Синтез структурной схемы электрогидравлического привода авиационного тренажера Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Федеральный портал "Инженерное образование"

т электронный журнал

ОБРАЗОВАНИЕ

Инженерное образование Ассоциация технических университетов

#11 ноябрь 2006

Общие проблемы

инженерного

образования

Инженер в современной России

Наука в образовании: Электронное научное издание

CALS-технологии

Зарубежное образование

История технического прогресса

Учебные программы Будущий инженер Вне рубрик

English Library

Пресс-релизы

Библиотека

Конференции

Выставки

Форум

Доска объявлений

Архив

Переписка

Информация о проекте About project

Найти!

# Гос. регистрации 0420700025

ISSN 1994-0408 Ред. совет Специальности Рецензентам Авторам English Koi-8 Win

Найти выделенное

Синтез структурной схемы электрогидравлического привода авиационного тренажера #11 ноябрь 2006

УДК 62-523.3

Аспирант кафедры Э-10 МГТУ им Н. Э. Баумана Таха Ахмад Али Научный руководитель: д. т. н. профессор Попов Дмитрий Николаевич

Эта работа посвящена синтезу структурной схемы электрогидравлического следящего привода (ЭГСП) авиационного тренажера с шестью степенями свободы. Сначала составлена нелинейная математическая модель ЭГСП, используемого в системе управления движением тренажера. Затем получены линейные модели ЭГСП. Линейные модели представлены в форме „вход-выход". Синтез выполнен методами математиче-ского моделирования на ЭВМ. При моделировании определены переходные и частотные характеристики. Чтобы обеспечить устойчивость замкнутой системы и оптимизировать переходные характеристики, выбраны параметры ПД - регулятора в случае обратной связи по перемещению штока гидроцилиндра и параметры П - регулятора при наличии обратной связи по переменным состояния. После синтеза структурной схемы системы проведена оценка влияния изменения нагрузки на выходное звено ЭГСП.

В результате исследования получены наиболее близкие к оптимальным значениям параметров регуляторов и выбран метод управления, обеспечивающий низкую чувствительность ЭГСП к изменениям нагрузки на его выходное звено.

1- Цель исследования

Разработать методы выбора регуляторов ЭГСП, обеспечивающих малую чувствительность системы к изменению нагрузок на выходные звенья приводов, т. е. обеспечить робастность ЭГСП.

2- Задачи

1. создать математическую модель ЭГСП в форме „ вход-выход";

2. определить вид и параметры регуляторов, обеспечивающих робастность ЭГСП с симметричным гидроцилиндром;

3. рассчитать переходные процессы в исследуемом ЭГСП при разных нагрузках на его выходное звено.

3- Математическая модель ЭГСП

Установка для авиационного тренажера имеет постоянную базу, шесть цилиндрических опор, шесть сферических опор, подвижную платформу и шесть звеньев (рис. 1). Когда длины звеньев изменяются, положения и ориентация подвижной платформы также изменяется.

Подвижная платфоормп

БиГОР

База и Генератор Образовательных Ресурсов

Рис. 1 Общий вид платформы с шестью степенями свободы

Каждое звено состоит из гидроцилиндра (ГЦ), датчика перемещения и электрогидравлического усилителя (ЭГУ). Вместе эти устройства образуют ЭГСП (рис. 2).

Рис. 2 Схема ЭГСП с обратной связью по перемещению штока ГЦ

Математическое описание динамических процессов в таком ЭГСП, можно представить следующими уравнениями [1]:

Л

А Лг „

(й (И

где д =Р\~Р2 - вызванная действием нагрузки разность давлений в полостях ГЦ; Д. - модуль объемной упругости жидкости; У0- объем жидкости в одной полости ГЦ при среднем положении поршня; расход жидкости через распределительный золотник ЭГУ; ^о- рабочая площадь поршня ГЦ; о- перемещение штока ГЦ;

и- сумма масса поршня, штока ГЦ и приведенной к штоку массы управляемой нагрузки; ^йр- коэффициент вязкого трения; внешняя сила.

Из этих уравнений, не учитывая влияние д на нетрудно получить передаточную функцию нагруженного

ГЦ:

о

0С Ё^Ъ МТ^1 + 2дйТй * +1) *

где

[2_ механическая постоянная времени ГЦ; - коэффициент относительного

Л.--5- <

демпфирования; у _ коэффициент; я &,

Передаточную функцию обмотки управления электромеханического преобразователя (ЭМП), которая подключена к электронному усилителю (ЭУ), имеет вид [1]: ™ ;

а передаточную функцию ЭГУ часто записывает как

** ткй*2 + Ъшдцб +1

здесь Яу+Щйо - коэффициент передачи обмотки управления; &- коэффициент передачи ЭГУ;

постоянная времени обмотки управления; напряжение на выходе ЭУ; - сопротивление, индуктивность и

ток обмоток управления; Л^д - активное сопротивление выходного канала ЭУ; ^^ ~~ постоянная времени ЭГУ;

Схю - собственная частота и коэффициент демпфирования ЭГУ,

Для компьютерного моделирования ЭГСП с помощью приведенных выше передаточных функций построена структурная схема (рис. 3). При моделировании определялись переходная и частотная характеристики замкнутого контура ЭГСП с параметрами:

=5хИГ*1 Ъ/п, =15Па , =Ц85 х, ^ =4x10^1 2,У0 =3,7x10^1 \ £¿=140к ,^15=1000^

Л1=2000 ёа, ¿¿д=1,06x105Лт /1, Д, =1250йй ^=03, Дя»=3& Ё^ =025,

коэффициент обратной связи.

¿К

Т =-

Рис. 3 Структурная схема ЭГСП с обратной связью по перемещению штока ГЦ

Из переходной и частотной характеристик ЭГСП следует, что необходимо уменьшить время установления процесса (рис. 4).

На первый взгляд для этого достаточно увеличить коэффициент усиления Однако существенное

увеличение коэффициента усиления ограничено условием устойчивости, в связи с чем была рассмотрена задача оптимального управления ЭГСП. В случае обратной связи по перемещению штока гидроцилиндра был выбран ПД - регулятор (рис. 5).

Оптимальные значения коэффициентов регулятора были определены с помощью критерия, учитывающего время и модуль ошибки (ИВМО), при ступенчатом входном сигнале [2]:

где Т - верхний предел интегрирования выбирается произвольно, так, чтобы интеграл стремился к конечному значению. Обычно удобно выбирать у равным времени установления; ® - ошибка после сумматора (рис. 5).

При наличии обратной связи по переменным состояния (перемещение, скорость и ускорение штока гидроцилиндра) выбран П - регулятор с постоянной настройкой.

Рис. 4 Переходные и частотные характеристики замкнутого контура ЭГСП с обратной связи по перемещению

гидроцилиндра.

Рис. 5 Структурная схема ЭГСП с обратной связи по перемещению штока ГЦ и с дополнительным ПД -

регулятором

Оптимальные значения коэффициентов обратной связи получены с помощью уравнения Риккати и уравнения управления системой [3, 4]:

РА +АТР -PBR_1BTP +Q =•;

и = -К»

где к=К.-1ВтР- матрица коэффициентов регуляторов переменных состоянии; Р - неотрицательная определенная симметричная матрица; О и К - положительно определенные симметричные весовые матрицы. В

данном случае матрица 0 = 1- единичная матрица и ^ ~ т , где г= 3 - весовой коэффициент.

Стандартная форма уравнений состояния линейной стационарной непрерывной системы имеет вид:

■ад

у(0 = Сжit\

Mt)

где & - производная по времени от вектора x(t) состояния размерности (n х 1); А - матрица коэффициентов системы (n x n); B - матрица входа (n x m); С - матрица выхода (r x n); u(t) - вектор входа размерности (m x 1); y (t) - вектор выхода размерности (r x 1). После определения коэффициентов регуляторов состояния, построена структурная схемаЭГСП (рис. 6).

Рис. 6 Структурная схема ЭГСП с обратными связями по переменным состояния

Переходные и частотные характеристики, вычисленные с помощью структурных схем ЭГСП (рис. 5) и (рис. 6), даны на рис. 7.

Характеристики показывают, что быстродействие ЭГСП значительно увеличилось при наличии обратной связи по переменным состояния.

Оценка влияния переменной нагрузки на выходное звено ЭГСП проведена в соответствии с алгоритмом, блок-схема которого представлена на рис. 8.

Рис. 7 Переходные и частотные характеристики ЭГСП с дополнительными регуляторами

Рис. 8 Блок-схема программы оценки влияния переменной нагрузки на выходном звене ЭГСП

В этой блок-схеме неопределенную модель ЭГСП описывают уравнения [2, 5,6]

где А - диапазон неопределенности при изменении нагрузки на выходное звено ЭГСП в пределах ±25%.

В результате, вычислены переходные и частотные характеристики выбранной модели ЭГСП, которые подтверждают, что динамические характеристики модели практически не изменяются, когда изменяется нагрузка на выходное звено ЭГСП (рис. 9).

Рис. 9 Переходные и частотные характеристики замкнутого контура ЭГСП

при разной нагрузке на его выходном звене

Из переходных и частотных характеристик следует, что система имеет низкую чувствительность к изменениям нагрузки на ЭГСП. математическую модель, структурная схема, которой изображена на рис. 6 можно использовать как эталонную модель ЭГСП.

4- Заключение

1. При проектировании робастного ЭГСП целесообразно применять математическую модель в переменных состояния.

2. Оптимальной с точкой зрения робастности ЭГСП является структурная схема, в которой предусмотрено обратная связь по трем переменным состояния (перемещение, скорость и ускорение штока выходного звена) и П- регулятор в прямой цепи управления ЭГСП.

3. Полученная математическая модель может быт, использована в качестве эталонной модели при синтезе системы управления ЭГСП с учетом нелинейности его характеристик.

Список литературы

1. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: Учебник для вузов. 2-е изд. -М.: Машиностроение, 1987.-464с. ил.

2. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. Пер. с англ. Б. И. Копылова. -М.: Лаборатория Базовых знаний, 2004. - 832 с.: ил.

3. Пупков К.А и. др. Методы робастного, нейро- нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д. Егупова; издание 2-ое, стереотипное. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 744 с., ил.

4. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 -616.: ил.

5. Ходько С.Т. Проектирование систем управления с нестабильными параметрами. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.- 232 с.: ил.

6. H. Lu and W. Lin. Robust controller with disturbance rejection for hydraulic servo systems. IEEE Trans. Indust.Elec. vol. 40, pp. 157-162, Feb. 1993.

УЧАСТНИК

maiuu

Публикации с ключевыми словами: Моделирование математическое - Привод электрогидравлический - Робастность по нагрузке -Синтез - Схема структурная - Тренажер авиационный - Характеристики переходные

Публикации со словами: Моделирование математическое - Привод электрогидравлический - Робастность по нагрузке - Синтез - Схема структурная - Тренажер авиационный - Характеристики переходные Посмотреть комментарии [3]

Журнал | Портал | Раздел Copyright © 2003 «Наука и образование. Инженерное образование» E-mail: [email protected] | тел.: +7 (495) 263-68-67

Вход для редакторов