CC BY
125
3. Постоянные магниты: справочник / А.Б. Альтман [и др.]; под ред. Ю.М. Пятина. М: Энергия, 1980. 488 с.
S.Y. Loginov
MA THEMATICAL MODEL OF THE BEARINGLESS RELUCTANCEMOTOR The advantages of bearingless motors are pointed out. An analytical model of the bearingless reluctance motor and a finite element model were created. The dependences of radial forces from rotor shifts and currents in the motor winding are shown as well as moment from rotation angle.
Key words: a bearingless reluctance motor, a mathematical model, a magnetic conductance, a radial force, a moment.
Получено 09.11.11
УДК 681.51
А.В. Ладонкин, асп., 89105555847, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
М.Н. Машнин, асп., 89190816199, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОРРЕКЦИИ КОЭФФИЦИЕНТОВ АВТОПИЛОТА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Рассмотрена система автоматизированного проектирования коэффициентов автопилота по каналам управления, исходя из требований к переходному процессу.
Ключевые слова: автопилот, беспилотный летательный аппарат, коэффициенты автопилота, воздушная скорость, программное обеспечение.
Неотъемлемой частью беспилотного летательного аппарата (БПЛА) является система автоматического управления (САУ), задачей которой является управление БПЛА в воздушном пространстве (стабилизация углового положения, полет по заданной траектории и т.д.) [1].
В процессе проектирования САУ встает задача определения коэффициентов автопилота, при вычислении которых стараются упростить задачу и принять ряд допущений: САУ линейная система, скорость полета постоянна (крейсерская) и т.д. Это вносит неточности при переходе к реальной нелинейной САУ.
Во время полета БПЛА появляется необходимость изменять путевую скорость на конкретных участках либо, наоборот, выдерживать ее по-
стоянной на подлете к какой-нибудь точке маршрута. Для этого необходимо принимать во внимание возможность возникновения ветрового порыва, а следовательно, необходимость корректировать коэффициенты автопилота по каналам управления.
Цель работы заключается в описании системы автоматизированного определения коэффициентов автопилота САУ БПЛА по каналам рыскания, тангажа и крена, позволяющая учесть нелинейность системы, дискретность и различные помехи информационно-измерительных модулей, и предложение принципа адаптивности САУ к продольному ветровому потоку путем введения в обратную связь зависимостей коэффициентов передачи автопилота от скорости, описанных полиномами третьего порядка.
Типичная структурная схема системы автоматического управления угловыми параметрами БПЛА приведена на рис. 1.
В качестве рулевого привода используется сервомашинка, которую математически можно описать колебательным звеном второго порядка (1), имеющем две нелинейности: ограничение входного и выходного сигнала (рис. 1):
К(Р)= 2 2 к"-> 0)
где кп - коэффициент усиления; Тп- постоянная времени, 1/с; - коэффициент демпфирования.
Рис. 1. Структурная схема автопилота по одному каналу управления: ЛА - летательный аппарат, представленный передаточной функцией по одному из каналов управления; РП - сервопривод; 5 - отклонение управляющего органа; ц>з, ф - заданное и текущее значении
регулируемого параметра; ку(У), к (V) - функция коэффициентов
передачи по регулируемому параметру и скорости его изменения от воздушной скорости; фл/ -регулируемый параметр; сом- скорость изменения регулируемого параметра
Ограничение входного сигнала вызвано особенностью управления сервомашинки (ШИМ - сигналом), а ограничение выходного сигнала -предельными значениями отклонения рулевой поверхности.
Для САУ летательный аппарат представляется в виде трех независимых передаточных функций по каналам курса, тангажа и крена, приведенных в зависимостях
K tan g (Tjp +1) 1
Wu (p)
W8y( p )
ra p2+2x атар+1p
Kp KyTy p +1)
p(Tp2 p2 + 2XpTp p +1 _ g(p) _ KSy
где Ktag g > Kb' Ky' каналам управления;
W*y( p -p(TypTT)'
Kdy - коэффициенты усиления по соответствующим Ta, Tj , Tp, Ty - постоянные времени по соответст-
вующим каналам управления,1/с; Xа, Хр- коэффициенты демпфирования
по соответствующим каналам управления.
Коэффициенты передаточных функций по каналам управления автопилота зависят от воздушной скорости полета V.
Системы ориентации могут строиться на различных датчиках физических величин. Для малоразмерных БПЛА наибольшее распространение получили бесплатформенные системы ориентации (БСО) на основе инер-циальных датчиков (микромеханических гироскопов и акселерометров). Типичная структурная схема БСО представлена на рис. 2.
Рис. 2. Типичная структурная схема БСО: ^ - угловая скорость БПЛА, ¥ - угловая ориентация БПЛА
Основными погрешностями БСО считают нелинейность, смещение нуля и шумовую составляющую. Также имеете место дискретность выход-
ных сигналов БСО (в случае применения цифровых интерфейсов передачи данных). В данной работе эти параметры учитываются для анализа переходного процесса САУ с уже подобранными коэффициентами передачи по каналам автопилота. Для первоначального определения значений коэффициентов передачи, БСО можно принять идеальной.
Чтобы система стала адаптивной к воздействию продольного ветра, а планер был устойчив в воздушном потоке, необходимо коэффициенты передачи по каналам тангажа, крена и рыскания представить в виде некоторых функций к у (V) и куС (V), зависящих от воздушной скорости V. Источником первичной информации о воздушной скорости является датчик воздушной скорости, установленный на носовой части планера.
Определение параметров функций к у (V) и куС (V) производится
аппроксимированием их полиномом 3- го порядка:
ку (V) = «V 3 + п2у 2 + «V + п4, к ус (V) = к1у 3 + к2У 2 + кзV + к4,
где п-, «2, «з, «4, к-, к2, кз, к4 - коэффициенты аппроксимирующих полиномов.
Коэффициенты к у (V) и куС (V) можно подобрать исходя из требований переходного процесса. В данной работе приняты следующие требования к переходному процессу:
1) минимизация времени переходного процесса;
2) минимизация колебательности (минимизация числа пересечения второй производной от угла ориентации с осью абсцисс).
В данной работе используется метод перебора, для которого необходимо знать заданные границы поиска. Из заданного диапазона выбираются коэффициенты передачи, обеспечивающие необходимое качество переходного процесса, т.е. минимальное время переходного процесса и отсутствие колебательности.
Подбор коэффициентов автопилота в ручном режиме занимает много времени и не обеспечивает необходимой точности. На основании вышеизложенного было разработано программное обеспечение (ПО) [2], которое обеспечивает следующий функционал:
1) автоматический подбор значений коэффициентов автопилота по заранее заданным требованиям к переходному процессу;
2) автоматический подбор значений коэффициентов для всего диапазона возможных скоростей полета БПЛА;
3) анализ работы САУ с учетом нелинейности рулевого привода, особенностей его функционирования, дискретности и шумов информационно-измерительных модулей и т.д.
Внешний вид окна ПО представлен на рис. 3.
В начале работы с ПО следует задать входные данные для параметров планера и рулевого привода. При нажатии на кнопку «Расчет коэффициентов» будет произведено вычисление коэффициентов передаточной функции планера и визуализация их значений. Для построения графика переходного процесса с определенными коэффициентами автопилота необходимо нажать кнопку «Расчет реакции на ступенчатое воздействие». Для подбора коэффициентов автопилота следует воспользоваться кнопкой «Подобрать оптимальные коэффициенты автопилота».
Работа данного ПО была апробирована на БПЛА, состоящем из авиамодели Ripmax, рулевых приводов SRM-102 фирмы «Sanwa Electronic Inc» и САУ, разработанной на кафедре «Приборы управления» ТулГУ.
Значения коэффициентов автопилота, вычисленных с помощью данного ПО, отличались не более чем на 10 % от подобранных ранее вручную. При этом качество переходного процесса улучшилось, уменьшилось время переходного процесса, исчезла колебательность.
Рис. 3. Внешний вид окна ПО на примере канала тангажа: 1 - управляющие элементы интерфейса и область ввода исходных данных; 2 - область задания и отображения найденных коэффициентов автопилота; 3 - область отображения графической информации данных переходного процесса; 4.1,4.2 - области построения ЛА Ф ЧХ контура управления
Таким образом, применение данного ПО позволяет сократить время проектирования САУ и подобрать значения коэффициентов автопилота.
Список литературы
1. Распопов В.Я., Товкач С.Е. Авионика малоразмерных беспилотных летательных аппаратов // Мир авионики .2009. №3. С. 39 - 47.
2. Расчетный и лабораторный практикум по микросистемной авио-нике: учеб. пособие для вузов/под ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 211 с.
A.V. Ladonkin, M. N. Mashnin
THE SYSTEM FOR AVTOMATED DEFINITION AND CORRECTION THE COEFFICENTS OF THE AUTOPILOT FOR UNMAINED AIRCRAFT SYSTEMS
The system on the basis requirement of transient process for automatic design of autopilot's coefficients on control channels is described.
Key words: the autopilot, the unmanned aircraft system, the autopilot's coefficients, the airspeed, software.
Получено 09.11.11
УДК 621.9.06
В.А. Крюков, д-р техн. наук, проф., (4872)-33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.Н. Фролович, д-р техн. наук, советник ген. директора (Россия, Климовск, ОАО «КБАЛ им. Л.Н. Кошкина)
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ МАШИН С ПОМОЩЬЮ ЦЕПНОГО КОНВЕЙЕРА
Рассмотрена возможность синхронизации движения рабочих машин автоматических роторных линий с помощью цепного конвейера. Определены силы натяжения в ветвях конвейера. Проанализировано влияние параметров линии и цепного транспортного конвейера на величины сил натяжения в его ветвях.
Ключевые слова: автоматические роторные линии, передачи цепные, динамика, синтез, синхронизация.
Устранение существенного недостатка применяемых в настоящее время схем электромеханического привода автоматических роторных линий, заключающегося в существовании жесткой кинематической связи рабочих роторов, на основе цепного дифференциального конвейера с несколькими степенями свободы и индивидуальных приводов рабочих машин, синхронное движение которых осуществляется с помощью систе-
71
