Автоматизация процессов моделирования вектора ускорений на ротационных стендах Лавренюк, Владимир Иванович

Введение к работе

Актуальность темы. На различных этапах разработки узлов летательных аппаратов (двигательных установок, приборных устройств) требуется проведение комплекса испытаний на воздействие непериодических перегрузок, изменяющихся по заданным циклограммам. Использование для этих целей ротационных стендов позволяет воспроизводить перегрузки в лабораторных условиях. При этом, снижается объем летных испытаний, с меньшими затратами решаются проблемы съема информации и утилизации продуктов работы изделий. Однако, особенности поля центробежных ускорений не позволяют без методической погрешности воспроизводить широкий диапазон (0,1 + 400 м/с ) программно изменяющихся перегрузок в произвольно-заданной точка объекта. С целью уменьшения погрешностей воспроизведения программно-изменяющихся ускорений используются стенды с поворотными платформами, обеспечивающие совмещение оси чувствительности приборного устройства с направлением результирующего вектора перегрузок. Однако, в произвольно-заданной точке объекта, вне оси поворотной платформы нэ удается исключить методическую погрешность формирования программных ускорений. Увеличение радиуса планшайбы стенда приводит к значительному росту капитальных затрат при его создании.

' Развитие вычислительной техники и средств автоматизации способствовало поиску новых способов управления процессом формирования вектора перегрузок относительно оси чувствительности приборного устройства в его произвольно-заданной точке.

Ротационный стенд с системой управления следящими электроприводами, построенной на база устройств числового программного управления с микро-ЭВМ при испытании изделий рассматриваемого класса должен обладать следующими основными функциями:

воспроизведение широкого диапазона изменения программно-заданных перегрузок с минимальными динамическими искажениями;

решение задачи точного воспроизведения ускорений в заданной точке крупногабаритных приборных устройств без увеличения радиуса планшайбы;

автоматическое формирование законов движения следящих приводов в соответствии с заданной циклограммой перегрузок в произвольной точке изделия;

- сохранение качества воспроизведения ускорений при изменении
массы изделия в процессе испытаний.

Созданные до настоящего времени ротационные стенды не выполняли полностью выше перечисленные функции, а их технические характеристики не соответствовали заданным требованиям по точности воспроизведения ускорений в произвольно-заданной точка изделия.

Цель работы. Разработка новых методов координирующего управления следящими приводами, повышающих точность формирования вектора перегрузок в произвольно-заданной точке на ротационных стендах ограниченного радиуса.

При этом, основное внимание уделяется:

разработке новых принципов структурно-алгоритмической организации систем воспроизведения ускорений на ротационных стендах ограниченного радиуса;

анализу погрешностей воспроизведения ускорений в окрестности программно-заданных номинальных траекторий движения изображающей точки объекта испытаний;

формированию требований к задаче управления степенями подвижности стенда из условия заданной точности воспроизведения ускорений;

анализу подходов к синтезу локальных систем управления стендом, удовлетворяющих требованиям точности воспроизведения прегрузок;

разработке системы управления динамической балансировкой планшайбы стенда при испытании объектов переменной массы;

разработке алгоритмов управления следящими приводами при изменении массы объекта испытаний и действии нагрузок вследствии дисбалансов планшайбы;

разработке принципов формирования управляющих программ в соответствии с заданными циклограммами перегрузок;

экспериментальной проверке и промышленному внедрению полученных в процессе работы результатов.

Методы исследований. Работа выполнена с применением методов теории управления, аналитической механики, методов функций Ляпунова, цифрового моделирования, теории адаптивных систем. Теоретические результаты прошли экспериментальную проверку на ротационном стенде 0КЭ-П84 ШО им.С.ГЛ.Кирова, стенде Щ1С 01 ОКБ "Темп" г .Перми.

Научная новизна.

1. Выполнен анализ отклонений перегрузок при воспроизведении циклограмм ускорений в произвольно-заданной точке изделия на стендах ограниченного радиуса.

2. Предложены алгоритмы формирования координат стенда, реализующие заданные циклограммы изменения перегрузок.

3. Предложен подход к оценке отклонений перегрузок при возму
щенном движении координат стенда в окрестности заданных траекто
рий.

4. Предложены критериальные формы определения параметров автономных пневматических демпферов для разгрузки механизмов радиальных перемещений от действий центробежных сил при испытаниях на ротационном стенде,

5. Предложена система управления динамической балансировкой планшайбы стенда при испытании объектов переменной массы.

Н-рактичеокая денность. Результаты диссертационной работы позволяют:

повысить точность воспроизведения малых ускорений на ротационных стендах ограниченного радиуса за счет исключения методических погрешностей, обусловленных влиянием тангенциальных и кораолисовых ускорений;

повысить качество воспроизведения центробежных ускорений при испытаниях объектов переменной массы на основе элементов адаптации и оценки действия внешних возмущений по нагрузке.

На защиту выносятся следующие научные полоаения :

1. Принципы структурно-алгоритмической организации систем воспроизведения ускорений, основанные на регуляризации траекторий движения изображающей точки объекта испытаний на ротационных стендах.

2. Подход к построению системы воспроизведения программных траекторий изменения ускорений на основе концепции децентрализованного регулятора и линеаризованной модели отклонений ускорений в окрестности заданных номинальных траекторий.

3. Методика синтеза системы управления стендом на основе оценки практической устойчивости системы формирования перегрузок в окрестности заданных траекторий их изменения.

4. Критериальные формы определения параметров автономных

пневматических демпферов для разгрузки механизмов радиальных перемещений от действия центробежных сил при испытаниях на ротационном стенде.

5. Процедуры синтеза систам управления стендом, анализа практической устойчивости траекторий формирования заданных перегрузок доведены до формальных алгоритмов и оформлены в виде пакета программ, позволяющих в диалоговом режиме осуществить процедуры анализа и синтеза систем восдроизведения ускорений на ротационных стендах.

Реализация и внедрение результатов исследований. Предложенные в диссертационной работе принципы структурно-алгоритмической организации систем воспроизведения ускорений использованы при проектировании ротационных стендов для испытаний двигательных установок спвцизделий ОКБ "Темп" г.Перми, алгоритмы управления следящими приводами при испытании объектов переменной массы внедрены на ротационном стенде 0K3-II84 для серийных испытаний специз-делий НПО им.Кирова г.Пермь.

Апробация -работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсувдались на следующих семинарах и конференциях:

Научно-техническая конференция "Автоматизация технологических процессов и промышленных установок", г.Пермь, 1987;

Межотраслевой конференции "Автоматические системы", г.Пермь, 1987;

2-ой отраслевой научно-технической конференции в Бвлоозерском филиале ГосНИИАС 25-28 сентября 1990;

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 статей и 7 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит -l&s страниц основного текста, перечень литературы из 141 наименования, 2Г рисунков, & таблиц и 2 приложения.