CC BY
7
УДК 621-85
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-116-118
ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ ПНЕВМОПРИВОДА С НЕЯВНОЙ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ
А.Б. Кондратьев
Исследован вопрос обеспечения заданной точности контура управления и устойчивости следящего рулевого пневматического привода, связанный с нормированием жесткости привода по отношению к нагрузке. При этом выделяются различные составляющие нагрузки и определяются пределы изменения жесткости привода. Процесс адаптации динамической жесткости привода к нагрузке исследован в широком диапазоне частот с учетом изменения ряда параметров, которые требуется изменять для построения адаптивной системы.
Ключевые слова: пневмопривод, динамическая жесткость, адаптивная система.
Пневматический рулевой привод (Р1III). работая в контурах управления и стабилизации ЛА, подвергается воздействию различных по физической природе внешних сил. Вследствие этого для обеспечения заданной точности контура управления и оценки запаса устойчивости требуется обеспечить необходимую «жесткость» привода по отношению к нагрузке и понять. как меняется интересующий нас параметр при изменениях составляющих нагрузки и в каких пределах им можно управлять. Кроме этого динамическая жесткость позволяет определить влияние системы нагружения на динамические характеристики контура по управляющему и возмущающему воздействиям. Целью работы является определение переченя параметров. которые необходимо изменять или варьировать для построения адаптивной системы привода с неявной эталонной моделью.
С точки зрения теории автоматического регулирования динамическая жесткость РПП представляет собой обратную передаточную функцию упругой системы. записанную в виде:
Фдж = Мвф)Явх.ф) илиФдж ф) = F(S)/y(S) ; где Фдж - передаточная функция динамической жесткости РПП;
Мв^) - возмущающий момент^н^) - угол отклонения выходного вала^- сила. прикладываемая к штоку РПП;у^) - перемещение штока РПП.
Передаточная функция Фдж для линейной модели РПП может быть получена на основании преобразования структурной схемы РПП. приведенной на рис.1 [1. 2. 3. 4. 5]. После преобразований в структурной схеме (рис.2) прямую цепь образует звено нагрузки РПП:
Wн(S) = (1/кш)/(Т^2 + + 1) (1)
где кш - коэффициент шарнирного момента; Тн = 2^н/кш)1/2 ; (н = квт (2Лнкш)1/2 ; квт - коэффициент вязкого трения; Хн - момент инерции нагрузки.
Рис. 1 Структурная схема РПП
Рис. 2 Преобразованная структурная схема РПП
Обратная связь образуется передаточной функцией РПП от угла поворота выходного вала до координаты момента. развиваемого приводом. В статике отношение модуля передаточной функции нагрузки к модулю передаточной функции обратной связи (рис.2) определяется отношением
116
Системный анализ, управление и обработка информации
Б wkwm/kш , (2)
где - добротность РПП по скоростщк^ - жесткость механической характеристики РПП.
Анализ показывает, что функционально РПП достаточно легко позволяет адаптировать ряд своих параметров, в том числе динамическую жесткость к нагрузке [6,7,8,9,10]. Круг задач, решаемых РПП, позволяет строить систему автоматического управления, включающую РПП, как беспоисковую адаптивную систему с неявной эталонной моделью. Для этого достаточно или ввести в состав контура датчики параметрических возмущений и реализовать в контуре адаптации принцип регулирования по возмущению или использовать наблюдатель состояний. В этом случае идея использования цифровой модели, настраиваемой на достаточную малость невязки выходных сигналов объекта регулирования и модели, использующих один и тот же входной сигнал, очень удобно увязывается с цифровым управлением РПП.
Рассмотрим взаимосвязь динамической жесткости и параметров нагрузки с тем, чтобы обосновать требования к эталонной модели и идентификатору, функции которого мог бы выполнить датчик параметрических возмущений.
Возвращаясь к выражению (2), можно показать, что в низкочастотной области при частотах возмущающего момента, лежащих в полосе пропускания РПП, его жесткость определяется суммарной жесткостью нагрузки и ненагруженного привода, причем собственная жесткость ненагруженного привода в области низких частот пропорциональна его статической точности Б^™/кш . При изменении позиционной составляющей нагрузки уменьшается и суммарная жесткость РПП, стремясь в пределе к значению собственной жесткости ненагруженного привода Б^к™ .
С увеличением частоты возмущающего момента во все большей мере сказывается влияние сжимаемости газа, что приводит к уменьшению динамической жесткости ненагруженного РПП. В диапазоне частот от 1/ТП , где ТП - постоянная времени пневмодвигателя, до частот среза РПП (приблизительно ), в амплитудной характеристике динамической жесткости появляется участок с наклоном -20 дб/дек. Дальнейшее поведение амплитудно-фазовой характеристики РПП не зависит от свойств канала управления приводом, а целиком характеризуется свойствами внутренних связей поршневого пневмодвигателя и нагрузки.
В области высоких частот канал управления оказывается практически отключенным, так как инерционность газодинамических процессов не позволяет пневмодвигателю реагировать сколько-нибудь заметными изменениями моментов на быстроизменяющуюся команду управления. В рабочих полостях пневмодвигателя устанавливаются давления, близкие к равновесному значению Ро .
При высокочастотных колебаниях выходного вала РПП перемещение поршня пневмодви-гателя происходит как бы в замкнутом объеме, так как относительноеколичество газа, вытекающего за каждый отдельный цикл перемещения через каналы пневмораспределительного устройства невелико по сравнению с количеством газа в рабочих полостях. В этом случае жесткость ненагруженного РПП равна жесткости пневматической пружины, образуемой газом в полостях пневмодвигателя. Если попытаться оценить зависимость динамической жесткости РПП в области высоких частот от конструктивных параметров, получим
kwm/Tп = 2к МтахРо/( dELmaxkpPz) = 2кРоАдГкп / dELmax (3)
где к - отношение теплоемкостей газа;АП - площадь поршня;гкп - геометрический размер рычага кинематической передачи.
Как и следовало ожидать, чем больше максимальный ход поршня, тем меньше жесткость РПП.
Так как величина 2кР0/крР;! всегда близка к единице, в процессе качественного анализа можно считать, что собственная жесткость пневмодвигателя определяется отношением Мтах/ dELmax .
Необходимо отдельно рассмотреть область частот, где наблюдается пневмомеханический резонанс, частота которого может быть определена через параметры пневмодвигателя и нагрузки.
(1/ТПМ)2 = (1/ Jн)(kш + Мтах/ dELmax). (4)
Частота пневмомеханического резонанса РПП определяется суммарной жесткостью пневмо-двигателя и нагрузки, причем податливость привода на этой частоте резко растет, то есть РПП на этой частоте обладает наименьшей жесткостью по отношению к внешнему моменту. Важность исследования на частоте резонанса РПП можно проиллюстрировать тем, что если эта частота совпадает с собственными частотами летательного аппарата, то возможно возникновение различных флаттерных явлений в системе ЛА - РПП.
Приведенный краткий анализ позволяет, кроме всего прочего, очертить перечень параметров, которые требуется изменять для построения адаптивной системы с неявной эталонной моделью. Такими параметрами могут быть или перепад давления в полостях пневмодвигателя или основные составляющие: позиционная и инерционная нагрузки.
Список литературы
1. Пневмопривод систем управления летательных аппаратов // Под ред. Чащина В.А. М.: Машиностроение, 1987.
2. Кондратьев А.Б., Чащин В.А. О жесткости рулевого пневматического привода летательного аппарата // Известия ВУЗов. Авиационная техника. Казань. 1990. № 1.
3. Чащин В.А. Пневмоавтоматика и пневмопривод летательных аппаратов. М.: Издательство МАИ-ПРИНТ, 2009.
4. Пневматические приводы летательных аппаратов // Под ред. Саяпина В.В. М.: Машиностроение, 2002.
5. Сопов В.И. Динамическая жесткость дроссельных рулевых приводов. М.: Труды ЦАГИ, Вып. 1957, 1978.
6. Прудников С.Н., Подчуфаров А.А. Динамические характеристики пневматических исполнительных механизмов систем автоматического регулирования и дистанционного управления // Известия ВУЗов . Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. Машиностроение. 2015. № 2.
7. Донской А.С. Моделирование и расчет пневматических приводов // Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург. 2017.
8. Кондратьев А.Б., Чащин В.А. Об управлении жесткостью рулевого пневматического привода // Тематический сборник научных трудов МАИ. М., 1991.
9. Сопов В.И. Метод исследования динамических свойств контура следящего привода с помощью обобщенных характеристик основных его элементов. М.: Труды ЦАГИ, Вып. 1820, 1977.
10. Костин С.В., Петров Б.И., Гамынин Н.С. Рулевые приводы. М., Машиностроение, 1973.
Кондратьев Александр Борисович, канд. техн. наук, kondr48@mail.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный. исследовательскийуниверситет)
INVESTIGATION OF AN ADAPTIVE PNEUMATIC DRIVE SYSTEM WITH AN IMPLICIT REFERENCE MODEL
A3. Kondratiev
The issue of ensuring the specified accuracy of the control loop and the stability of the tracking steering pneumatic drive associated with the normalization of the rigidity of the drive in relation to the load is investigated. At the same time, various components of the load are distinguished and the limits of the change in the stiffness of the drive are determined. The process of adapting the dynamic stiffness of the drive to the load has been studied in a wide frequency range, taking into account changes in a number of parameters that need to be changed to build an adaptive system.
Key words: pneumatic actuator, dynamic rigidity, adaptive system.
Kondratiev Alexander Borisovich, candidate of technical sciences, docent, kondr48@mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University)
УДК 004.94
Б01: 10.24412/2071-6168-2023-1-118-122
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗМАРКЕРНОЙ СИСТЕМЫ ЗАХВАТА ДВИЖЕНИЯ
А.С. Конурова, И.И. Бикмуллина
Статья посвящена исследованию безмаркерных систем захвата движения. Значительное внимание уделяется описанию принципа работы данной технологии. Выделяются и описываются характерные особенности, достоинства и недостатки безмаркерных систем захвата движения. В заключение излагается взгляд на их дальнейшие перспективы применения в различных областях знаний.
Ключевые слова: безмаркерная система, захват движения.
Введение. Технология захвата движения в подавляющем большинстве случаев применяется для анимирования трехмерных моделей персонажей в компьютерных играх и киноиндустрии [1-3].
Однако в настоящее время растет популярность технологии захвата движения не только в индустрии развлечений, но также в таких сферах, как медицина [4] и спорт. Благодаря данной технологии пациенты с проблемами двигательной активности могут получить более эффективное лечение, а спортсмены улучшить свою спортивную технику.
Система захвата движений подразделяется по способу оцифровки движений человека на [5]:
Маркерные системы захвата движений;
Безмаркерные системы захвата движений.
Основное различие между данными двумя технологиями заключается в наличие у подвижного объекта специальных меток - маркеров.
Маркерная система захвата движения использует при работе специальные помещаемые на отслеживаемый объект датчики, которые указывают на положение тела в пространстве.
118
