УПРАВЛЕНИЕ ВЫСОТОЙ И СКОРОСТЬЮ ПОЛЕТА. 4.1. Цифровой контур стабилизации высоты
Сложность управления высотой полета заключается в тесной связи между параметрами и переменными состояния, описывающими продольные движения самолета. Для самолетов обычной схемы управление высотой осуществляется через руль высоты, т. е. через контур управления углом тангажа. При этом меняется и скорость полета. Поэтому процесс управления высотой, скоростью и угловым положением самолета можно разделять лишь в первом приближении.
Контур управления высотой и скоростью показан на рис. 4.1. Основные датчики сигналов — барометрический и радиовысотомер, система воздушных сигналов (доплеровский измеритель скорости), и на посадке — курсо-глиссадная посадочная система. Дополнительным датчиком является датчик угла атаки.
Основное требование к контуру стабилизации высоты состоит в точности выдерживания заданной высоты полета, однако очень существенны и дополнительные требования — ограничения на параметры движения, например, на величину угла атаки, и требования комфортности полета — допустимые вертикальные перегрузки.
Главными возмущениями для контура стабилизации высоты являются ветровые. Влияние бокового движения относительно невелико. В свою очередь, управление высотой приводит к изменению угла тангажа и угла атаки и влияет на скорость самолета и на его боковые движения. Точность стабилизации поэтому должна быть обеспечена не только при учете погрешностей датчиков информация и ограниченности располагаемых управляющих моментов, но и при действии возмущений и ограничениях на параметры движения. Учет этих требований возможен при постановке задачи оптимизации. Но предварительно необходимо обсудить простые алгоритмы управления, прототипами которых являются законы управления непрерывных систем.
|
Рис, 4.1. Контур управления высотой и скоростью |
Алгоритмы управления. Самым простым является, конечно, линейный пропорциональный закон управления, при котором вычисляется заданный угол тангажа или его приращение
&з [дГ] = —АЛ(/г пТ — Л3 пТ), (4.1)
пТ =&3 (п — 1) Т — kh {h пТ, — hз (дГ0)]. (4.2)
Первый алгоритм не обеспечивает астатизма при нарушении балансировки под действием возмущений, возникающих, например, из-за расхода топлива, а также ветровых возмущений.
В предположении, что вдоль вертикальной оси действует составляющая ветра ИРуд, и полагая, что тяга Р постоянна, а заданный тангаж отрабатывается абсолютно точно, можно получить оценку статической ошибки. Уравнение (1.27) при этом примет вид
Vкяк=мIrgxg — Wxg) +a22(Vgyg — Wyg) + a?7d + V5-
Полагая все производные постоянными, для горизонтального полета получим
a2rW уд + a.2WXg
Я-27
Отсюда статическая ошибка выдерживания высоты
Учитывая слабое влияние продольной составляющей ветра, второй член в выражении (4.3) можно отбросить.
Трудности обеспечения устойчивости возрастают при применении алгоритма (4.2), поэтому целесообразно использовать алгоритм, соответствующий пропорционально-интегральному непрерывному закону
аз пТ =% (п — 1) Т — kh{h [tiT — hs пТ)—
+ khX (h І(л — 1) T — h3 (п— 1)Г|). (4.4)
Наиболее просто исследование устойчивости системы стабилизации с алгоритмом (4.4) проводится частотными методами. Область допустимых значений коэффициента kh теперь оказывается значительно уже, чем для статического алгоритма. Она может быть построена численными методами. Затем выбранные коэффициенты алгоритма и величина периода дискретности Т уточняются при проведении моделирования системы на цифровых пли гибридных ЭВМ.
По аналогии с непрерывными законами управления в заданный крен (или в алгоритм управления рулем высоты) вводится дополнительная добавка — модуль текущего угла крена с некоторым коэффициентом или заданного крена при развороте:
|у пТ\ или £т|у3>7′]|,
где зі«Г] = с1Уз[«.ГН-с2у’ (п — 1)Л-
На этапах набора высоты и снижения возникает необходимость стабилизации приборной скорости при обеспечении необходимой скороподъемности или скорости снижения соответственно. Наиболее простой способ управления — через угол тангажа. Двигатели при этом работают на постоянном режиме, принятом для набора высоты или при снижении.
Программный угол наклона траектории при наборе высоты определяется соотношением
д р
sin 9 =—— , где AP—P — Q — избыток мощности.
mg
Наивыгодпейшая скорость набора
д ру
V„ =—— , где AN = APV — избыток тяги.
mg
Максимальная скороподъемность соответствует наибольшему значению избытка мощности.
Простейший алгоритм управления имеет вид
даз nT^=ky (V3 пТ — V пТ).
где VlnT] — заданное значение скорости, определяемое из условия обеспечения максимальной скороподъемности.
Система с этим алгоритмом обладает статической ошибкой (рис. 4.2).
Возможен и более сложный алгоритм управления:
В„ пТ =з пТ + 5„ [(« — 1) Т — з I(« — 1)1 T+kuF(t пТ), где З [«ТІ = пТ — ь. л [«Г])-[-й&1& [(« — 1 )T—kv{V I пТ —
-V3nT)—A7|y [дЛІ.
F(a[«T])—нелинейная функция типа зоны нечувствительности с ограничением.
Этот алгоритм обеспечивает более высокую точность и запас устойчивости, чем рассмотренный ранее.
Заданное (программное) значение приборной скорости У3 зависит от тяги двигателей и от внешних условий. В случае отказа одного двигателя горизонтальная составляющая скорости при том же угле набора может уменьшаться до недопустимых пределов, что приведет к сваливанию самолета.
С другой стороны, при заниженном значении V3 скорость набора может превысить допустимую. Поэтому в БЦВМ следует применить специальный алгоритм вычисления приборной и вертикальной скорости набора [2]. Приращение угла тангажа по этому алгоритму формируется пропорциональным заданной скорости набора VV3, Последняя определяется при выполнении условия V[nTo]^ Уть равной Vymim в противном случае — пропорциональной отклонению приборной скорости от некоторого минимально допустимого значения — безопасной скорости взлета Уг-
На участках маршрута в горизонтальном полете на больших высотах стабилизируется заданное значение числа М, близкое к критическому, для достижения наименьшего времени полета или значение М, заданное из соображений наибольшей экономичности полета.
Алогоритм стабилизации числа М практически совпадает с алгоритмом стабилизации приборной скорости. Отличие состоит лишь в датчиках стабилизируемой величины, и коэффициенты с і и сг должны учитывать динамику отработки заданного крена.
