Цифровая система управления продольным движением

Интенсивное развитие цифровой техники обеспечило возмож­ность реализации на ее базе вычислителей СУУ, а затем и дис­танционной системы. Огромные вычислительные возможности в соче­тании с приемлемыми весами, габаритами и потребляемой мощностью

привел к широкому внедрению бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ) в СУУ и ЭДСУ современных пассажирских самолетов. Цифровая FBW самолета А320 и АСШУ-204 самолета Ту-204 являются типичными примерами этого направления. Применение БЦВМ позволяет решить ряд трудно преодолимых для аналоговой техники проблем. Во-первых, БЦВМ позволяет с достаточной точностью реализовать сложные интегральные законы управления с переменными коэффициентами и структурой. БЦВМ дает возможность проводить многопараметрическое изменение параметров системы и коэффициентов усиления, осуществлять селекцию используемых сигналов прямых и обратных связей, выходных управляющих сигналов, проводить * реконфигурацию алгоритмов (законов) управления в зависимости от режима полета, оценки состояния оборудования и взаимодействующих систем и т. д. Очень большим преимуществом является возможность контроля, выравнивания и восстановления. промежуточной информации (интегральных переменных, выходных значений фильтров с большими постоянными времени и т. д.). В целом, применение БЦВМ предоставляет разработчику широкие возможности для реализации наиболее сложных алгоритмов управления, создающие благоприятные характеристики управляемости. Помимо этого с помощью БЦВМ может быть успешно решена проблема ограничения параметров движения как в штатной конфигурации, так и в случае отказа элементов авиационной техники.

Однако использование БЦВМ в СУУ приводит к определенным особенностям при реализации алгоритмов, синтез которых проведен в рамках теории непрерывных систем. Основная особенность, которую необходимо учитывать при цифровой реализации алгоритмов, состоит в дополнительном временном запаздывании передаваемых сигналов, обусловленном конечной временной дискретностью (тактностью) работы БЦВМ. Это означает, что на прием сигнала, обработку и расчет алгоритма затрачивается некоторое время г3, а обновление или повторение этой последовательности действий осуществляется через такт Го. Из теории дискретных систем известно, что суммарное время запаздывания в этом случае составляет г3 + 0,5Го, что и обуславливает дополнительное фазовое запаздывание &>(г3+0,57о). Поэтому для уменьшения влияния этого фазового запаздывания при цифровой реализации алгоритма различные составляющие управляющего сигнала обновляются по разному, т. е. с различными временными тактами в зависимости от их влияния на устойчивость замкнутой системы.

При цифровой реализации алгоритмов очень важно выдержать строгие требования по спектральному составу входных сигналов.

Появление высокочастотых составляющих в спектре

входного сигнала может привести к порождению паразитной низкочастотной составляющей и неправильному функционированию системы. Это свойство дискретных систем, называемое транспо­нированием’ частот, всегда должно учитываться разработчиком. Поэ­тому при вводе в БЦВМ аналоговых сигналов очень часто использу­ют их предварительную фильтрацию с помощью аналоговых префильтров Жпф, которые резко ослабляют высокочастотные составляющие в спектре входного сигнала.

Конечная разрядность устройств ввода/вывода (УВВ), т. е. преобразователей аналог—код и код—аналог, обуславливают дискре­тизацию сигнала по уровню осуществляемую БЦВМ. Количество уровней, реализуемое в УВВ современных БЦВМ, составляет 10—14, включая знаковый разряд. Дискретность по уровню в этом случае будет составлять 2-9^2-13. Уровень 10_9~0,2% от максимального значения сигнала не всегда допустим для задач СУУ. Поэтому в БЦВМ СУУ целесообразно иметь УВВ с количеством разрядов не менее 12.

Определенные особенности в работу цифровой СУУ вносит — ре­зервирование БЦВМ, особенно это проявляется при асинхронном ре­жиме работы БЦВМ. Асинхронность БЦВМ предполагает, что моменты квантования по времени в БЦВМ реализуются в разные моменты времени. При выравнивании информации используются цифровые линии межмашинного обмена, которые вносят дополнительное запаздывание в выравниваемые сигналы. В результате временных расхождений выравниваемых переменных возможно искажение динамических и статических характеристик реализуемых элементов (фильтров, интегралов и т. д.). При достаточно больших временных сдвижках выравниваемых сигналов эти искажения могут быть весьма заметны и должны учитываться. Они хорошо изучены и учитываются при проектировании цифровых СУУ.

Структурное построение цифровых СУУ современных магистральных самолетов рассмотрено в главе 7. В данной главе остановимся подробнее на их алгоритмическом обеспечении, функциях и решаемых ими задачах. Из предыдущих параграфов следует, что цифровая система улучшения характеристик устойчивости и управляемости магистрального самолета выполняет следующие функции:

—обеспечивает заданные статические характеристики управ­ляемости в основной области режимов полета ( и Рв);

—удовлетворительные динамические характеристики управляе­мости;

—предупреждение летчика о превышении допустимого угла атаки й’доп, нормальной перегрузки, угла крена /зад, скорости полета или числа М;

—автобалансировку самолета через стабилизатор при нейтраль­ном положении штурвала;

—автоматическое парирование возмущающих продольных моментов при выпуске—уборке механизации и изменении тяги двигателей;

—приращение нормальной перегрузки при кренении самолета для обеспечения независимости продольного и бокового движений.

Структурная схема алгоритма СУУ, выполняющей все выше перечисленные функции, приведена на рис. 8.42, из которой видна последовательность действий по преобразованию входных сигналов в управляющие командные сигналы на отклонение аэродинамических поверхностей. В приведенной схеме можно выделить:

—ряд аналоговых префильтров для подавления высокочастотных шумов и помех;

—цепь прямого управления—

—статические обратные связи по сигналам угловой скорости

тангажа сот, нормальной перегрузки Амук и углу атаки А

—интегральные обратные связи по сигналам отклонения штурвала Хв, угловой скорости тангажа сот, нормальной перегрузки А Пук, приращению угла атаки А приращению приборной скорости А V, приращению числа М полета

—блок вычисления значения допустимого (а доп) и предельного (о пред) углов атаки, допустимого значения коэффициента подъемной силы С>’доП;

—блок вычисления положения дополнительного загружателя;

—блок коррекции сигналов со* и А —цепь управления положением стабилизатора.

Цепь прямого управления реализует передачу управляющего сигнала от летчика Хв через регулируемый коэффициент Кщ2, формируемый в соответствии с выражением (8.5). Изменение Кщ‘2 позволяет осуществить грубую самонастройку прямой цепи по ра­зомкнутому принципу. Эта мера позволяет снизить коэффициенты ин­тегральных обратных связей по сигналам сот и Апук, что очень важно для обеспечения требуемых запасов устойчивости по ампли­

туде. По этой же причине осуществляется глубокая регулировка коэффициентов статических обратных связей по сигналам шк, А пук и приращению угла атаки А а.

Интегральные обратные связи по сигналам согк и А пУк обеспечивают заданные статические характеристики управляемости и ограничение нормальной перегрузки, коэффицинты обратных связей также регулируются по режимам полета. При углах атаки а<Са доп реализуется управление по перегрузке, т. е. сигналу Хв. ставится в соответствие значение нормальной перегрузки А пУк; при а>аДоп реализуется плавный переход от управления перегрузкой к управлению приращением угла атаки А а — а~ аДОп. При а>аДОп сигналу обжатия дополнительного загружателя АХ=ХВ—ХМрз, ставится в соответствие приращение угла атаки А а.

Сигналы обратных связей по А V и А М задействуются при превышении соответственно значений V мах или м мах. Самолету придаются свойства повышенной устойчивости по скорости и числу М, такие, что летчик не может их проигнорировать.

Блок вычисления значений а Доп, а преД и СУА0п осуществляет интерполяцию значений этих параметров по числу М полета, а также положению закрылков и предкрылков. Блок формирования управляющего сигнала MP3 производит расчет координаты положения Хмрз, исходя из величины СУЛ0П., допустимой перегрузки пу=пул0п и реализуемой статической характеристики управляемости Х£зад.

Блок коррекции сигналов А пу и сиг осуществляет формирование сигналов &пУк и со*к в соответствии с выражениями (8.26) и (8.28) по сигналу угла крена У и скорости полета V.