращение ЛА относительно поперечной оси и

изменение угловых параметров ЛА (рис. 18.11, в).

При достаточно длительном времени нарастания управляющего сигнала уста-

навливается постоянное отклонение руля и постоянная угловая скорость тангажа .

Нарастание сигнала ( )З

U t будет компенсироваться нарастанием сигнала

1 1( ) ( )U t K t , пропорционального углу тангажа, вырабатываемому в БД. Сигнал

1U отстает от сигнала ( )

ЗU t на постоянную времени З

, определяемую параметра-

ми ЛА и автопилота. Разность сигналов 1ЗU U компенсирует сумму сигналов

( ) ( )ОС В В

U t K t и сигнала 2 2

( ) ( )U t K t , пропорционального угловой скорости,

вырабатываемой БД

Изменения моментов, обусловленных параметрами ( )В

t (момент ( )Z

М t ),

( )t (момент ( )ZД

М t ), α(t) (момент ( )Z

М t ) и суммарного момента

( ) ( ) ( ) ( )Z Z ZД Z

М t М t М t М t , показаны на рис. 18.11, г.

Вследствие отставания вектора скорости ЛА от его продольной оси устанав-

ливается угол атаки, обеспечивающий вращение вектора линейной скорости с угло-

вой скоростью вращения продольной оси ЛА.

19


Рисунок 18.11 – Кривые переходного процесса по тангажу при линейном

управляющем сигнале: а – управляющие сигналы; б – угол отклонения руля;

в – угловые параметры; г – моменты

В момент времени t1 происходит прекращение нарастания управляющего сиг-

нала, но ЛА под действием момента ( )Z

М t продолжает изменять угол ϑ до тех пор,

пока сигнал 1 1U K не сравняется с сигналом ( )

ЗU t , а руль высоты не займет

прежнее положение (рис. 18.11, а,б).

Какие бывают типы обратных связей в системах управле-

ния? Рассмотреть все возможные типы обратных связей и запи-

сать передаточные функции возможных замкнутых систем

управления с ними.

Термины для занесения в тезаурус: автопилот, закон управления, жесткая об-

ратная связь, изодромная обратная связь, задатчик.

ЛЕКЦИЯ № 18 - ucoz8 Лекция 18. Автопилоты летательных...

Documents