Влияние характеристик радиотехнической. системы ГРМ — ГРП на динамику системы. самолет — БСА У
Ток на выходе ГРП, используемый в качестве сигнала углового отклонения самолета от глиссады снижения, зависит от величины ЭТОГО отклонения £ и ОТ крутизны ЗОНЫ Si:
/ = £,£.
В свою очередь, крутизна 5г*с зависит от угла наклона глиссады снижения 0ГЛ и допусков на параметры ГРМ и ГРП. Встречающиеся в эксплуатации минимальные крутизны 5г*.тіп могут отличаться от максимальных S<Cn]ax в 5—6 раз. Расчетная крутизна Si:. , выбираемая при проектировании систем траєкторного управления, равна S, Cp « (0,4-Й),5) (S*min+S, en! J.
Чтобы учесть влияние возможных отличий крутизны сигнала радиотехнической системы маяк — приемник от расчетной, восполь-
«Sf-
зуемся коэффициентом ks= —- .
Умножим на этот коэффициент члены законов управления, содержащие координату £. Тогда уравнения рассмотренных выше систем примут вид:
Vb LkQ
p*LH + ЬарШ ——— Ш=p(JB +baUa;
р^Н + М1 + V і Й) Р^Н + АН = pUB + «/. ;
( |
Vi. k* yh і ь
1+ —J р^н + — Y 5 Ш=Рив + Ьаив;
у і, ;*
р3АЯ + Ьар*Ш ——————- рШ + ~~~ А// = p2Ua + Ьарі .
Отсюда следует, что отличие крутизны от расчетной по своим последствиям аналогично изменению передаточных отношений і г и При больших диапазонах изменения крутизны динамика управления может серьезно ухудшиться. Поэтому при эксплуатации бортовых систем автоматического управления в условиях пониженных посадочных минимумов желательно уменьшить диапазон возможных изменений крутизн. Как было отмечено в § 2.4, ГРМ II и III категорий имеют уменьшенный допуск на разброс ширины полусекторов глиссады снижения. Кроме того, более жесткие требования предъявляются к параметрам ГРМ и ГРП II и III категорий, влияющих на стабильность крутизны.
Переходя к рассмотрению помех в сигнале ГРМ, прежде всего определим возможный частотный диапазон полезного сигнала. При снижении по глиссаде вертикальная скорость самолета
=Н^8гл%^егл, (3.128а)
где W — путевая скорость самолета.
Для устранения отклонений АН в процессе стабилизации самолета на глиссаде снижения необходимо иметь возможность изменять вертикальную скорость. Примем с запасом, что допустимое изменение вертикальной скорости AVy= Vyo (вертикальная скорость может меняться в пределах от 0 до 2 Vyo). Учтя (3.117. 3.128а), а также, что AVy=pAH, получим для этих условий
(3.129)
Поскольку W^const и 0ГЛ = const, величина^ главным образом зависит от дальности до ГРМ L(t). Очевидно, что наибольшие значения £ будут при малых значениях L(t). Если задаться L(t) = = 800^-1000 м, 1^=60—80 м/сек, то для глиссад снижения с углом наклона 0ГЛ = 3° в соответствии с (3.129) £ «0,003-f-0,005 1 /сек. Поэтому сигналы, при действии которых £>0,005, относятся к помехам.
В продольном движении, как и в боковом, помехи, лежащие в высокочастотной части спектра, не могут быть «отработаны» вследствие инерционности самолета. Вместе с тем высокочастотные помехи весьма отрицательно влияют на режим работы контура сервопривода и сильно затрудняют пилотирование по командной стрелке. Если задаться условием, чтобы при стабилизации самолета на глиссаде снижения колебания по углу наклона траектории не превышали 1°, то требования к частоте помех оказываются существенно более жесткими (примерно в 5 раз), чем это следует из зависимости (3.129).
Для подавления таких помех в системе траєкторного управления устанавливают фильтры, представляющие собой апериодические звенья с постоянными времени Г«0,5—2,5 сек. Поскольку высоко
го
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.65. К фильтрации помех
частотные помехи не оказывают существенного влияния на траек — торное движение, при анализе последствий действия на систему этих помех оказывается возможным рассматривать разомкнутый контур от входа до руля высоты и командной стрелки (рис. 3.65). На этих схемах показан фильтр на выходе ГРП, обычно имеющий постоянную времени Тгрп =0,1-г0,3 сек.
Вначале рассмотрим систему самолет—БСАУ, реализующую закон управления типа (3.121) с одним фильтром
Интересующий нас контур показан на рис. 3.65, а. Передаточная функция цепи от входа до руля высоты имеет вид:
Такая же передаточная функция имеет место при использовании закона управления типа (3.118), поскольку отсутствующий в нем по сравнению с законом (3.121) член інрАН не меняет вид этой передаточной функции.
На рис. 3.65, б показан контур с системой траєкторного управления, в которой реализован закон управления типа (3.123) с двумя фильтрами, один из которых (- ) служит для дополнитель
(3.132)
171
Рис. 3.66. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики систем с передаточными функциями
(3.131, 3.133 и 3.133а)
Передаточная функция от входа до руля высоты для этого случая
При использовании системы траєкторного управления с законом
1
TiP+l правая часть которого такая же, как в законе (3.132), интересующая нас передаточная функция
(^ГРП Р + + 1)(^2Р + О
весьма близка передаточной функции (3.133).
Заметим, что передаточная функция (3.131) аналогична передаточной функции (3.97). При условии г’с/5в= 1 ЛАХ этих функций
(см. рис. 3.40 и 3.66) оказываются одинаковыми, если соответствующие постоянные времени фильтров в законах управления (3.96 и 3.130) одинаковы. Имеется много общего в ЛАХ, соответствующих передаточным функциям (3.133 и 3.99). При прочих равных условиях различие этих ЛАХ (см. рис. 3.40 и 3.66) связано с тем, что
і;
обычно — = 8 — г — 12 сек, в то время как —= 20 — г 25 сек. Поэто — I. it
му подъем характеристики L(<a) начинается в области несколько более высоких частот.
При условии /’{tc = 1, рассмотренные ЛАХ соответствуют также передаточным функциям W^(p) полуавтоматических систем (см. рис. 3.65).
Из сопоставления ЛАХ (см. рис. 3.66) совершенно очевидно, что при наличии в законах управления членов, пропорциональных производной отклонения от глиссады, помехозащищенность системы ухудшается. Иначе говоря, с точки зрения помехозащищенности
Рис. 3.67. К формированию сигнала производной рАН |
более целесообразно применять законы управления типа (3.130). Однако реализация этих законов связана с трудностями в формировании сигнала производной рАН, поскольку в настоящее время отсутствуют датчики сигналов вертикальной скорости, обладающие необходимыми характеристиками. Так, наиболее распространенные измерители вертикальной скорости — вариометры с капиллярами— обладают запаздыванием. В первом приближении можно полагать, что вариометр как измеритель вертикальной скорости имеет передаточную функцию апериодического звена. Его постоянная времени х определяется главным образом параметрами капилляра.
Простые измерители вертикальной скорости, основанные на принципе интегрирования вертикального ускорения, обладают малой точностью.
Для получения сигнала вертикальной скорости обычно прибегают к комплексному использованию информации этих двух датчиков. На рис. 3.67, а показана возможная схема формирования сигнала вертикальной скорости. С вариометра с электрическим выходом снимается сигнал. Сигнал р2АН, снимаемый с аксе-
zp +1
лерометра, пропускается через фильтр с постоянной времени т и коэффициентом усиления k, равным т. В таком случае суммарный
рАН, Т/>2ДЯ
сигнал =рАН представляет собой искомый сигнал
производной отклонения.
В некоторых системах для получения сигнала вертикальной скорости прибегают к дифференцированию сигнала барометрического высотомера. Поскольку в результате дифференцирования уровень помех Uf в сигнале возрастает, как правило, оказывается необходимым полученный сигнал пропустить через фильтр. Для компенсации запаздывания полезного сигнала на тот же фильтр подается сигнал от акселерометра (рис. 3.67, б). Порция этого сигнала определяется постоянной времени фильтра т. В этом случае
—XT(pbH + Uf±xp2AH) = pAH— — Щ — .
-р + 1 — ер — і — 1
Заметам, что в принципе существуют и другие способы получения сигнала производной рАН, однако широкого распространения они не получили и потому на них останавливаться не будем.
Рис. 3.68. К компенсации запаздывания на фильтрах |
Как и при рассмотрении бокового движения подчеркнем важность уменьшения уровня низкочастотных помех в сигналах наземного радиомаяка, поскольку борьба с такими помехами при помощи фильтров в бортовых системах автоматизированного управления практически невозможна.
Теперь кратко остановимся на вопросе компенсации запаздывания сигналов на фильтрах. Методы компенсации, применяемые в продольных каналах систем траєкторного управления, принципиально такие же, как и в боковых каналах. Для компенсации запаздывания на фильтре сигнала отклонения от глиссады на вход того же фильтра подается сигнал, пропорциональный производной этого отклонения. При необходимости компенсации запаздывания сигнала производной на вход фильтра подают сигнал, пропорциональный производной следующего порядка.
Чтобы уяснить некоторые особенности компенсации запаздывания сигналов в продольном канале, рассмотрим структурную схему системы самолет — БСАУ (рис. 3.68). Без компенсации запаздывания система траєкторного управления имела бы закон управления (3.132). Для компенсации запаздываний увеличено передаточное отношение по сигналу производной и введены два дополнительных сигнала. Покажем, что дополнительные сигналы при некоторых условиях пропорциональны вторым производным от отклонения самолета от глиссады.
Из (3.110) следует, что при V=const и UB=const
p*bH = Vp&9= —ЬаР ДЬ. (3.134)
Р + К
Разделим числитель и знаменатель правой части уравнения (3.134) на Ьа и введем обозначение Тв =— . Тогда
Ьа
р2&н=—. да.
^ВР + 1
Следовательно, для получения сигнала, пропорционального второй производной от отклонения, необходимо пропустить сигнал, пропорциональный производной через фильтр с постоянной времени Ть~ — . Значит, если у используемых в данной схеме фильтров выполняется условие Тг = Ть, то снимаемые с них сигналы действительно пропорциональны вторым производным р2АН. С учетом компенсирующих сигналов закон управления СТУ имеет вид:
г hP
Тгр + 1
^+-drr4*).
Если обеспечить:
i. TAV с 1
i-r. r2V i6T*V
————- 1—:——-
то на оптимальной дальности Е0Пт законы управления (3.123 и 3.135) тождественны. На других дальностях до ГРМ компенсация нарушается. Компенсация также нарушается при изменении величины коэффициента
Следует указать, что в ряде случаев во избежание усложнения схемы в системах траєкторного управления осуществляется частичная компенсация запаздывания. При этом некоторые компенсирующие сигналы отсутствуют. Часто при использовании фильтров с малыми постоянными времени (Т< 1—1,5 сек) компенсация запаздывания вообще не производится.