Система стабилизации самолета по углу тангажа

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..12

1   СОСТОЯНИЕ  ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ ПРОEКТИРОВАНИЯ……………………………………………………………………14

1. Общая характеристика проблемы и существующие пути ее решения………...…14
2. Анализ технического задания……………………………………………………….16
3. Анализ литературы…………………………………………………………………..17
2. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ……19
1. Описание объекта управления………………………………………………………19
2. Математическое описание объекта управления……………………………………20
3. Разработка функциональной схемы САУ………………………....………………..24
4. Выбор элементов системы………………………………………………………...…26
5. Машинное моделирование исследуемой системы управления…………………...29
3. ПОЛУНАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ………………………………………..…42
4. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………..46
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАТЬ………………………………………………………52
1. Качественная оценка технологичности…………………………………………….52
2. Количественная оценка технологичности………………………………………….53
3. Разработка технологической схемы сборки………………………………………..54
4. Разработка маршрутной технологии………………………………………………..56
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………..57
7. ОХРАНА ТРУДА…………………………………………………………………….61
1. Классификация опасных и вредных производственных факторов……………….61
2. Анализ вредных и опасных факторов при производстве вычислительного блока……………………………………………………………………………….…64
3. Пожаробезопасность………………………………………………………………...65
4. Исследование и расчетестественнойосвещенности в производственныхпомещениях…………………………………………………………………………...66

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………….…………………………….69

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………………71

Приложение А…..………………………………………………………………………..75

Приложение Б………..…………………………………………………………………..82

Приложение В……………………………………………………………………………84

Приложение Г……………………………………………………………………………86

Приложение Д……………………………………………………………………………89

Приложение Е……………………………………………………………………………91 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

   Системы автоматического управления полетом  занимают важное место на современных  летательных аппаратах. Без таких  систем невозможно эффективное применение авиации, космических аппаратов  и баллистических ракет.

   Система автоматического управления полетом  ЛА состоит из датчиков, предназначенных для получения информации о режимах и условиях полета; вычислителей и корректирующих устройств, служащих для переработки информации и формирования законов управления; усилительных устройств и исполнительных механизмов, служащих для усиления сигналов и передачи на органы управления и т.д. Структурные особенности САУ оцениваются ее законом управления, под которым подразумевают требуемую зависимость выходных сигналов исполнительных механизмов от совокупности входных сигналов.

   Одной из основных задач, которые решаются автопилотом, является стабилизация угла тангажа и автоматическое управление им. Эта задача выполняется при помощи продольного канала автопилота, воздействующего или только на руль высоты или одновременно на руль высоты и двигатель.

     Автоматическое управление угловым положением осуществляется путем отклонения рулей при появлении рассогласований между текущими и требуемыми значениями угловых параметров положения самолета.

   Современный этап развития систем управления характеризуется  широким внедрением принципов адаптации, применением бортовых цифровых устройств для формирования алгоритмов управления и контроля, повышением надежности средств получения и переработки информации и исполнения команд управления.

   Благоприятное влияние автоматики на процесс управления самолетом проявляется в улучшении  качества переходных процессов возвращения  самолета к исходному режиму по угловым  параметрам после непроизвольного  отклонения под действием внешних  возмущений. 

    1. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ САМОЛЁТА  ПО УГЛУ ТАНГАЖА

     1.1. Состояние проблемы.

    Необходимость управления углом тангажа  обусловлена статичностью самолета как объекта управления по этой координате в продольном короткопериодическом движении под действием внешнего момента тангажа или вертикального ветра. При решении этой задачи пилот, наблюдая за изменением угла тангажа по указателю авиагоризонта, воздействует на колонку штурвала и отклоняет руль высоты таким образом, чтобы самолет удерживал требуемое значение угла тангажа или изменял его соответствующим образом. Для освобождения пилота от необходимости ручной стабилизации и управления продольным короткопериодическим движением самолета служат автопилоты угла тангажа.

    Важным  параметром при управлении самолетом  является стабилизация (сохранение) требуемого значения угла тангажа, особое внимание следует уделять стабилизации высоты при посадке и взлете самолета. 

    Одной из основных задач, которые решаются автопилотом, является стабилизация угла тангажа и автоматическое управление им. Эта задача выполняется при помощи продольного канала автопилота, воздействующего или только на руль высоты или одновременно на руль высоты и двигатель.

    Задача  автоматического управления угловым  положением самолета является одной  из основных задач, возникающих при  пилотировании. Исторически эта  задача ставилась и решалась даже раньше, чем задача автоматического  демпфирования и улучшения устойчивости и управляемости самолета. Поэтому  автоматические средства управления угловым  положением самолета-автопилоты стали прообразами современных систем автоматического управления полетом. Автоматическое управление угловым положением осуществляется путем отклонения рулей при появлении рассогласований между текущими и требуемыми значениями угловых параметров положения самолета.

    Автоматическое  управление углом тангажа самолета связано как с вращением самолета относительно поперечной оси, то есть с изменением самого угла тангажа, так и с поворотом вектора скорости. Если вращение самолета относительно поперечной оси совершается под действием продольных моментов, то поворот вектора скорости вызывается изменением нормальных сил. Вращение продольной  оси описывается уравнением продольных моментов, а вращение поворота вектора скорости – уравнением нормальных сил, причем повороты продольной оси и вектора скорости взаимно связаны через угол атаки. Как изменение угла тангажа, так и изменение угла наклона траектории изменяют угол атаки, которым определяется, с одной стороны, величина продольного момента собственной устойчивости, а с другой – величина подъемной силы.

    В продольных каналах автопилотов, предназначенных  для установки на самолеты с до звуковыми скоростями, управление осуществляется лишь воздействием на руль высоты.

      Автоматизация летательных аппаратов должна быть комплексной, то есть такой, при которой  автоматизируется вся последовательность функций по сбору информации о  режимах полёта и об обстановке в  воздухе, по переработке информации, выработке законов управления, по управлению, наведению и контролю.

      Основное  назначение ЛА сводится к осуществлению  полёта по требуемой траектории. При  этом следует иметь в виду, что  непрерывное удержание центра тяжести  ЛА на намеченной траектории еще недостаточно для осуществления полёта по–заданному маршруту. Для этого, необходимо сохранение вполне определенного положения  ЛА по отношению к заданной траектории в каждой её точке.

      Выполнение  указанных условий осложняется  тем, что движение ЛА сопровождается неизбежными его отклонениями от заданной траектории и необходимого положения в пространстве. Возникновение  таких отклонений обуславливается  неоднородностью окружающей среды, изменениями положения центра тяжести  ЛА.

    Автоматическое  управление углом тангажа в продольном движении самолета.

    На  рис.1.1.1 представлена кинематическая схема продольного движения самолета. 

    

    Рисунок 1.1.1 – Кинематическая схема продольного движения самолета  

    На  рис.1 приняты следующие обозначения:

     - угол отклонения руля высоты;

      Р - сила тяги, принимаемая совпадающей по направлению с продольной осью ЛА;

     - угол атаки;

    М_В – возмущающий момент;

    - угол  наклона траектории;

      m — масса;

      X – сила лобового сопротивления;

    У - подъемная  сила; 

      G - сила    тяжести.

    Система управления продольным каналом обеспечивает стабилизацию тангажа, используя информацию о нем и угловой скоростью.

     Полет самолета осуществляется под влиянием сил и моментов, действующих на него. Отклоняя органы управления, летчик может регулировать величину и направление  сил и моментов, изменяя параметры  движения самолета в желаемую сторону. Для прямолинейного и равномерного полета необходимо, чтобы все силы и моменты были уравновешены. При  этом обязательно должно соблюдаться  и равновесие моментов, так как  иначе самолет начинает вращаться. Равновесие, созданное летчиком, может быть нарушено воздействием какого-либо возмущающего фактора, например, турбулентностью атмосферы или порывами ветра.

     Таким образом, стабилизация угла тангажа самолета на данный момент во всем мире является наиболее актуальной проблемой, так как именно этой по причине случается огромное количество катастроф и аварий. 

    1.2.Анализ  технического задания 

      Целью данного курсового проекта является разработка системы стабилизации самолёта по углу  тангажа. В техническом задании описаны первичные характеристики объекта управления, которые полностью описывают условия эксплуатации заданного обьекта.

      В техническом задании приведены  требования к качеству процесса управления, с помощью которых возможно однозначно определить структуру и параметры  законов управления контуров системы, обеспечивающих устойчивость и качество процессов управления.

      Предельные  массово-габаритные характеристики оборудования возможно использовать в конструкторской части проекта при проектировании или выборе измерительных устройств.

      С помощью вида движения и режима полёта заданных в ТЗ можно получить представление опорной траектории объекта управления, используемой в процессе формирования линейной модели. Также вид движения и режим полёта служат основой для изучения рабочих моделей объекта управления в виде системы линейных дифференциальных уравнений, передаточных функций и матриц.

      Управление  полётом должно сводиться к управлению параметрами режима полёта: угловыми и линейными координатами, скоростями и ускорениями. В процессе управления должны достигаться высокое качество переходного процесса, самоконтроль измерителей параметров движения, обеспечиваться указанные в ТЗ запасы устойчивости.

 1.3. Обзор  литературы.

    Системы автоматического и полуавтоматического  управления полетом относятся к  числу наиболее важных и стремительно развивающихся систем летательных  аппаратов. Эти системы в процессе функционирования объединяют многочисленные подсистемы, используют информацию разнообразных  датчиков. [4]

    Режим полета летательного аппарата характеризуется  многими взаимосвязанными параметрами. Задание и поддержание режима полета возможно в том случае, когда  его основные параметры известны и их можно изменять по желанию. К числу основных параметров режима полета летательного аппарат относятся его линейные и угловые координаты, скорости, ускорения и т.д. [2]