АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ УГЛОВЫМИ. ДВИЖЕНИЯМИ САМОЛЕТА
3.1. Контуры демпфирования угловых колебаний самолета
Контуры угловой стабилизации служат для стабилизации и управления угловыми движениями самолета по тангажу, крену и рысканию. Контур угловой стабилизации в структурной схеме автоматического управления движением самолета занимает промежуточное положение между внутренним контуром демпфирования и внешним траєкторним контуром.
На рис. 3.1 представлены две структурные схемы цифрового управления продольным движением самолета, отличающиеся характером внутреннего контура демпфирования. На рис. 3.1, а этот контур, включающий датчик угловой скорости (ДУС) * и корректирующее устройство (КУ), выполнен полностью аналоговым, а на рис. 3.1, б, в — в цифро-аналоговой форме. При аналоговой реализации внутреннего контура анализ его свойств и выбор параметров ведется обычными методами, из условия улучшения характеристик устойчивости и управляемости путем искусственного демпфирования колебательных составляющих движения самолета. В этом случае остаются по существу без каких-либо изменений демпферы угловых колебаний и автоматы продольного (АПУ) и бокового управлений (ЛБУ) [2, 9].
^-[2]=WV(p)=- |
Простейшая математическая модель продольного углового движения самолета описывается передаточной функцией вида
6)
Величины частоты собственных короткопериодических колебаний шс&= коэффициента затухания существенно влияют
на управляемость самолета. На рис. 3.2 показан характер областей, потребных динамических характеристик продольной управляемости для тяжелого самолета, полученных по результатам испытаний на тренажерах и в полете [2, 27]. Уменьшение времени выхода самолета на заданную перегрузку и лучшая управляемость, которую пилоты оценивают по четырехбалльной системе имеет место при увеличении Ысф и gc«-
Рис. 3.2. Области потребных динамических характеристик продольной управляемости:
1 — отличная; 2 — хорошая; 3 — удовлетворительная; 4 — плохая
Упрощенная передаточная функция самолета с демпфером имеет вид
1 (р)
где
W*b(p) = —§————————- передаточная функция самолета
"г т съР2 + 25с»г с »Р + 1
относительно угловой скорости ю2; W’b»(p)=kWz—передаточная функция демпфера при идеальном ДУСе.
Преобразовав выражение (3.2), получим
у. уХь. ,_ кЦя(ПР + )
rcV + 2^W+l ’
* Л»в
V1 + *шД» 2j/~l +km2kH Тс0
— коэффициент затухания колебаний при включенном демпфере;
— собственная частота колебаний контура демпфирования.
Таким образом, демпфер тангажа уменьшает коэффициент передачи самолета по угловой скорости £с»д<£с», повышает до потребных значений коэффициент затухания? с»д>£с» при одновременном увеличении частоты колебаний “с»д1>ис9. Это положительно влияет на увеличение продольной устойчивости даже неустойчивого по перегрузке самолета, что имеет место при іОс»<Д — При значениях |с»д>1 колебательное звено в выражении (3.3) переходит в апериодическое звено второго порядка. Для сохранения требуемых значений коэффициента затухания £с<>д может предусматриваться коррекция коэффициента передачи демпфера &»г в функции скоростного напора и т. п.
Демпфер рыскания по своему действию аналогичен демпферу тангажа. Однако передаточная функция демпфера имеет несколько иной вид
W^p)=Ky. (3.4)
Сомножитель —- -— в передаточной функции служит для того,
Т р +1
чтобы не пропускать постоянную составляющую угловой скорости рыскания во время выполнения виража и других маневров.
При цифро-аналоговой реализации внутреннего контура демпфирования (рис. 3.1, б) требуемый характер изменения динамических свойств самолета естественно должен сохраниться прежним. Например, при анализе контура демпфирования тангажа вместо выражения (3.2) используется соответствующая дискретная передаточная функция
К* и
z__
где W/^"(k) = -—-Z {Wbmz[p)lр— дискретная передаточная функция самолета по угловой скорости с учетом экстраполятора нулевого порядка.
Ее исследование приводит к результатам, аналогичным полученным ранее при анализе выражения (3.3). Для исключения возможности транспортирования частоты собственных колебаний в низкочастотную область следует выбирать период дискретности из условия
Г< 2/«>с#л. (3.6)