Основы управления подвижными объектами

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Институт  высокоточных систем им. В.П. Грязева

Факультет «Системы автоматического управления»

Кафедра «Приборы и биотехнические системы» 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольно  курсовая работа

по дисциплине

«Основы управления подвижными объектами». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тула 2010г. 
 

Введение

    Система автоматического управления (САУ) летательного аппарата (ЛА) обычно является совокупностью следующих основных автоматических устройств:

    -  автомата тяги, служащего для  управления режимом работы двигателя;

    - автопилота, обеспечивающего заданное  угловое положение (стабилизацию) ЛА по углам рыскания, тангажа и крена;

    - командной системы управления, необходимой для обработки пилотажно-навигационной информации, о курсе, высоте, скорости полета, координатах ЛА и выдачи её летчику или подачи в автопилот в удобном для этого виде.

    Автопилот (система стабилизации) является важнейшим  элементом любой САУ. Помимо угловой стабилизации он позволяет автоматически совершать вираж (разворот с креном), стабилизацию высота полета, а при взаимодействии командной системой управления и наземными радиолокационными станциями осуществлять автоматическое пилотирование по заданной траектории, производить взлет и посадку ЛА.

    Автопилот совместно с ЛА представляет собой  систему автоматического регулирования, в которой ЛА является объектом регулирования, а АП -автоматическим регулятором. В связи с этим динамический расчет системы автоматической стабилизации ЛА можно вести с помощью известных методов ТАР. Наибольшее распространение в инженерной практике получили частотные методы расчета. При помощи частотных характеристик можно установить достаточно наглядное влияние того или иного звена на устойчивость, быстродействие системы и точность ее работы. Из всех частотных методов наиболее полно разработан метод логарифмических характеристик. При этом методе используется большое количество номограмм, графиков и типовых характеристик, что существенно обличает построения логарифмических характеристик сложных динамических систем.

    Дано:

    а1=1.21, а2=9.68, а3=-17.2, а4=-0.81, Т_рп=0.02, ξ_рп =0.3.

    Блок-схема системы ЛА-АП представлена на рис. 1:

   

   Рисунок 1 – Блок-схема системы ЛА-АП 
 

   Уравнения движения, передаточные функции  и ЛАФЧХ ЛА

   Уравнения движения ЛА по каналу тангажа можно записать в следующем виде [1]: 

                                           

                                              (1)

   где  - угол тангажа;

           - угол атаки;

           - угол наклона траектории к плоскости горизонта;

           - угол отклонения руля высоты;

           - возмущения, действующие на ЛА по соответствующим осям;

           - постоянные коэффициенты, характеризующие аэродинамику ЛА.

     Исходными данными для проектирования  являются коэффициенты уравнений  движения ЛА по тангажу

   

     Для определения передаточной функции ЛА систему уравнений (1) запишем в изображениях по Лапласу при нулевых начальных условиях: 

                                  

                          (2)

   где постоянные коэффициенты согласно литературе [1] имеют вид

     ,  , , .

     можно определить по формуле

   

,

   где Δ – полный определитель системы  уравнений (2); - присоединенный определитель.

   На  основании (2) имеем определитель вида 
 

     

   

   Передаточная  функция ЛА по отношению отклонения рулей высоты принимает вид

   

   Полученное выражение необходимо привести к типовому виду. В результате несложных преобразований получим передаточную функцию ЛА по отношению к отклонению рулей высоты в окончательном виде:

   

     Передаточная  функция ЛА по возмущению имеет вид

   

   где параметры  ПФ ЛА:

      Коэффициент передачи ЛА от управляющего воздействия к углу тангажа

   

      Постоянная времени, характеризующая маневренность ЛА по тангажу

   

      Постоянная времени, равная периоду собственных (недемпфированных) колебаний ЛА по тангажу

   

   Степень затухания собственных колебаний  ЛА по тангажу

   

   Передаточные  функции ЛА по отношению к отклонению рулей и по возмущению согласно рассчитанным  коэффициентам примут вид 

   

   

 

   Построенные на миллиметровой бумаги по передаточной функции частотные характеристики ЛА приведены в приложении 1. Cмоделируем ЛАФЧХ ЛА с помощью ЭВМ в прикладной программе Classic 3/01 и покажем на рисунке 2.

   

   Рисунок 2 – ЛАФЧХ разомкнутой системы 

   Графики ЛАФЧХ ЛА в Приложении 1 получены графическим методом сложения функций. ЛФХ пересекает линию φ=-180^о при отрицательных значениях ассимтотической ЛАХ. Следовательно, замкнутая система устойчива. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

      Анализируемая система ЛА-АП оказалась устойчива  при коэффициенте передачи гироскопа  равному: 0.1 , и коэффициенте передачи рулевого привода равному: 0.9

      Запас устойчивости при анализе графическим  методом:

-по  фазе: 70^o

-по  амплитуде:

      Запас устойчивости при анализе системы при помощи ЭВМ:

-по  фазе: 90^o

-по  амплитуде: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Список  использованных источников 

   

1. В.В. Савельев. Основные элементы системы стабилизации самолет-автомат. Законы управления автопилотов. Тула, 1990. 63 с.
2. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Москва. Машиностроение. 1978. 720 с.
3. Павлов А.В. Понырько С.А. Хованский Ю.М. Стабилизация летательных аппаратов и автопилоты. М.: Высшая школа, 1964. 484 с.