Бортовая цифровая вычислительная машина в системе непосредственного управлення самолетом

Система управления полетом, в которой БЦВМ включена непо­средственно в контур стабилизации углового или траєкторного дви­жения самолета относится к классу дискретных систем.

Непосредственное цифровое управление включает следующие операции:

выборку данных намеряемой величины с помощью датчиков и преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму;

вычисление сигнала рассогласования;

преобразование сигнала ошибки в соответствии с алгоритмом управления в выходной сигнал;

обратное преобразование выходного сигнала из цифровой в ана­логовую форму.

Таким образом, в определенной части замкнутой системы функ­ционируют дискретные сигналы. Дискретизация или квантование сигнала состоит в замене непрерывного сигнала теми или иными дискретными значеннями и может быть осуществлена по времени, по уровню или по времени и гю уровню. В цифровой автоматической системе хотя бы одна из величин, характеризующих состояние сис­темы, квантуется и по времени н по уровню.

Квантование по времени состоит в превращении непрерывного сигнала в периодический импульсный сигнал. Можно представить, что эта операция осуществляется импульсным элементом, основным параметром которого является период повторения импульса или интервал (шаг) квантования по времени. Интервал квантования — постоянный, но в общем случае может быть и переменным.

Выбор интервала квантования по времени ведется в соответст­вии с теоремой Котельникова. Сигнал дг(0 с ограниченным спект­ром от 0 до fо (Гц) полностью определяется последовательностью своих дискретных значений, разделенных интервалом 7’=1/2/с. где Т — интервал квантования сигнала по времени. Другими словами, величина интервала квантования по времени должна быть меньше или равна половине периода гармоники нанвысшей частоты /п, со­держащейся в непрерывном сигнале, т. с.

Т< 1/2/0.

С точки зрения обеспечения нанлучшего протекания динамиче­ских процессов желательно иметь Т как можно меньше. Однако с точки зрения загрузки ЦВУ желательно сделать этот интервал как можно больше.

Если, например, за это время должны быть просчитаны m алго­ритмов и время счета каждого определяется величиной т/ (/=!, 2 »«), то

7’>Ут„

i-

т. е. величина интервала должна быть больше суммарного однора­зового счета всех алгоритмов.

Квантование по уровню состоит в замене непрерывно меняющей­ся величины ближайшими к ней разрешенными фиксированными значениями. Величина интервала квантования по уровню или квант преобразованной функции зависит от разрядности ЛЦП, ЦВУ и ЦЛП.

Дискретный алгоритм (закон) управления реализуется в цифро­вом вычислительном устройстве, которое преобразует дискретную функцию дискретного времени, поступающую на вход, в соответст­вующую дискретную функцию дискретного времени на выходе.

Форма выходного сигнала БЦВМ определяется порядком жстраполятора, который используется в цифроаналоговом преобра — ювателе. Экстраполятор нулевого порядка (фильтр с фиксатором) поддерживает выходной сигнал постоянным в течение промежутка времени, равного интервалу квантования по времени. Общая схема цифровой системы управлення полетом содержит БЦВМ, играю­щую роль задающего, сравнивающего и управляющего устройства. Выработанные в ЦВУ дискретные сигналы управления с помощью ЦЛП преобразуются в непрерывные управляющие воздействия, которые поступают на исполнительные устройства и изменяют по­ложение самолета. Поддающиеся измерению переменные состояния • лмолета измеряются датчиками и с помощью ЛЦП преобразуются к дискретные переменные, которые вводятся в ЦВУ. Прсобразова — н и. играет роль импульсного элемента. Для анализа н синтеза контуров управления цифровой системы управления полетом иепб — о шмо все элементы, входящие в замкнутый контур управления, описать с помощью единого математического аппарата. С точки. рения динамики системы управления АЦП представляет собой нс — tifценное дискретное звено, состоящее из импульсного элемента (ключа), замыкающегося периодически с периодом Г на короткий промежуток времени, и нелинейного звена с многоступенчатой рс — шіпой характеристикой. Импульсный элемент отражает эффект нмнтопания по времени, а нелинейное звено — эффект квантования но уровню. При квантовании по уровню весь диапазон изменения ікон либо переменной величины х разбивается на N равных нн — іі ріі. ілов. Число. V связано с разрядностью АЦП формулой

N—2п,

і и п количество разрядов ЛЦП.

Пі imiiiiia интервала квантования по уровню определяется фор­му юй

_ — Х-па» — -*m! n

*——— N—— •

і і…… .. и t. Hii, — максимально и минимально возможные значения

игр» МСШІОІІ х.

1’н фчдшкть ЦВУ для обеспечения заданной точности вычисле­нии обычно принимается равной или большей, чем разрядность

АЦП. В замкнутой системе управления число разрядов ЦЛП обыч­но бывает меньше, чем число разрядов АЦП, так как он установлен в канале ошибки [21, 7]. Однако известно, что если число разрядов ЦАП гораздо меньше, чем число разрядов АЦП и ЦВУ, то отбра­сываемая часть разрядов выходного кода ЦВУ вносит существен­ную ошибку. Тем не менее обычно выходной преобразователь рас­сматривается как линейный.

Наличие нелинейного звена в АЦП делает систему управления с БЦВМ существенно нелинейной. Однако, если п сравнительно велико и результат после округления мало изменяется, то бывает возможным пренебречь квантованием по уровню. В этом случае цифровые автоматические системы можно свести к импульсным сис­темам с амплитудной модуляцией.

Теория линейных и некоторых нелинейных импульсных систем разработана достаточно подробно [7] и с успехом может быть при­менена для расчета цифровых систем управления полетом.

Другой способ исследования процессов в цифровых системах связан с уравнениями в конечных разностях [40]. Ряд алгоритмов управления, реализуемых в ЦВУ, может быть удобно представлен в виде разностных уравнений. Объект управления — летательный аппарат вместе с датчиками и исполнительными механизмами — описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений. При заданном интервале квантования по времени представление дискретной математической модели в форме разностных уравнений связано с определенными трудностями и может быть выполнено для объекта, описываемого системой линейных стационарных диф­ференциальных уравнений [17].