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

/ b£?t

Є

ЧР

T2pt1

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.