Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕР АТУРЫХ ИСТОЧНИКОВ, ПОСВЯЩЕННЫХ ВО
ПРОСАМ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИ
ВОДОВ ДЛЯ АВИАЦИОНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ 10
Кинематические схемы систем управления движением платформы авиационного тренажера 10
Обзор типов электрогидравлических следящих приводов 16
Методы управления ЭГСП 20
Методы управления ЭГСП, основанные на классической ТАУ 21
Методы управления ЭГСП, основанные на современной
ТАУ 25
Робастная система управления 28
Нелинейное управление 31
1.4. Экспериментальные данные 33
1.5. Выводы по главе и постановка задач исследований 34
Глава 2. СИНТЕЗ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕ
СКОГО СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА АВИАЦИОНОГО ТРЕНА
ЖЕРА 35
Определение параметров ГЦ и ЭГУ 36
Математическая модель электрогидравлического усилителя 42
Эталонная линейная модель ЭГСП 47
Регулятор по переменным состояния 50
Синтез наблюдателя 53
Стр.
2.4. Выводы по главе 62
Глава 3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ СЛЕДЯЩИМ
ПРИВОДОМ 63
Нелинейная математическая модель ЭГСП с дифференциальным гидроцилиндром 64
Решение задачи устойчивости нелинейного ЭГСП 70
Синтез алгоритма адаптации системы 76
Первый подход к синтезу алгоритма адаптации 77
Второй подход к синтезу алгоритма адаптации 83
3.4. Выводы по главе 90
Глава 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ПЛАТ
ФОРМЫ С ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ 91
Задача обратной кинематики авиационного тренажера 92
Механическая модель авиационного тренажера 96
Компьютерное моделирование движения платформы и системы управления платформой тренажера 100
Сравнение результатов компьютерного моделирования с экспериментальными данными 108
Реализация моделирования движения платформы с предлагаемым в диссертации регулятором 119
4.6. Выводы по главе 124
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 127
ПРИЛОЖЕНИЯ 135
Введение к работе
Тренажеры используют во многих областях техники, особенно при моделировании движения различных управляемых объектов, в том числе самолетов. Для обеспечения высокой точности управления платформой авиационного тренажера, применяют электрогидравлические следящие приводы (ЭГСП). Несмотря на широкое распространение таких приводов в системах управления летательными аппаратами, роботами, энергетическими установками, станками и испытательными машинами, проблема синтеза ЭГСП для авиационных тренажеров является по-прежнему актуальной. Это объясняется тем, что реальные ЭГСП относятся к нелинейным системам, имеющим при использовании в тренажерах, в общем случае, недостаточно определенные и нестационарные параметры.
Современные методы теории управления позволяют оптимизировать ЭГСП, обеспечивая требуемые показатели качества динамических характеристик. Однако успешное решение задачи оптимизация ЭГСП во многом зависит от полноты информации о влиянии различных факторов на параметры приводов. В условиях неопределенности этого влияния целесообразно искать решение в классе робастных систем.
Цель синтеза робастной системы состоит в том, чтобы гарантировать требуемое качество процессов управления независимо от погрешностей, с которыми определены параметры и их изменения. От робастной системы требуется, чтобы, обладая высокой чувствительностью к сигналам управления, она сохраняла устойчивость и удовлетворяла требованиям, предъявляемым к качеству управления, при достаточно большом диапазоне изменения своих параметров. В соответствии с названной общей целью синтеза робастных ЭГСП ниже сформулированы цель и задачи настоящей работы.
Цель работы: построить алгоритм структурного и параметрического синтеза регуляторов ЭГСП с дифференциальным гидроцилиндром, предназначенных для управления положением и ориентации платформы авиационного тренажера с несколькими степенями подвижности.
Задачи работы для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:
выбор в результате обзора литературных источников схемы механической системы, осуществляющей движение платформы авиационного тренажера посредством ЭГСП;
составление и исследование математических моделей ЭГСП авиационного тренажера;
синтез регуляторов ЭГСП, гарантирующих малую чувствительность исследуемой системы к изменению нагруженности приводов, т. е. обеспечивающих робастность ЭГСП по отношению к нагрузкам на выходное звено;
создание алгоритма расчета оптимальной по критериям качества управления и робастности нелинейной системы с ЭГСП для авиационного тренажера;
составление и решение уравнений „обратной кинематики" для определения алгоритмов управления каждым ЭГСП авиационного тренажера;
проверка основных результатов теоретических исследований с помощью экспериментальных данных и численных экспериментов.
Актуальность. ЭГСП широко используются в авиационных тренажерах, благодаря необходимой динамической жесткости, способности развивать большие силы при высокой точности движения выходного звена и высокому быстродействию. Однако возникающая неопределенность и нестационарность распределения нагрузок, преодолеваемых каждым приводом, ограничивают возможности создания оптимальных систем управления авиационными тренажерами. Проведенные исследования научно обосновывают решение проблемы
проектирования робастного по отношению к нагрузке на выходное звено ЭГСП с оптимальными динамическими характеристиками. При этом оптимизация ЭГСП достигается путем синтеза системы управления ЭГСП на основе широко распространенных в современной технике электрогидравлических усилителей (ЭГУ), гидроцилиндров (ГЦ) и насосных станций. Научная новизна:
решена задача проектирования адаптивного ЭГСП авиационного тренажера с шестью степенями подвижности;
на основе второго метода А. М. Ляпунова определены структуры регуляторов с эталонной моделью, обеспечивающих робастные свойства системы „шесть ЭГСП - платформа тренажера" при оптимальном качестве процессов управления;
разработаны алгоритмы управления ЭГСП с учетом положения и ориентации платформы тренажера.
Практическая ценность:
результаты исследования ориентированы на применение в инженерной практике проектирования и создания авиационных тренажеров с электрогидравлическими приводами в системах управления;
разработанные способы электронного корректирования ЭГСП позволяют избежать излишнего увеличения мощности и габаритных размеров используемого в испытательных установках гидрооборудования (ЭГУ, ГЦ, насосных станций).
Достоверность результатов работы обеспечена тем, что решения задачи синтеза адаптивных ЭГСП получены с помощью современных методов теории управления и апробированных методов компьютерного моделирования, а также подтверждены сравнением теоретических исследований с экспериментальными данными и результатами численных экспериментов.
Апробация: разделы работы доложены на научной конференции студентов и аспирантов «Гидравлическая, вакуумная и компрессорная техника» в МГТУ им Н.Э. Баумана 19 апреля 2006 г., представлены на международной научно- технической и научно-методической конференции «Гидрогазодинамика, гидравлические машины и гидропневмосистемы» в Московском энергетическом институте (техническом университете) 14 декабря 2006 г., обсуждены на семинаре кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ им Н.Э. Баумана 22 февраля 2007г.
Реализация работы осуществлена в учебном процессе на кафедре «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ им Н.Э. Баумана.
Публикации; по материалам диссертации опубликовано четыре работы.
Таха А.А., Попов Д.Н. Синтез структурной схемы электрогидравлического привода авиационного тренажера // Наука в образовании: Электронное научное издание. Инженерное образование. -2006. -№11. -9с.
Попов Д. Н., Таха А.А. Структурный и параметрический синтез электрогидравлического следящего привода авиационного тренажера // Труды международной научно-технической и научно-методической конференции в Московском энергетическом институте (техническом университете). -Москва, 2006. -С 180-183.
Попов Д.Н., Таха А.А. Проектирование электрогидравлического следящего привода с неопределенными и нестационарными нагрузками на выходное звено // Вестник МГТУ. Машиностроение. -2007. -№1(66). -С. 99-112.
Попов Д. Н., Таха А. А. Выбор оптимального регулятора для робастно-го управления электрогидравлическим следящим приводом авиационного тренажера с шестью степенями подвижности // Известия Вузов. Машиностроение. -2007. -№ 9.- С. 25-33.
Структура и объем диссертации; диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы.
Во введении сформулированы цель и задачи работы, обоснована актуальность темы исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе сделан обзор литературных источников, посвященных вопросам разработки электрогидравлических следящих приводов, выбрана кинематическая схема платформы тренажера, описаны ЭГСП, применяемые в системах управления авиационными тренажерами.
Во второй главе рассмотрены виды ГЦ и ЭГУ, которые применяются в системе управления платформой авиационного тренажера. Изложены методы оптимизации системы управления с помощью линейных моделей ЭГСП, получена эталонная модель регулятора, использованная при синтезе системы управления ЭГСП с учетом нелинейности его характеристик.
Третья глава посвящена решению задачи оптимального управления нелинейным ЭГСП, робастного в отношении изменения нагрузки на его выходное звено. Выбран оптимальный регулятор ЭГСП. В регуляторе реализованы алгоритмы адаптации, осуществляемой с помощью эталонной модели при изменении нагрузки на выходное звено ЭГСП.
В четвертой главе представлено решение задачи обратной кинематики платформы авиационного тренажера, построена структурная схема системы „шесть ЭГСП - платформа тренажера". С помощью структурной схемы, путем компьютерного моделирования, рассчитаны переходные процессы при движении выходных звеньев всех шести ЭГСП, обеспечивающих заданные изменения положения и ориентации платформы с различными нагрузками. Сделано сравнение результатов с экспериментами, приведенными в двух работах.
В заключении кратко сформулированы основные результаты проведенных исследований и решений перечисленных во введении задач.
Работа выполнена автором на кафедре «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ им Н.Э. Баумана.
Автор выражает свою признательность и благодарность за оказанную помощь и консультации при выполнении работы научному руководителю д.т.н., профессору Попову Д.Н.
