АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ УГЛОМ ТАНГАЖА

9.1.1. Автопилоты угла тангажа

Устройство и работа. Необходимость управления углом тангажа обусловлена статичностью самолета как объекта управления по этой координате в продольном короткопериодическом движении под действием внешнего момента тангажа или вертикального ветра. При решении этой задачи пилот, наблюдая за изменением угла тангажа по указателю авиагоризонта, воздействует на колонку штурвала и отклоняет руль высоты таким образом, чтобы самолет удерживал требуемое значение угла тангажа или изменял его соответствующим образом. Для освобождения пилота от необходимости ручной стабилизации и управления продольным короткопериодическим движением самолета служат автопилоты угла тангажа.

Автопилот угла тангажа (АПи) — средство автоматического управле­ния, обеспечивающее стабилизацию и управление продольным коротко — перидическим движением самолета на всех этапах полета путем отклонения руля высоты при возникновении рассогласования между значениями текущего и заданного углов тангажа.

Простейший автопилот угла тангажа реализует следующий закон управления рулем высоты:

8зП“= + ки(Ао-Аизад), (9.1)

о АГш _

где ов — автоматическое отклонение руля высоты от балансировочного положения автопилотом угла тангажа; Ди и А иэад-соответственно приращения текущего и заданного значений угла тангажа; к„- передаточный коэффициент по углу тангажа, определяющий, на какой угол должен отклониться руль высоты при возникновении рассогласования между значениями приращений текущего и заданного углов тангажа в 1°. ■

Другими словами, автоматическое отклонение рулей высоты от балан­сировочного положения автопилотом угла тангажа пропорционально угловой скорости тангажа и разности приращений текущего и заданного углов тангажа. .

Автопилоты угла тангажа устанавливаются на самолеты как с прямой обратимой системой управления рулем высоты, так и с бустерной или электродистанционной системой. В зависимости от вида системы управле­ния автопилоты обеспечивают либо параллельную схему включения испол­нительного устройства сервопривода в механическую проводку управления рулем высоты (прямые обратимые системы управления), либо последо­вательную схему (бустерные и электродистанционные системы управле­ния).

Как в том, так и в другом случае исключается возможность совместного управления рулем высоты автопилотом и пилотом от колонки штурвала.

При воздействии пилота на колонку штурвала автопилот выключается и освобождает механическую проводку управления рулем высоты.

В зависимости от принципа действия сервопривода различают электро­механические и электрогидравлические автопилоты угла тангажа. Рас­смотрим функциональную схему аналогового электромеханического авто­пилота угла тангажа с жесткой и скоростной обратными связями в сервоприводе (рис. 9.1). В состав автопилота входят датчик угловой скорости тангажа ДУС, датчик угла тангажа-гировертикаль ТВ, задатчик угла тангажа-рукоятка управления РУ, механизм согласования МС и сер­вопривод руля высоты. Механизм согласования вместе с сумматором сервопривода образуют канал руля высоты вычислителя автопилота ВАШ.

Автопилот угла тангажа работает в трех режимах: согласования, стаби­лизации и управления углом тангажа. В режиме согласования рулевая машина высоты не включена, а положение ее выходного вала согласовано с положением руля высоты. На вход механизма согласования с гироверти­кали поступает сигнал ии, пропорциональный текущему значению угла тангажа о #0. Контакт 7 замкнут и с выхода сумматора сервопривода на вход механизма согласования поступает сигнал, пропорциональный алгебраической сумме сигналов и,, и ижос (для простоты будем считать самолет сбалансированным и руль высоты неподвижным, тогда 5В 6ал ф О, и*ос ^0, исос = 0, = 0). В механизме согласования происходит обнуление

этих сигналов таким образом, что выходной сигнал с сумматора сервопри — . вода становится равным нулю. Таким образом происходит синхронизация канала тангажа до включения его в режим стабилизации и запоминание ■ текущего значения угла тангажа. Автопилот готовится к безударному включению для управления рулем высоты.

В режиме стабилизации угла тангажа рулевая машина подключается для управления рулем высоты. Сигнал иди пропорционален разности значений угла тангажа и балансировочного положения руля высоты на

момент включения режима стабилизации. Сигнал с выхода сумматора сервопривода отключается от механизма согласования (контакт 1 размы­кается). Любое отклонение самолета по углу тангажа А и = (в — в0) под действием внешних возмущений от того угла тангажа в0, который имел самолет в момент включения режима стабилизации, воспринимается автопилотом как рассогласование, которое необходимо парировать. Закон управления в этом режиме принимает вид —

&вПи = k®, wz + к„ А в. (9.2)

Сигнал с гировертикали ГВ и„ поступает на вход механизма согла­сования МС, который формирует сигнал иди, пропорциональный разности (в — в0). Сервопривод преобразует этот сигнал в перемещение вала рулевой

машины 8^ и. Как только сигнал обратной связи ижос уравновесит сигнал с гировертикали и„, отработка руля высоты рулевой машиной прекратится и руль остановится в некотором положении, пропорциональном возникше­му рассогласованию (в — в0).

Отклонение руля высоты вызовет появление управляющего аэродина­мического момента М^, противоположного по знаку возмущению,

вызвавшему рассогласование (в — в0). Поэтому рассогласование будет уменьшаться, а вместе с этим будет уменьшаться и сигнал с выхода МС иди. Когда текущее значение угла тангажа в сравняется с требуемым значением в0, сервопривод под действием сигнала обратной связи ижос возвратит руль высоты обратно в балансировочное положение. Таким образом, самолет вернется к тому значению угла тангажа, который он имел в момент включения режима стабилизации.

Сигнал с ДУС и*, обеспечивает демпфирование продольных коротко­периодических колебаний, как это было подробно описано при рас­смотрении демпфера тангажа. Сигнал с тахогенератора ТГ рулевой машины исос обеспечивает лучшие динамические характеристики серво­привода.

Пилот, воздействуя на рукоятку управления «Спуск — подъем», задает управляющий сигнал ид^, который суммируется с сигналом приращения текущего угла тангажа механизма согласования ид„. При этом форми­руется сигнал рассогласования, пропорциональный (Ли — Дозад). Авто­пилот парирует это рассогласование, возникшее в результате управления, так же как при рассогласовании (в — в0), возникшем в результате внешнего возмущения в режиме стабилизации.

Существуют два основных способа управления углом тангажа: «по положению» рукоятки управления и «по скорости». В первом случае угол тангажа самолета устанавливается пропорционально углу отклонения рукоятки «Спуск-подъем». Во втором случае угол отклонения руля высоты устанавливается пропорционально времени воздействия пилота на гашетку «Спуск-подъем», т. е. ведется управление угловой скоростью тангажа. В последнее время второй способ управления углом тангажа с помощью автопилота на самолетах ГА не применяется.

Рис. 9.2. Функциональная схема аналогового электрогидравлического автопилота угла тангажа

, Рассмотрим функциональную схему аналогового электрогидравли­ческого автопилота угла тангажа (рис. 9.2). Такой автопилот имеет жесткую обратную связь в сервоприводе. В состав автопилота входят те же датчики текущих и заданных параметров, что и в электромеханическом автопилоте. Так как усиление управляющего сигнала на рулевой агрегат осуществляется малогабаритным полупроводниковым усилителем У, это позволяет разместить его в электронном блоке вычислителя автопилота ВАШ вместе с сумматором сервопривода С и сумматором автопилота С1. Обнуление сигнала угла тангажа осуществляется в блоке согласования БС, который обычно является самостоятельным конструктивным блоком.

В режиме согласования в электрогидравлическом автопилоте нет необ­ходимости обнулять сигнал обратной связи. Это связано с тем, что режим стабилизации угла тангажа включается при стриммированном положении руля высоты, когда шток рулевого агрегата находится в нейтральном положении. Тогда согласование канала тангажа автопилота осущест­вляется только по сигналу текущего угла тангажа и„ с гировертикали ТВ. Таким образом, в режиме согласования блок согласования БС запоминает текущее значение угла тангажа самолета и0 аналогично тому, как это делал механизм согласования МС электромеханического автопилота.

Работа электрогидра’влического автопилота угла тангажа в режимах стабилизации и управления аналогична работе электромеханического автопилота.

Управление продольным корттеопериодическим движением самолета с помощью автопилота угла тангажа. Рассмотрим процесс устранения начального отклонения угла тангажа А о с помощью автопилота (рис. 9.3).

Отклонение автопилотом руля высоты 5^ 11 создает управляющий момент тангажа MzV Отклонение угла тангажа от заданного значения сопро­вождается изменением угла атаки А а, равным в начальный момент времени приращению угла тангажа Аи. Изменение угла атаки создает статический момент устойчивости по углу атаки Mza, совпадающий по знаку с

управляющим моментом тангажа и стремящийся повернуть продоль­ную ось самолета к прежнему положению. Если собственное демпфирова­ние самолета достаточно, то за счет динамического демпфирующего момента при подходе самолета к заданному положению момент

тангажа Mz, равный сумме моментов Mza, MZ0)i и Mzs>, меняет знак. Это

обеспечивает плавный выход самолета на заданный угол тангажа.

Однако при быстром подходе к заданному углу тангажа самолет вследствие своей инерционности и недостаточного собственного демпфиро­вания может проскочить заданное положение, совершив вокруг него ряд колебаний. Для предотвращения колебаний автопилот должен обеспечить такое отклонение руля высоты, которое препятствовало бы переходу угла тангажа через заданное значение. Для этого руль высоты должен пройти через исходное положение раньше, чем угол тангажа, и создать момент, тормозящий движение самолета во время приближения к заданному значению угла тангажа. Такое тормозящее отклонение руля высоты создается автопилотом по сигналу угловой скорости roz (рис. 9.4).

При возвращении угла тангажа к заданному значению о0 приращение угла тангажа До и угловая скорость тангажа ю2 имеют разные знаки. Сначала угловая скорость тангажа мала, а отклонение угла тангажа велико. Поэтому момент руля высоты MzgB и приращение угла тангажа До имеют

разные знаки. По мере уменьшения угла тангажа и возрастания угловой

скорости тангажа в момент времени tj сигнал кИг ю2 становится равным

сигналу киДи, а затем начинает превосходить его, вызывая отклонение руля высоты, тормозящее движение самолета. ■

Считается, что автопилот угла тангажа обладает требуемым качеством, если переходный процесс, вызванный ступенчатым управляющим воздейст­вием, не выходит из области допустимых значений показателей качества. Такими показателями качества являются точность стабилизации угла тангажа Д„ = |Ди — Диюд|, величина перерегулирования угла тангажа ст„

и время регулирования угла тангажа t^,.. Идеальный переходный процесс,

которому соответствуют оптимальные значения передаточных коэф-

* * •

фициентов (Ц, и кш), закона управления автопилота угла тангажа (9.1) имеет плавный апериодический вид (рис. 9.5).

Так как направление вектора скорости самолета изменяется под действием сил, а не моментов, то сначала при отклонении руля высоты автопилотом вектор скорости не поворачивается за продольной осью. Вследствие этого увеличивается угол между продольной осью и вектором скорости — угол атаки. Следствием увеличения угла атаки является появле­ние нормальной силы, вызывающей поворот вектора скорости вслед за поворотом продольной оси.

Процесс изменения угла тангажа во времени можно разделить на два периода. Сначала происходит быстрое увеличение угла тангажа и соответ­ственно этому — возрастание угла атаки. Затем в течение нескольких секунд-медленное дотягивание угла тангажа и угла наклона траектории до заданного значения и постепенное уменьшение угла атаки до нуля. Следует

Поэтому Мх*

Таким образом, величина Аиуст является статической ошибкой регули­рования, возникающей под действием возмущающего момента MZB. Эта величина пропорциональна возмущающему моменту и обратно пропор­циональна передаточному коэффициенту автопилота по углу тангажа ки.

Автопилот угла тангажа с жесткой обратной связью в сервоприводе является статическим по отношению к внешнему ступенчатому возмущаю­щему моменту тангажа. Статическая ошибка регулирования является следствием жесткой обратной связи, устанавливающей пропорциональ­ность между отклонением угла тангажа и отклонением рулей высоты. Если на самолет воздействует ступенчатый момент, то в установившемся режиме

273

он может компенсироваться лишь постоянным отклонением рулей высоты автопилотом.

Рассмотрим процесс устранения автопилотом угла тангажа с жесткой обратной связью в сервоприводе внешнего ступенчатого силового возму­щения FyB, вызванного, например, уменьшением массы самолета на величину Дт вследствие выгорания топлива. Уменьшение массы вызовет поворот вектора скорости вверх. При этом произойдет уменьшение угла атаки и уменьшение подъемной силы. Установится такое значение угла атаки, при котором обеспечится равенство подъемной силы новому значе­нию силы тяжести самолета. Уменьшение угла атаки приведет к уменьше­нию момента статической устойчивости Mza, что вызовет поворот про­дольной оси самолета и изменение угла тангажа. Автопилот среагирует на это изменение отклонением рулей высоты. Установится такое отклонение рулей высоты, при котором момент Мд, при изменившемся угле атаки уравновесит управляющий момент М^. Отклонение рулей высоты авто­пилотом угла тангажа с жесткой обратной связью в сервоприводе ‘ возможно лишь при наличии рассогласования по углу тангажа. Стати­ческую ошибку можно определить из следующего соотношения:

^ 1 m? B 2Amg

vyCT 1 ‘

k« о£ с“ S р V2

Таким образом, статическая ошибка прямо пропорциональна измене­нию массы самолета и обратно пропорциональна передаточному коэф­фициенту автопилота по углу тангажа к„.

Важным вопросом при исследовании динамики самолета, управляемого автопилотом угла тангажа, является оценка влияния ветровых возмущений на вертикальную перегрузку. Автопилот угла тангажа при определенных сочетаниях параметров может увеличить ветровую перегрузку. Это объясняется тем, что автопилот, стабилизируя ось самолета в про­странстве, практически лишает самолет возможности изменять угол атаки и уменьшать приращение перегрузки за счет поворота вокруг центра масс.

С другой стороны, автопилот может и уменьшить ветровую перегрузку, так как включение автопилота увели­чивает затухание колебаний по срав­нению со свободным самолетом.

Однако в любом случае автопилот угла тангажа увеличивает собствен­ную частоту продольных короткопе­риодических колебаний самолета. Это приводит к снижению уровня спектральной плотности угловых ко-

В результате среднее квадратическое отклонение нормальной перегрузки существенно снижается, что приводит к уменьшению неконтролируемого расхода ресурса конструкции самолета при полете в турбулентной ат­мосфере.

Рассмотрим процесс устранения автопилотом угла тангажа вертикаль­ного ветрового возмущения, имеющего скорость Wy (рис. 9.7). При попадании в вертикальный восходящий поток воздуха угол атаки самолета практически мгновенно изменяется на величину Aaw = wy/V°. Угол тангажа Ди и угол наклона траектории А6 = (Ли — Да + сначала

сохраняют свои значения. Однако ввиду увеличения угла атаки увели­чивается подъемная сила самолета, разворачивающая вверх вектор путевой скорости самолета.

Момент статической устойчивости Мш поворачивает продольную ось самолета навстречу ветру. Оба эти явления уменьшают угол атаки. Начи­нают возрастать углы тангажа и наклона траектории. Автопилот реагирует на изменение угла тангажа и отклоняет рули высоты. Угол тангажа возвращается к прежнему значению. Самолет приобретает скорость ветра и сохраняет значения углов атаки, тангажа и отклонение рулей высоты, которые были до момента попадания самолета в вертикальный поток воздуха. Таким образом, постоянная нормальная составляющая ветра не влияет на точность стабилизации угла тангажа автопилотом. Однако приращение угла наклона траектории изменяет исходный режим полета.

Особенности законов управления автопилотов угла тангажа. Для умень­шения статических ошибок автопилота угла тангажа и обеспечения его астатизма применяются три основных способа. Первый способ основан на интегрирующих свойствах сервопривода, охваченного изодромной обрат­ной связью. Второй способ предполагает введение в закон управления автопилота сигнала, пропорционального интегралу от рассогласования по углу тангажа. Третий способ предусматривает использование дополни­тельного параллельного интегрирующего сервопривода.

Закон управления автопилота угла тангажа с изодромной обратной связью в сервоприводе имеет следующий вид:

Т р. Л11 и

-—— 8В = 4fflz + к» АО, (9.5)

Т„Р + 1

где Ти постоянная времени изодрома сервопривода.

Изодромную обратную связь можно получить пропусканием сигнала позиционной обратной связи по отклонению вала рулевой машины высоты через КС-цепочку, имеющую передаточную функию реального дифферен­цирующего звена WRC(p) = Тир/(Тир + 1).

Большее распространение получили схемы сервоприводов, реализую­щих изодромную обратную связь путем суммирования сигнала, про­порционального отклонению вала рулевой машины высоты, взятого с обратным знаком, и этого же сигнала, пропущенного через электро­механизм согласования с передаточной функцией апериодического звена

wMC(p) = 1/СГ. р + 1).

В структурной схеме аналогового электромеханического автопилота угла тангажа с изодромной обратной связью в сервоприводе (рис. 9.8) на выходе сумматора 4 имеем

На выходе сумматора 2 имеем А = А о — Дизад. На выходе сумматора 5 имеем закон управления (9.6). Таким образом обеспечивается стабилиза­ция и управление углом тангажа самолетов Ил-62 и Ил-86 с помощью системы САУ-1Т-2.

-АШ>

Если автопилот. отклоняет руль высоты на угол ов, то сигнал изодромной обратной связи будет изменяться по экспоненциальному закону (рис. 9.9):

где к0,с- передаточный коэффициент датчика обратной связи, воспринимающего отклонение вала рулевой машины высоты.

При постоянном отклонении рулей высоты сигнал изодромной обрат­ной связи с течением времени стремится к нулю. Из этого следует, что постоянное отклонение рулей высоты, потребное для компенсации постоян­ных моментов, при наличии изодромной обратной связи не приводит к появлению постоянного сигнала на входе автопилота и появлению статической ошибки регулирования угла тангажа.

При отклонении руля высоты по закону прямоугольного импульса сигнал обратной связи и0 с будет состоять из двух участков экспонент. Если постоянная времени Ти имеет достаточное значение и превышает в несколько раз длительность импульса т, то за время импульса сигнал обратной связи уменьшится незначительно и по форме будет близок к импульсу отклонения руля. Отсюда следует, что сигнал изодромной обратной связи с большой постоянной времени при быстрых движениях руля будет близок к сигналу жесткой обратной связи. Движение самолета

по углу тангажа является быстрым движением, совершающимся в течение 1-2 с. Это движение обеспечивается отклонением рулей высоты на корот­кие отрезки времени длительностью в десятые доли секунды. Постоянная времени изодромной обратной связи Ти = 2 — 3 с обеспечивает в этом случае сигнал обратной связи, аналогичный тому, какой создает жесткая обратная связь. Поэтому процесс устранения начального отклонения угла тангажа самолета при помощи автопилота с изодромной обратной связью практически не отличается от аналогичного процесса, обеспечиваемого автопилотом с жесткой обратной связью (см. рис. 9.4).

Процесс устранения внешнего ступенчатого моментного возмущения автопилотом угла тангажа с изодромной обратной связью в сервоприводе (рис. 9.10) поначалу совпадает с процессом компенсации такого момента автопилотом с жесткой обратной связью. Накопленное отклонение рулей высоты, создающих управляющий момент для компенсации внешнего момента, в начале процесса вызывает подачу на вход сервопривода сигнала изодромной обратной связи. Затем этот сигнал постепенно уменьшается, что вызывает дополнительное отклонение рулей высоты и возвращение самолета к опорному значению угла тангажа. С течением времени устанав-

АП,.

ливается отклонение рулей высоты (5В )ус1, при котором управляющий

момент (Мй,)уСТ полностью компенсирует внешний момент М2В. Тогда исчезает сигнал изодромной обратной связи.

Рассмотрим второй способ обеспечения астатизма автопилота угла тангажа. Закон управления автопилота, реализующего принцип пропор­ционально-интегрально-дифференциального управления (ПИД-управле — ния), имеет вид

Р

где кг — передаточный коэффициент по интегралу рассогласования угла тангажа.

Интегральная составляющая закона управления (9.7) может быть получена путем пропускания сигнала АО через электромеханический интегрирующий привод с передаточной функцией W„n(p) = Kju/p. Струк­турная схема аналогового электромеханического автопилота угла тангажа с ПИД-управлением представлена на рис. 9.11.

Покажем, что закон управления с изодромной обратной связью (9.5) эквивалентен закону управления с ПИД-управлением. Для этого поделим левую и правую части (9.5) на Тяр/(Тир + 1):

Откуда с учетом того, что coz/p = Аи, получим

. Г *41 L. kk

8В =ки ю2+ ку Н—————— Ли I —Ли км, mzzl к„До I —Аи,

L iHJ Тир р

гдек„ = к,+ т.’-j,,- Т-

Таким образом, процесс устранения внешнего ступенчатого моментного возмущения автопилотом угла тангажа с ПИД-управлением аналогичен рассмотренному процессу для автопилота угла тангажа с изодромной обратной связью в сервоприводе (см. рис. 9.10).

Рассмотрим третий способ обеспечения астатизма автопилота угла тангажа с использованием дополнительного параллельного интегрирую­щего сервопривода. Закон управления рулем высоты имеет вид

в „АПи jAnJu

О- Т On *

где 8В формируется согласно (9.1).

АП[»

Интегрирующая составляющая закона управления (9.8) 5В получается путем пропускания сигнала Аи через электромеханический привод устрой­ства триммерного эффекта УТЭ с передаточной функцией Wyi3(p) = = Fjukj„/p, где Fj„ — нелинейное звено с зоной нечувствительности. Структурная схема аналогового электрогидравлического автопилота угла тангажа с дополнительным параллельным интегрирующим сервоприводом (рис. 9.12) соответствует режиму стабилизации и управления углом тангажа с помощью системы АБСУ-154.

Как только статическая ошибка Аи превысит порог зоны нечувстви­тельности звена Fj„ УТЭ, происходит отработка механической проводки управления рулем высоты. Закон управления (9.8) эквивалентен закону 278

Рис. 9.11. Структурная схема аналогового электромеханического автопилота угла тангажа с ПИД-управлением

с ПИД-управлением и обеспечивает астатизм по отношению к внешнему моменту тангажа.

Цифроаналоговые автопилоты угла тангажа. В последнее время наблю­дается тенденция к постепенной утрате самостоятельной роли задачи автоматического управления и стабилизации угла тангажа. Это обуслов­лено переходом к непосредственному автоматическому управлению про­дольным движением центра масс самолета. При управлении продольным траєкторним движением самолета контуры управления углом тангажа и нормальной перегрузкой являются внутренними. Управление движением центра масс самолета через контур нормальной перегрузки имеет ряд преимуществ. Эта задача может решаться только автоматическими средствами, так как режима ручного управления нормальной перегрузкой по приборам не существует. ‘

Рис. 9.12. Структурная схема автопилота угла тангажа с параллельным интегриру­ющим сервоприводом

Рис. 9.13. Функциональная схема цифроаналогового автопилота угла тангажа и нор­мальной перегрузки

 

Автопилот угла тангажа и нормальной перегрузки (АПшу)~средство автоматического управления, обеспечивающее управление и стабилизацию продольного короткопериодического движения самолета на всех этапах — полета путем отклонения рулей высоты при возникновении рассогласова­ния между значениями текущего приращения и заданного приращения нормальной перегрузки, причем заданное приращение нормальной пере­грузки получается как разность между значениями приращений текущего и заданного значений угла тангажа.

Простейший автопилот угла тангажа и нормальной перегрузки реали­зует следующий закон управления рулями высоты:

где Дпу, А пузад-соответственно текущее и заданное значение приращения нормаль­ной перегрузки; кдп -передаточный коэффициент по приращению нормальной перегрузки, показывающий, на какой угол должны отклониться рули высоты при возникновении рассогласования между значениями приращения текущей и заданной нормальных перегрузок в ig; к’дп — передаточный коэффициент по углу тангажа в контуре нормальной перегрузки, определяющий, как должна измениться нормаль­ная перегрузка при возникновении рассогласования между значениями приращений текущего и заданного углов тангажа в 1°.

Управление углом тангажа через контур нормальной перегрузки осуществляется цифроаналоговыми автопилотами (рис. 9.13). Автопилот имеет аналоговый сервопривод. Датчиком текущих параметров движения самолета является инерциальная навигационная система ИНС, вырабаты­вающая в виде последовательного биполярного кода сигналы, пропорцио­нальные coz, и, у и Апу. Эти сигналы, а также сигналы и разовые команды от других датчиков и систем принимает цифровой блок вычислителя управле­ния полетом БВУП. В этом блоке осуществляется обнуление и запоминание текущего значения угла тангажа в режиме согласования и формирование аналогового управляющего сигнала иСТв на вход сервопривода в режиме стабилизации угла тангажа. Режима управления углом тангажа от рукояток 280

управления в современных цифроаналоговых автопилотах, как правило, нет.

Согласование угла тангажа происходит в режиме совмещенного управления. Этот режим предназначен для оперативного вмешательства пилота в автоматическое управление самолетом. При включении режима совмещенного управления автопилот осуществляет стабилизацию угла тангажа, если усилие на колонке штурвала или ее перемещение не превы­шает пороговых значений. Вмешательство пилота фиксируется по условию превышения усилия или перемещения пороговых значений в течение определенного времени. Тогда режим стабилизации угла тангажа отклю­чается и происходит согласование угла тангажа.

Закон управления цифроаналогового автопилота в режиме стабилиза­ции угла тангажа имеет вид:

*

6АПЦП, = ^ |“ММ) ^ + 0An, + <J^ + orji

<С = к»,<М)юг,

вад, /а Апг .і е

=Ч“ k*n,(ДПу — ств ‘) + к« =——- 5И1 .

Р L Т8,а1Р + 1 J

Составляющая закона управления по угловой скорости тангажа

ГЛ

авг обеспечивает демпфирование короткопериодических колебаний само­лета по тангажу. Передаточный коэффициент кШг корректируется по

режимам полета в функции числа М.

Составляющая закона управления по избыточной нормальной пере-

Дп,

грузке ст, осуществляет управление углом тангажа через контур нормаль­ной перегрузки. Передаточный коэффициент кДп изменяет размерность управляющего сигнала. Нелинейное звено с насыщением FaDj ограничивает формирование слишком больших управляющих сигналов по перегрузке. Аналогичным образом нелинейное звено с насыщением F„ ограничивает диапазон изменения угла тангажа. Интегродафференцирующий фильтр с постоянными времени Т01 и Т„2 обеспечивает требуемое качество переходных процессов.

Составляющая закона управления по углу крена ст’ устраняет потерю подъемной силы и просадку самолета по высоте при разворотах.

Рис. 9.14. Структурная схема цифроаналогового автопилота угла тангажа и нор­мальной перегрузки

Составляющая закона управления по продольной балансировке Ств” обеспечивает устранение статических ошибок путем интегрирования рас­согласования между значениями текущей и заданной избыточных пере­грузок с учетом положения закрылков. Одновременно формируется управ­ляющий балансировочный сигнал на отклонение стабилизатора. Нелиней­ное звено Рф ограничивает диапазон управляющих сигналов на отклонение стабилизатора и определяет логику формирования управляющих баланси­ровочных воздействий на руль высоты и стабилизатор. Если сигнал на интеграле превышает определенный уровень и держится более определен­ного времени, то выдается сигнал на управление стабилизатором. В противном случае рассогласование устраняется посредством руля высоты. Изодромное звено с постоянной времени TCTjai корректирует управляющие сигналы на руль высоты и стабилизатор при движении закрылков.

Структурная схема цифроаналогового автопилота угла тангажа, реализующего закон управления (9.10), представлена на рис. 9.14. Так работает вычислительная система управления полетом ВСУП самолета Ил-96. Аналогичным образом формируется закон управления ВСУП в режиме стабилизации угла тангажа на самолете Ту-204. Отличие состоит в том, что балансировочный сигнал на управление стабилизатором формируется в АСШУ-204.

Влияние отказов и характеристик элементов автопилота угла тангажа на управление продольным движением. Пассивные отказы автопилота угла тангажа в контуре сервопривода приводят к потере автоматической стабилизации и управления углом тангажа. Вал рулевой машины или шток рулевого агрегата остаются неподвижными при любых отклонениях теку­щего угла тангажа от заданного, что может быть замечено пилотом по показаниям авиагоризонта или индикатора усилий в проводке управления рулем высоты.

Активные отказы автопилота угла тангажа в контуре сервопривода или по сигналам угловой скорости и угла тангажа приводят к перекладке рулей 282

высоты вследствие отработки вала рулевой машины или штока рулевого агрегата на максимальный ход. Это может вывести самолет на недопусти­мые нормальные перегрузки. . ,

Пассивный отказ по сигналу угловой скорости тангажа приводит к уменьшению эффективности демпфирования продольных коротко­периодических колебаний при стабилизации угла тангажа. Это может вызвать раскачку самолета по углу тангажа. Пассивный отказ по сигналу текущего угла тангажа приводит к потере автоматической стабилизации угла тангажа и автопилот начинает работать как демпфер тангажа. Отказы автопилота угла тангажа по цепи согласования ненулевых сигналов приво­дят к возможности грубого включения силовой части автопилота, рывкам на рулях высоты и возникновению недопустимых перегрузок.

Использование автопилотов угла тангажа для продольной балансиров­ки самолета при наличии постоянно действующего внешнего момента может привести к нежелательным последствиям при возникновении отказа в автопилоте. Отключение автопилота сопровождается возвращением штока рулевого агрегата или вала рулевой машины в нейтральное положе­ние, что может привести к резкой перебалансировке самолета. Поэтому для автоматической продольной балансировки обычно используют специаль­ные схемы управления триммированием или эффектом триммирования через интегрирующий сервопривод. Это обеспечивает мягкое переключение на ручное управление при отказе автопилота. Тогда требование к астатизму контура управления углом тангажа через автопилот отсутствует.

Влияние погрешностей измерителей угла тангажа и угловой скорости тангажа проявляется в статических ошибках по углу тангажа. Дрейф нуля сигнала угловой скорости тангажа ^, характерный для аналоговых автопилотов, компенсируется сигналом отклонения по углу тангажа

кДДи — Ди)ад| = ^.

Статическая ошибка находится из соотношения

__

Диуст = Дозад — Ди(оо) = — ог.

к1)

Если сигнал, пропорциональный угловой скорости, пропускается через изодромное звено, то автопилот астатичен по отношению к дрейфу нуля

. Одновременно это позволяет избавиться от статической ошибки, возникающей при развороте самолета с постоянным креном, так как датчик угловой скорости измеряет сумму проекций скоростей изменения эйлеровых углов.

Зона нечувствительности в сервоприводе также вызывает статическую ошибку, так как реакция сервопривода будет отсутствовать до тех пор, пока не будет выполнено условие

ки|Ді> — Ді>мд|ку = £С1І, ■

где £сп-характеристик! нечувствительности сервопривода.

(Ди-Дизад)

Разрегулировки передаточных коэффициентов закона управления, характерные для аналоговых автопилотов, приводят к снижению качества стабилизации и управления углом тангажа. Уменьшение передаточного коэффициента ки делает процессы управления более затянутыми. Не­допустимое увеличение передаточного коэффициента к„ приводит перво­начально к более быстрому выходу самолета на заданный угол тангажа. Однако затем процесс может «сорваться» и новый рост становится затянутым. Уменьшение передаточного коэффициента кШг делает процесс управле­ния колебательным. Увеличение передаточного коэффициента кШі приводит к слишком сильному демпфированию и затянутости процесса.

Похожие записи: Игровые автоматы на рубли Обучение основам автомобильного дела. Термины в… Преимущества Джойказино онлайн Обзор «Лады Весты» с вариатором Казино на деньги Пескоструйная обработка стекла