Адаптивное управление электрогидравлическими приводами рулевых авиационных комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Кузнецов, Владимир Евгеньевич

• Кузнецов, Владимир Евгеньевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецов, Владимир Евгеньевич

Содержание

Введение

Глава 1 Архитектура систем управления рулевых мехатронных комплексов

1.1 Основные аспекты развития рулевых систем управления

1.2 Адаптивное управление комплексом рулевых систем

1.3 Аэродинамическая компоновка объекта управления

1.4 Система управления объектом

1.4.1 Комплексная система управления

1.4.2 Комплекс рулевых систем объекта управления

1.4.3 Рулевой комплекс на примере управления поворотными соплами двигателей

1.4.4 Резервирование. Показатели надежности

1.4.5 Информационный обмен

в комплексной системе управления

1.4.6 Управление полетом объекта управления

1.5 Мониторинг состояния (отказов) электродистанционной системы управления

1.5.1 Способы контроля внешнего контура

рулевого привода

1.5.2 Способы контроля внутреннего контура рулевого привода

1.6 Архитектура уровней управления и контроля состояния рулевых систем

Выводы по главе

Глава 2 Обоснование и формулирование требований к исполнительным приводам рулевых систем

2.1 Математическое представление объекта управления с рулевыми исполнительными системами

2.2 Оценка динамических характеристик рулевого привода при помощи построения областей устойчивости контура объекта управления. Формирование требований к рулевой системе

2.3 Формирование требований к рулевым системам

стр. 7

18

24

32

33

38

39

40

41

41

42

43

44

46

49

50

приближенными методами оценки устойчивости 63 2.4 Обоснование допустимых границ характеристик рулевого

привода для обеспечения устойчивости объекта

Выводы по главе 2

Глава 3 Линейный электродвигатель -

основа нового класса адаптивных сервосистем с клапанами прямого управления

3.1 Преимущества создания сервоприводов с клапанами прямого управления для рулевых систем

3.2 Построение математической модели ЛЭД для синтеза законов управления сервоприводом

3.2.1 Обоснование и построение

статических характеристик ЛЭД

3.2.2 Нелинейные динамические характеристики ЛЭД. Окончательные вид модели

для синтеза законов управления

3.3 Результаты исследования ЛЭД методами анализа и аппроксимации

экспериментальных частотных характеристик

Выводы по главе 3

Глава 4 Обоснование математического описания

и требований к рулевым системам

4.1 Особенности схем построения рулевых приводов

4.2 Определение параметров и нелинейных характеристик структурной схемы привода и обоснование порядка уравнений математической модели

4.3 Оценка влияния зазоров в механических передачах на характеристики рулевого привода

4.4 Обоснование и формирование требований к частотным характеристикам сервопривода

4.5 Формирование желаемого математического описания рулевого привода

4.6 Формирование модели электрогидравлического рулевого привода для решения задач адаптивного управления

4.6.1 Модель сервопривода с линейным электродвигателем

4.6.2 Модель рулевого привода

4.7 Обоснование введения экзомодели для повышения качества управления объектами

с ограниченной неопределенностью

Выводы по главе 4

Глава 5 Разработка и синтез адаптивных алгоритмов управления для рулевых приводов

5.1 Построение адаптивного управления для электрогидравлических приводов

5.1.1. Адаптивная система с эталонной моделью

5.1.2. Адаптивная система с настраиваемой моделью

5.2 Синтез структур адаптивных регуляторов для сервопривода (внутреннего контура)

5.2.1 Структура с адаптивным и модальным управлением для сервопривода полной размерности

5.2.2 Адаптивная структура с ЭМ и НМ для сервопривода полной размерности (комбинированный регулятор

по прямой и непрямой схеме адаптации)

5.3 Синтез структур и расчет параметров адаптивных регуляторов для сервоприводов с пониженной размерностью модели

5.3.1 Адаптивная система с эталонной моделью и сигнальной адаптацией

5.3.2 Синтез структуры и расчет параметров адаптивного регулятора с настраиваемой моделью

5.3.3 Синтез адаптивного управления сервопривода с настраиваемой моделью и редуцированным адаптивным наблюдателем

5.4 Адаптивная структура с настройкой модели по двум переменным состояния (для внешнего контура рулевого привода)

5.5 Методология построения адаптивных систем

с экзомоделью для управления динамическими процессами в рулевых авиационных системах как классе нелинейных объектов

5.6 Обсуждение представленных адаптивных структур Выводы по главе

Глава 6 Разработка и исследование адаптивных

алгоритмов для рулевых систем с люфтом

6.1 Применяемые способы управления, ослабляющие влияние зазоров в ЭГРП

6.2 Корректирующее устройство ЭГРП с люфтом

6.3 Частотное условие устойчивости для системы с люфтом

152

153

158

160

164

167

170 172

180

189

193

194

6.4 Адаптивная структура для следящей системы с люфтом

6.5 Исследование адаптивной системы рулевого привода с люфтом

6.6 Результаты исследования адаптивного управления с экзомоделью в следящей системе

Выводы по главе

Глава 7 Разработка и синтез адаптивных алгоритмов

управления для рулевых приводов с упругими связями

7.1 Адаптивное управление ЭГРП

с упругими связями с нагрузкой

7.1.1 Методы улучшения характеристик ЭГРП с упругими связями

7.1.2 Улучшение характеристик

рулевого привода с упругими связями средствами адаптивного управления

7.2 Синтез адаптивного управления рулевым приводом с упругими связями

7.2.1 Математическая модель исполнительного механизма привода с упругими связями

7.2.2 Разработка математической модели ЭГРП с упругими связями для синтеза адаптивного управления

7.2.3 Обоснование эффективности

закона управления с модальной связью для привода с упругой нагрузкой

7.2.4 Адаптивное управление

для ЭГРП с упругими связями

7.3 Синтез адаптивного управления с экзомоделью для упругой рулевой системы

7.4 Синтез редуцированного адаптивного алгоритма подавления упругих колебаний

7.5 Исследование эффективности адаптивных алгоритмов в рулевом приводе с упругими связями

Выводы по главе

Глава 8 Вопросы практической реализации

и исследования динамических характеристик рулевого привода с цифровыми адаптивными алгоритмами управления

209

220

226 226

235 239

241

243

249

254

256

261

8.1 Принципы построения адаптивной цифровой системы управления рулевым приводом

8.1.1 Влияние периода дискретности и временного запаздывания на динамические характеристики цифровой адаптивной системы управления

8.1.2 Исследование динамических характеристик сервопривода с цифровыми адаптивными алгоритмами управления

8.2 Исследование динамических характеристик рулевого привода с цифровым адаптивным управлением

при микропроцессорной реализации

8.3 Разработка алгоритмической базы

и программного обеспечения системы управления

рулевых приводов для микроконтроллерной реализации

8.4 Экспериментальные исследования динамических характеристик рулевого привода с цифровыми адаптивными алгоритмами

8.4.1 Испытания адаптивного регулятора

в сервоприводе рулевого привода РПД-11

8.4.2 Результаты экспериментальных исследований адаптивного регулятора

на рулевом приводе ЭГСП-6

8.4.3 Стендовые испытания агрегата ЭГР-4

в составе привода поворотного сопла

8.4.4 Стендовые испытания рулевого привода

СПМ-6П горизонтального оперения

Выводы по главе 8

Заключение

Список литературы

Приложение 1 Математическое описание объекта 341 Приложение 2 Режимы регулирование энергопотребления объекта 344 Приложение 3 Методика расчета адаптивных регуляторов для

рулевого привода

Приложение 4 Адаптивная система пониженной размерности

Приложение 5 Исследование адаптивного рулевого привода с упругими связями

Приложение 6 Формирование вычислителя приводов

Акт о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптивное управление электрогидравлическими приводами рулевых авиационных комплексов»

Введение

Актуальность проблемы и подходы к их решению

Современный перспективный маневренный летательный аппарат (ЛА) представляет собой статически неустойчивый двухдвигательный самолет, который выполняет крейсерский полет на сверхзвуковых скоростях на бесфорсажном режиме. Самолет должен обладать повышенной маневренностью на до- и сверхзвуковых скоростях. Сочетания этих целей требует разработки уникальной по характеристикам системы управления полетов.

Расширение режимов полета и маневрирования требует высоких скоростей отклонения управляющих поверхностей и больших амплитуд перемещения приводов на малых скоростях полета, а также возможностей обеспечивать повышенные шарнирные моменты на сверхзвуковых скоростях. Отрицательный запас устойчивости конструкции летательного аппарата обеспечивает самолету сверхманевренность, однако, при этом, для обеспечения хорошей управляемости, требуются высокие динамические характеристики рулевого привода.

Применение аэродинамически неустойчивых компоновок самолётов привело к необходимости в процессе всего полёта использовать системы стабилизации устойчивости и управляемости самолёта. Это обстоятельство вызывает необходимость работы рулевых систем длительное время с малыми амплитудами перемещений выходного звена (менее 0,1 % от максимума) при существенных эксплуатационных нагрузках, что, в свою очередь, увеличивает требования к динамическим характеристикам рулевых приводов и стабильности их характеристик, качество которых в области работы малых сигналов определяется нелинейными (с изменяющимся наклоном) скоростными характеристиками выходных звеньев приводов. Это обстоятельство усиливается вследствие технологических разбросов параметров механических агрегатов при серийном производстве.

Разработка методов повышения эффективности средств управления рулевыми приводами первых маневренных самолетов с аэродинамически неустойчивой компоновкой и системами дистанционного управления (СДУ) осуществляется с начала 1980-х годов трудами многих отечественных и зарубежных ученых и инженеров, в их числе Н.С. Гамынин, В.О. Гониодский, С.А. Ермаков, М.А. Клюев, М.А. Локшин, Б.С. Манукян, А.М.

Матвеенко, П.Г. Редько, В.М. Фомичев, Ю.Г. Оболенский, С.В. Константинов, E.T. Raymond, C.C. Chenoweth, G.R. Keller, M.Gassman.

В связи с наличием ограничений при питании от аварийных источников питания и стремление к минимизации энергопотребления силовой системы управления самолета (за счет широкого регулирования уровня давления в гидросистеме) потребовалась разработка нового класса сервоприводов с двухкаскадными клапанами прямого действия. Клапан непосредственно управляется электродвигателем линейной силы и подвергается меньшему засорению - за счет исключения традиционных первых каскадов с малыми входными отверстиями: типа "струйная трубка" или "сопло-заслонка".

Появление нового электротехнического узла привело к появлению дополнительных нелинейных характеристик в тракте управления, усиливающихся с увеличением расхода рабочей жидкости за счет гидродинамических сил и касательных сил трения.

Кроме того в этом случае увеличивается влияние частоты упругих колебаний якоря линейного двигателя, центрируемого с помощью пружины.

Высокие требования по динамической и статической точности отработки управляющего сигнала, а также широкому диапазону регулирования, большие амплитуды и высокая максимальная скорость перемещения выходного звена при проектировании электрогидравлического агрегата приводят к большим габаритам гидродвигателей и как следствие к увеличенному потреблению рабочей жидкости.

Как результат, в гидродвигателях возможно возникновение эффекта резонанса, обусловленного динамикой заполнения объёма полостей гидродвигателя рабочей жидкостью. Это приводит к нежелательным явлениям, таким как неплавность хода, снижение точности слежения.

Комбинация большого момента инерции рулевой поверхности и недостаточная динамическая жесткость привода зачастую приводит к возникновению проблем с устойчивостью на малых скоростях полета. Отсутствие аэродинамического демпфирования при нулевой или малой скорости вызывает резонанс, совпадающий с частотами системы управления приводом. С подобными трудностями сталкиваются и при управлении соплами основных двигателей маневренного самолета.

Возбуждение нежестких/упругих связей является двухсторонним: со стороны управления пилотом и со стороны внешней среды - аэроупругих сил. Демпфирование упругих сил со стороны управления на практике ограничивается использованием узкополосных режекторных фильтров/пробок. Но возмущения со стороны внешней среды эффективно не отрабатываются контуром управления.

8

"Силовой" путь решения этой проблемы состоит в увеличении динамической жесткости приводов, однако это приводит к увеличению площади поршня привода, т.е. к ухудшению характеристик гидравлической системы.

Эффективным и правильным подходом в решении этих проблем является повышение демпфирующих свойств рулевых систем и подавление упругих колебаний средствами управления. Такое решение может давать дополнительный запас демпфирования и в случае некоторого изменения параметров схемы механической конструкции с упругими связями.

При разработке средств управления следует учитывать неизбежную неопределенность управляемых электрогидромеханических объектов, поэтому необходимо применять такие современные достижения, как методы адаптивных систем.

Таким образом, задача создание адаптивных мехатронных комплексов рулевого управления маневренных самолетов в классе нелинейных электрогидромеханических объектов с ограниченно неопределенным описанием и упругими деформациями, является актуальной.

Адаптивный подход, развиваемый также на кафедре САУ с участием автора, получил в последнее время значительное теоретическое и теоретико-прикладное развитие трудами отечественных и зарубежных ученых, в их числе Андриевский Б.Р., Борцов Ю.А., Буков В.Н., Воронов А.А., Вукобратович М., Ефимов Д.В., Земляков С.Д., Красовский А.А., Козлов Ю.М., Коновалов А.С., Мирошник И.В., Никифоров В.О., Овсепян Ф.А., Петров Б.Н., Поляхов Н.Д., Путов В.В., Рутковский В.Ю., Санковский Е.А., Солодовников В.В., Срагович В.Г., Терехов В.А., Тимофеев А.В., Тюкин И.Ю., Уткин В.А., Фомин В.Н., Фрадков А.Л., Цыпкин Я.З., Шрамко Л.С., Шумский В.М., Ядыкин И.Б., Якубович В.А., Astrom K.J., Сагго! R.L., Landau J.D., Lee G., Lindorff D.P., Narendra K.S., Ortega R., Slotine J., Valavani L.S., Yager R.R. и др.

Цель работы

Целью диссертационной работы является достижение требуемых показателей качества рулевой авиационной техники на основе разработки адаптивных алгоритмов управления, обеспечивающих повышение динамической точности и стабилизацию характеристик электротехнических комплексов следящих приводов при изменении параметров, действии нелинейностей, упругости, внешних возмущений и нагрузки.

Задачи диссертационной работы

Для осуществления сформулированной цели диссертационной работы в ней были поставлены и решены следующие задачи:

1. разработать модель линейного электродвигателя с аналитическими нелинейными характеристиками для рулевых систем с учетом конструктивных особенностей и магнитной цепи электродвигателя;

2. разработать новый адекватный подход к проектированию адаптивных алгоритмов управления рулевым приводом;

3. разработать комплекс требований к статическим и динамическим характеристикам рулевых приводов для выбора и обоснования эффективности адаптивных алгоритмов управления приводом;

4. разработать методологию построения адаптивных систем управления динамическими процессами в сервоприводах и рулевых авиационных системах с целью удовлетворения предлагаемого комплекса требований;

5. разработать адаптивные системы электрогидромеханических комплексов сервоприводов и рулевых систем, базирующихся на разработанных моделях, обеспечивающие требуемую динамическую точность и стабилизацию характеристик следящих приводов при изменении параметров, действии нелинейностей и внешних возмущений;

6. разработать функциональные структуры адаптивных регуляторов, принципиальные электрические схемы управляющей электроники, а также алгоритмическое и программное обеспечение для цифровой микроконтроллерной реализации САУ сервоприводами и рулевыми авиационными системами;

7. разработать на базе создаваемых адаптивных систем электрогидромеханических рулевых комплексов методики расчета и полунатурных лабораторных испытаний;

8. разработать способ подавления воздействия инерционной нагрузки на рулевые приводы с помощью адаптивных систем для уменьшения влияния упругих свойств объекта; разработать адаптивный регулятор по возмущению для подавления упругих колебаний привода и рулевого органа (нагрузки); разработать адаптивный регулятор для подавления упругих колебаний рулевого привода и нагрузки без использования дополнительных датчиков.

Методы исследования

При решении поставленных задач диссертационной работы использован комплексный подход к построению и исследованию электромеханических

10

систем, включающий методы современной теории автоматического управления, теории гидравлических и электрических приводов, а также методы математического и полунатурного моделирования динамических систем с использованием современных средств компьютерной техники.

Результаты работы получены в рамках методов электротехники, электромеханики и электроники; беспоисковых методов построения адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами, алгебраических методов теории систем; классических методов теории управления, приближенных методов анализа автоколебаний; численных методов интегрирования дифференциальных уравнений; компьютерного моделирования математических моделей объектов и систем управления; методов программирования, проектирования, конструирования и экспериментального исследования механических конструкций, электронных и микроконтроллерных плат, компьютерных станций управления.

Научные результаты, выносимые на защиту

В соответствии с поставленными выше задачами, на защиту выносятся следующие результаты работы.

1. Модель линейного электродвигателя с гладкими нелинейными характеристиками для рулевых авиационных систем.

2. Условия существования допустимых областей характеристик сервосистем, в которых обеспечиваются требуемые показатели качества рулевых электрогидроприводов с адаптивным управлением.

3. Экзомодель как основа подхода к построению систем управления следящими электрогидроприводами - класса нелинейных электрогидравлических объектов с ограниченной неопределенностью.

4. Процедуры синтеза адаптивного управления динамикой класса нелинейных электрогидравлических объектов - сервоприводов и рулевых авиационных систем на основе экзомодели.

5. Базовые структуры адаптивного управления следящими рулевыми приводами с жесткой связью с механизмом.

6. Адаптивные структуры для подавления упругих колебаний следящего рулевого привода с инерционной нагрузкой.

Научная новизна результатов работы

1. Разработка математической модели линейного электродвигателя сервопривода, включающей в себя нелинейные характеристики, полученные

11

аналитическим путем. Вид нелинейной характеристики результирующей силы упругости магнитной и механической пружин позволяет теоретически обосновать ограничения, накладываемые на ток якоря (ход якоря), для обеспечения жесткости механической характеристики электродвигателя. Математическое выражение нелинейной регулировочной характеристики хорошо подтверждается эмпирическим путем. Математическое представление ЛЭД позволило сформировать уточненное представление модели адаптивного алгоритма управления.

2. Для синтеза законов адаптации вводится представление модели объекта управления в виде двух сомножителей в операторном виде (М1 -определяет быстрые процессы, М2 - доминирующий апериодический процесс), определяющее «внешнее» сходство с объектом и именуемое в дальнейшем внешней моделью объекта или, кратко, - экзомоделью.

3. Разработаны условия нахождения допустимых границ существования статических и динамических характеристик для сервоприводов, основанные на допустимости представления привода с помощью экзомодели, что расширяет условия адекватности модели.

4. Разработаны процедуры синтеза адаптивных систем управления динамикой сервоприводов и рулевых систем как нелинейных и нестационарных объектов с упругими свойствами, базирующиеся на подходе к построению адаптивных алгоритмов с введенным расширенным представлением модели ОУ, отличающиеся следующими признаками:

экзомодель (включающая мультипликацию быстрой и медленной моделей подсистем) является основой подхода к построению управления разнотемповыми динамическими объектами с ограниченной параметрической неопределенностью;

стабилизация объекта управления осуществляется адаптивным законом с экзомоделью (по медленной модели), в адаптивный механизм которого входит обратный оператор быстрой модели; сформирована адаптивная стабилизация с экзомоделью быстрой подсистемы.

5. Разработанные адаптивные системы управления динамикой сервоприводов и рулевых систем представляют собой новое семейство адаптивных структур с экзомоделями, которые позволяют изменять структуру адаптивного управления в зависимости от структуры экзомодели (по виду выбранного доминирующего описания М2 объекта управления).

6. Разработанный способ компенсации воздействия инерционной нагрузки на рулевые системы с помощью адаптивной структуры с экзомоделью для уменьшения влияния действия упругости, в отличие от режекторных фильтров, подавляет действие упругих колебаний не только в

12

рулевом приводе, но и в нагрузке за счет введенной адаптации экзомодели по возмущению со стороны нагрузки, а применение редуцированного адаптивного алгоритма подавления упругих колебаний позволяет получить оценки упругой силы из структуры модели, исключающие промежуточное дифференцирования перемещения поршня.

Степень обоснованности и достоверности полученных научных и практических результатов:

Обоснованность принимаемых в работе основных технических решений обуславливается корректным применением указанных выше методов исследования.

Достоверность результатов определения условий существования допустимых границ статических и динамических характеристик рулевых приводов, разработки нового подхода построения адаптивных алгоритмов, основанного на двухкомпонентном разнотемповом представлении модели объекта для управления динамическими процессами сервоприводов и рулевых авиационных систем, на базе линейного электродвигателя с уточненной моделью, содержащей нелинейные характеристиками, полученные аналитически; структур адаптивного управления, построенных на основе различного вида основного оператора экзомодели, для сервоприводов и рулевых авиационных систем и методики их расчета, а также адаптивных регуляторов для подавления упругих колебаний рулевого привода с инерционной нагрузкой, подтверждается результатами многолетних отладочных испытаний макетов, опытных и серийных образцов рулевых приводов, проводимых на предприятии ОАО «ПМЗ ВОСХОД», других авиационных предприятиях и на авиационной технике.

Значимость полученных результатов для науки и практики

Теоретическая значимость работы состоит в следующем:

• разработан комплекс условий существования допустимых областей, где должны находиться статические и динамические характеристики рулевых приводов, согласованный с задачами управления полетом, вопросами требований и условий приемки серийных рулевых систем, а также для обоснования эффективности адаптивных алгоритмов управления приводом;

• разработана новая концепция построения управления сервоприводами

и рулевыми системами, использующая двухкомпонентную разнотемповую

модель ОУ - экзомодель; где разнотемповость определяет наличие двух

адаптивных механизмов настройки соответственно медленной и быстрой

13

моделей; а адаптация медленной (основной) составляющей движения ОУ осуществляется с использованием базовой части экзомодели и обратного оператора быстрой части ОУ.

• разработаны процедуры синтеза адаптивного управления динамическими процессами в сервоприводах и рулевых системах авиационной техники - методология построения систем управления класса нелинейных объектов на основе экзомодели;

• для сервоприводов и рулевых систем с жесткой связью с механизмом на основе подхода с использованием экзомодели разработаны базовые структуры адаптивного управления, подразделяющиеся на различные типы в соответствии со структурой экзомодели;

• на основе экзомодели разработаны адаптивные структуры управления для подавления упругих колебаний, вызванных нежесткостью проводки привода к механизму, причем, и по выходу привода, и по выходу органа управления самолетом, при действии внешних возмущений на орган управления самолетом за счет адаптивной системы по перепаду давления; кроме того разработан косвенный способ подавления упругих колебаний на основе адаптивного алгоритма регулятора;

• решение при построении адаптивного управления следящими электрогидроприводами с инерционной нагрузкой имеет отличия от подобных решений в электроприводах с упругостью;

• разработаны математические модели сервопривода и рулевых систем с учетом предложенной модели линейного электродвигателя с нелинейными характеристиками, задаваемыми в виде математических соотношений.

Практическая полезность работы:

Результаты диссертационной работы по созданию нового поколения высокоточных сервоприводов, содержащих электромехатронный комплекс, включающий в себя линейный электродвигатель, непосредственно управляющий механизмом - золотник-гидродвигатель, охваченным позиционной обратной связью, с ШИМ- усилителем мощности и микроконтроллерной адаптивной системой управления, реализованный в виде модульного цифрового пульта, предназначенного для управления и проверки электрогидравлических приводов и включающего в себя: шасси пульта с источником питания, материнской платой, микроконтроллерную плату канала управления, плату интерфейса (САК) для подключения пульта к ПК, системное программное обеспечение платы канала управления, библиотеку подпрограмм для задания алгоритма управления приводом,

могут послужить основой для разработки рабочей конструкторской документации и специального программного обеспечения.

Реализация результатов работы

Теоретические положения и практические результаты диссертационной работы использованы в НИР и НИОКР, выполненных при участии автора в течение 2001-2012 гг., источниками финансирования которых являлись гранты РФФИ, Правительства Санкт-Петербурга, министерства образования и науки , внебюджетные средства. В том числе изложены в НИР: «Исследование различных архитектур системы комбинированного управления гидростатическим объемным приводом» - САУ-247 между СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и ОАО «ПМЗ ВОСХОД» г. Павлово Новгородской области, январь 2006-2007 гг.; в отчетах НИР по проекту «Создание механотронных комплексов управления движением маневренных самолетов» в соответствии с ГК №698 от 20.05.2010 при финансовой поддержке Минобразования и науки РФ по программе ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия №1.2.2, а также в рамках мероприятий 1.1-1.5 по Соглашению № 14.B37.21.1551 от 19.10.2012 на 2012-2013 гг. по проекту: «Разработка системы идентификации состояния и прогноза ресурса двигательных установок и рулевых систем маневренных самолетов».

Предложенные в работе адаптивные регуляторы были использованы при разработке цифровых алгоритмов управления для электрогидравлического привода СПМ-6П объекта СУ-35.

Эффективность применения адаптивных регуляторов, особенно на малых сигналах управления, а также при действии внешней нагрузки, подтверждена многочисленными стендовыми испытаниями на заводских образцах рулевых приводов на предприятии ОАО «ПМЗ ВОСХОД».

Рекомендации по расчету и настройке адаптивных регуляторов включены в заводские методики проведения стендовых испытаний привода СПМ-6П с двухконтурной схемой адаптивного управления на предприятии ОАО «ПМЗ ВОСХОД».

Разработки защищены патентами РФ №2161579 от 10.01.2001; №2233464 от 27.07.2004; №2368932 от 27.09.2009, а специальное программное обеспечение - свидетельствами об официальной регистрации №2012660118 от 25.11.2012; №2012660470 от 21.11.2012; №2013618430 от 09.09.2013.

В СПбГЭТУ в 2012 году создан ресурсный центр «Управление и автоматизация мехатронных комплексов подвижных объектов и транспортных систем», в рамках которых созданы макеты с использованием автономной рулевой машинки АРМ-150, производства ОАО «ПМЗ «Восход» г. Павлово, и практически реализовано комбинированное управления с адаптивным законом управления на макете включающем: собственно АРМ-150, электродвигатель насоса, усилитель мощности электродвигателя управления золотником, датчики с микроконтроллерами для обработки сигналов, персональный компьютер с платой сопряжения с физической аппаратурой.

В Приложении к диссертации помещен акт, подтверждающий внедрение результатов диссертационной работы.

Апробация работы

Основные теоретические и практические результаты диссертации были доложены и получили одобрение на более чем 15 международных и всероссийских научно-технических конференциях, в том числе: на IEEE 6th Mediterranean Electrotechnical Conference, (MELECON) Любляна, Словения, 22-24 май 1991, на Международной научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление - 2007», (ИКТМ-2007), п. Дивноморское, 24-29 сентября 2007 г., на Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2007), Санкт-Петербург 25-27 июня 2007 г., на IX международном научно-техническом симпозиуме «Новые рубежи авиационной науки», ЦАГИ, Москва 19-23 августа 2007г., на VIII Всероссийской юбилейной научно-техническая конференция «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов», Московский авиационном институт 21-23 июня 2010 г., на VI Международной (XVII Всероссийской) конференция по автоматизированному электроприводу «АЭП - 2010», Тульский ГУ , 28 сент. - 1окт. 2010 г., на IV-я Всероссийской мультиконференции по проблемам управления, ТТИ ЮФУ, Таганрог 2011, на XIV Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» Самарский научный центр РАН 19-22 июня 2012 г., на IX Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов» Московский авиационный инстит, 25 - 26 июня 2012 г., на конференции «Управление в технических, эргатических, организационных и сетевых системах» «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», СПб. 9-11 окт. 2012г., на VI

16

Всероссийской конференции молодых ученых, «Будущее машиностроения России» (секц. робототехнические и интеллектуальные системы в современном производстве и технике) МГТУ им. Н.Э. Баумана 25-28 сентября 2013 г., на Х Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов» Московский авиационный институт 26 июня 2015 г., на Международных конференциях по мягким вычислениям и измерениям фСМ-2015), Санкт-Петербург, 19-21 мая 2015 г и фСМ-2016), 25-27 мая 2016 г, на внутривузовских научно-технических конференциях в СПбГЭТУ«ЛЭТИ» в 2005-2015, а также на научных семинарах кафедры систем автоматического управления СПбГЭТУ«ЛЭТИ».

Публикации. Основные положения, теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 69 работах, среди которых 17 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 монографии, 5 патентов и 3 свидетельства регистрации программ ЭВМ, а также 22 статьи и научно-методическая работа в других изданиях и 20 докладов в материалах конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав с выводами, заключения и 6 приложений. Основной материал диссертации изложен на 340 страницах машинописного текста, а также включает 212 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 156 наименований, среди которых 140 отечественных и 16 иностранных авторов. Диссертация содержит 6 приложений объемом в 46 страниц текста, включающих 22 рисунка и 2 таблицы.

Глава 1 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РУЛЕВЫХ МЕХАТРОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

1.1 Основные аспекты развития рулевых систем управления

Современное развитие маневренной авиации идет по пути создания самолетов с аэродинамическими неустойчивыми свойствами. Такие самолеты требуют повышенной эффективности органов управления, в состав которых часто входят по нескольку органов.

Иногда для управления в вертикальной плоскости (по тангажу) одновременно используются горизонтальное оперение и переднее горизонтальное оперение. В этом случае определяющим является создание комплекса рулевых систем приводов, отвечающих требуемым динамическим и качественным показателям, обеспечивающего устойчивость и управляемость основной системы: самолета с системой электродистанционного управления (СДУ).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецов, Владимир Евгеньевич, 2017 год

Список литературы

1. Адаптивная система управления гидроприводом / Ю.А. Борцов, Н.Д. Поляхов,

B.Е. Кузнецов, О.Э. Якупов, А.В. Кузнецов, О.В. Вашкевич // Мехатроника, Автоматизация, Управление. 2007. №11. - С.12-15.

2. Адаптивная система управления сервоприводом с нелинейной моделью линейного электродвигателя / В.Е. Кузнецов, А.В. Кузнецов, Д.М.Филатов, Ян Чжан // Труды XIV Межд. конф. Проблемы управления и моделирования в сложных системах. 19-22 июня 2012 г. Самара.- Самарский научный центр РАН, 2012.- С.641-648.

3. Адаптивная цифровая система управления привода перспективного маневренного самолета [Электронный ресурс] / В. Е. Кузнецов, И.П. Кузнецов, А. А. Паршин, Л. В. Халецкий// Сб. докл. VI Всерос. конф. молодых ученых. 25-28 сентября 2013, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013,- 15с.

4. Адаптивная цифровая система управления рулевого привода перспективного маневренного самолета / С.В. Константинов, В.Е Кузнецов, А.В. Кузнецов, П.Г. Редько // Полет. - 2013.- №3. - С.48-59.

5. Адаптивное управление электрогидравлическими следящими приводами / Ю.А. Борцов, В.Е. Кузнецов, С.В. Гаврилов, В.Б. Второв, Н.Д. Поляхов, О.Э. Якупов // Приводная техника. - 2000. - №6. - С. 3-7.

6. Адаптивно-модальное управление электромеханическими системами/ А.Я.Почкаев, В.В.Путов, Н.Д.Поляхов, В.Е.Кузнецов //Известия ЛЭТИ. 1985. -Вып.354: Микропроцессорные системы управления и робототехнические комплексы.-

C.113-119.

7. Адаптивно-нечеткая система управления рулевым приводом самолета/ Д.М.Филатов, В.Е.Кузнецов, О.Э.Якупов// Сб. докл. IX Всерос. научн.техн.конф. Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов. 25-26 июня 2012г. МАИ.- М.: МАИ-Принт, 2012.- С.277-282.

8. Адаптивные алгоритмы управления и идентификации для электромеханических систем/ Н.Д.Поляхов, О.П.Томчина, В.Е. Кузнецов // Информэлектро 30.11.83.- №390ЭТ-Д83: Проблемы управления электромеханическими системами.- 6 с.

9. Адаптивные системы автоматического управления / Учеб. Пос. Под ред. В.Б Яковлева. Л.: Изд. Ленинградского университета, 1984.

10. Адаптивный гидропривод с обратной связью по силе / А.А. Бурмистров, Ю.А.Борцов, Н.Д. Поляхов, В.Е. Кузнецов, С.В. Гаврилов // Сб. периодич. научн. тр. БГТУ: Робототехника и мехатроника, 1996.- Вып.1.- М - СПб. : БГТУ.- С.98-107.

11. Адаптивный электрогидравлическиий следящий привод с линейным электродвигателем /Ю.А. Борцов, В.Е. Кузнецов, О.Э. Якупов //Приводная техника. -

2002. - №6. - С. 39-44.

12. Андреев Ю. Н. Управление конечномерными линейными объектами. М.: Наука, 1976.

13. Андриевский Б. Р., Стоцкий А. А., Фрадков А. Л., Алгоритмы скоростного градиента в задачах управления и адаптации // А и Т. 1988. Вып. 12. С.3-39.

14. Антонов В.Н., Терехов В.А., Тюкин И.Ю. Адаптивное управление в технических системах.- СПб.: Изд-во СПб. университета, 2001.

15. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов/ под ред. Акад. Г.С.Бюшгенса. М.: Физматлит, 1996.

16. Баженов А. И., Гамынин Н. С. , Карев В. И., Никулин А. А., Селиванов А. М., Суслов А. А., Федосов Е. А. Проектирование следящих гидравлических приводов ЛА/ под ред. Н.С.Гамынина. М.: Машиностроение, 1981. 312с.

17. Борцов Ю. А., Поляхов Н. Д., Путов В. В. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 216с.

18. Борцов Ю. А., Соколовский Г. Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. СПб.: Энергоатомиздат. 1992. 288с.

19. Борцов Ю. А., Юнгер И. Б. Автоматические системы с разрывным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 168с.

20. Буков В. Н. Адаптивные системы управления полетом. М.: Наука, 1987.

21. Воронов А. А., Рутковский В. Ю. Современное состояние и перспективы развития адаптивных систем // Вопросы кибернетики. Проблемы теории и практики адаптивного управления. М.: Науч. совет по кибернетике АН СССР, 1985. С. 5—48.

22. Востриков А. С., Уткин В. И., Французова Г. А. Системы с производной вектора состояния в управлении // АиТ. 1982. № 3. С. 22-25.

23. Гамма адаптивных регуляторов для электроприводов с широким диапазоном регулирования / Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В., Кузнецов В.Е. //Всесоюзное совещание по проблемам управления электромеханическими системами, сент. 1989г.-Ульяновск.-2с.

24. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. М.: Машиностроение, 1972.

25. Гамынин Н.С., Жданов Ю.К., Климашин А.Л. Динамика быстродействующего гидравлического привода. М.: Машиностроение, 1979.

26. Гелиг А. X., Леонов Г. А., Якубович В. А. Устойчивость нелинейных систем с неединственным состоянием равновесия. М.: Наука, 1978. 400с.

27. Гидравлические агрегаты и приводы систем управления полетом летательных аппаратов: инф.- справочное пособие/ П.Г.Редько, А.В. Амбарников, С.А.Ермаков, В.И.Карев, А.М.Селиванов, О.Н. Трифонов.- М.: Изд. «Олита», 2004.- 472с.

28. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Н.С. Гамынин, В.И. Караев А.М. Потапов, М.П. Селиванов. Под. ред. В.И. Караева. - М.: Машиностроение, 1992.

29. Гидравлический следящий привод / под ред. В. А. Лещенко. М.:

Машиностроение, 1968. 564 с.

30. Гониодский В.И., Склянский Ф.И., Шумилов И.С. Привод рулевых поверхностей самолетов. М.: Машиностроение, 1974. 320с.

31. Громыко В. Д., Санковский Е. А. Самонастраивающиеся системы с моделью. М.: Энергия, 1974.

32. Диагностика отказа систем на основе вычисления первого показателя Ляпунова/ А.В. Беспалов, В.Е.Кузнецов, Н.Д. Поляхов, Ю.С. Чистяков// Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ. Сер. «Автоматизация и управление».-2009.- Вып. 3. -С. 37-44.

33. Емельянов С.В. , Афанасьев А. П. Дифференцирование сигнала в системах автоматического регулирования // А и Т. 2015. № 12. С. 27-42.

34. Емельянов С. В. Способ получения сложных законов регулирования с использованием лишь сигнала ошибки или регулируемой координаты и ее первой производной // АиТ. 1957. № 10. С. 874-885.

35. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М.: Наука, 1967. 336с.

36. Ермаков С. А., Оболенский Ю. Г., Сухоруков Р. В. Энергообеспечение рулевых приводов самолёта при отказе его маршевых двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т.21. №1. С.- 14-24.

37. Ермаков С.А. Проектирование корректирующих устройств и электрогидравлических усилителей следящих гидроприводов летательных аппаратов: учебн. пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1990.

38. Ермаков С.А., Золоторев И.Е., Кудинов А.В. Реализация корректирующих устройств электрогидравлических приводов с наблюдателями состояния // Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления: сб. статей. М, 1989. Вып. 14.

39. Земляков С. Д., Рутковский В.Ю. О некоторых результатах развития теории и практического применения беспоисковых адаптивных систем // АиТ. 2001. Вып. 7. С.-103-121.

40. Концепция развития систем рулевых приводов перспективных самолётов / П.Г.Редько, О.В.Вашкевич, Г.В.Квасов, А.Н.Митриченко, Ю.Г.Живов,

B.М.Кувшинов, В.Н.Петров, С.А.Ермаков, A.M. Селиванов, B.C. Хомутов, Г.С.Константинов, В.Е. Кузнецов //Сб. тез. IX межд. Научн. Техн. симпозиума «Новые рубежи авиационной науки», 19-23 авг. 2007г. Москва. М.: Изд. ЦАГИ. С.90.

41. Мехатронный электрогидравлический модуль с цифровым управлением / Н.Д. Поляхов, О.В.Вашкевич, В. Е. Кузнецов, А.В.Кузнецов, А.В.Беспалов, О.Э.Якупов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. «Автоматизация и управление».- 2006.- Вып.1. -

C. 43-46.

42. Исследование адаптивной системы управления электрогидравлическим следящим приводом/ В.Е. Кузнецов, А. В. Кузнецов, Н.Д. Поляхов, О.Э. Якупов // Материалы Межд. Науч-Техн. Конф. «Мехатроника, автоматизация, управление -

2007», (ИКТМ-2007), 24-29 сент. 2007 п. Дивноморское, Геленджик,- Таганрог: Изд. ТТИ ЮФУ, 2007. -С. 231-236.

43. Исследование динамики распределения жидкости в аксиально-поршневом насосе электрогидропривода с дросселированием потока в линиях всасывания и нагнетания/ Н.Д. Поляхов, О.В. Вашкевич, В.Е. Кузнецов, А.В. Кузнецов, А.В. Беспалов, О.Э. Якупов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. «Электротехника». -2006 № 1. -С.30-36.

44. Исследование и улучшение динамических характеристик электрогидростатических рулевых систем с помощью адаптивных регуляторов с эталонной моделью/ В.Е.Кузнецов, Н.Д.Поляхов, Д.М.Филатов, Ян Чжан // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -2012.- Вып. 5. - С.74-81.

45. Исследование нечетких и нейросетевых систем/ Н.Д. Поляхов, И.А. Приходько,

B.Е. Кузнецов, Е.С. Анушина, А.А. Карачев - СПб.: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. -28 с.

46. Исследование цифровой адаптивной системы / Ю.А. Борцов, В.Е. Кузнецов,

C.В. Константинов, О.Э. Якупов // Известия СПбГЭТУ. Сер. «Электротехнология, электротехника, электромеханика».- 2001. - Вып. 1. - С. 18-25.

47. К вопросу демпфирования упругих колебаний рулевого привода средствами модально-адаптивного управления/ В.Е. Кузнецов, А.В. Кузнецов, Д.М. Филатов, О.Э. Якупов // Полет. - 2012.- №2. - С.51-54.

48. Компьютерное моделирование аксиально-поршневого насоса / Д. М. Филатов, В. Е. Кузнецов, Т. А. Минав, Ч Ян., О. Э Якупов //Известия СПбГЭТУ«ЛЭТИ».-2011.- Вып. 3. -С.45-51.

49. Константинов С.В., Редько П.Г., Ермаков С.А. Электрогидравлические рулевые приводы систем управления полетом маневренных самолетов. М.: Янус-К, 2006. -315с.

50. Константинов С.В., Кузнецов В.Е., Поляхов Н.Д., Редько П.Г., Трифонова О.И. Электрогидравлические рулевые приводы с адаптивным управлением маневренных самолетов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011.513 с.

51. Косьянчук В. В.Апа1уйса1 synthesis of MIMO fault-tolerant control systems with simplified circuit implementation/ В. В.Косьянчук, Е. О. Зыбин// JOURNAL OF COMPUTER AND SYSTEMS SCIENCES INTERNATIONAL, 2010, № 1.

52. Кузнецов В.Е. Model reference signal adaptive control of industrial direct-current motor drives / P.Crnosija, J.A. Bortsov, N.D. Polyakhov,V.E. Kuznetsov, Z. Kovacic, A. Mujanovic // IEEE Proceedings of the 6th Mediterranean Electrotechnical Conference, Ljubljana (22-24 May 1991), pp. 824-827.

53. Кузнецов В.Е. Design of Adaptive Control Technical Systems with Limited Uncertainty Based on Exo-model / V. E. Kuznetsov // International Review of Automatic Control (IREACO). - 2016.- Vol.9.- no.4.- PP.234-241.

54. Кузнецов В.Е. Адаптивное управление с экзомоделью техническим объектом с

ограниченной неопределенностью // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2016. № 6. С.53-60.

55. Кузнецов В. Е Повышение качества управления техническим объектом на основе экзомодели // Материалы Междунар. Конф. по мягким вычислениям и измерениям ^СМ-2016), 25-27 мая 2016г. СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016.-Т.1. -С.505-508.

56. Кузнецов В.Е. Адаптивное управление рулевой следящей системой на основе экзомодели / Сборник докладов Х Всероссийской научн.техн.конф. Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов. 26 июня 2015г. МАИ. - М.: Изд-во МАИ, 2015. - С.204-208.

57. Кузнецов В. Е., Поляхов Н.Д Адаптивное управление техническим объектом на основе экзомодели / Материалы Междунар. Конф. по мягким вычислениям и измерениям ^СМ-2015), 19-21 мая 2015г. - СПб., 2015.-Т.1. -С.277-280.

58. Кузнецов В.Е., Шеметов В.Ю. Адаптивный регулятор для следящей системы с люфтом // Известия ЛЭТИ. 1989. - Вып.404: Автоматизация производственных систем и установок с применением микропроцессорных средств.- С.99-103.

59. Кузнецов В.Е. Адаптивное управление в электроприводах и следящих системах с упругими связями: метод. указ. по дисциплине «Адаптивные приводы и системы»/ СПбГЭТУ «ЛЭТИ». СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1999. - 32 с.

60. Кузнецов В. Е. Адаптивный регулятор для рулевого привода с упругими связями с нагрузкой // Матер. VIII Всерос. НТК. Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов. М.: Изд-во МАИ, 2010. - С.350-354.

61. Кузнецов В.Е., Стоцкая А.Д., Филатов Д.М. Разработка системы автоматического управления активными магнитными подшипниками мехатронного электротехнического объекта // Матер. 4-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления. Таганрог.: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. Т.2. - С. 331-334.

62. Кузнецов В.Ф. Формирование требований к динамическим характеристикам рулевого привода маневренного самолета / М.А. Клюев, С.В. Константинов,

B.Ф.Кузнецов, П.Г.Редько, Г.В. Квасов // Техника воздушного флота. 2001. Т. LXXV. № 2 (649). С. 1-6.

63. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М.: Машиностроение, 1976. - 184 с.

64. Манукян Б.С. Экспериментальные задачи динамики системы дистанционного управления самолета // Техника воздушного флота. 2000. Т. LXXIV. № 1 -2 (642-643).

C.53-58.

65. Манукян Б.С. Проблемы динамики, энергетики и надежности рулевого привода системы дистанционного управления самолета // Труды ЦАГИ. г.Жуковский.: Изд-во ЦАГИ. 2001.- Вып. 2649.- С. 158-165.

66. Манукян Б.С., Клюев М.А. Частотный метод формирования требований к динамическим характеристикам исполнительной части СДУ самолета // Техника

воздушного флота. 2001. Т. LXXV. №1 (648). С. 13-17.

67. Матвеенко А.М. Аналитическое проектирование гидравлических систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1977.- 168с.

68. Методы и средства идентификации динамических объектов/ А.А. Бессонов, Ю.В. Загашвили, А.С. Маркелов // - М.: Энергоатомиздат, 1989. 280 с.

69. Мирошник И.В., Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами . СПб.: Наука, 2000. 550с.

70. Наблюдатели состояния для оценки частоты вращения асинхронного двигателя / А.В.Вейнмейстер, В.Е. Кузнецов, Н.Д. Поляхов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. «Электротехника». - 2005.-Вып. 1.- С.36-41.

71. Некоторые вопросы разработки адаптивных рулевых приводов для систем управления полетом маневренных самолетов [Электронный ресурс] / П.Г. Редько, Г.В. Квасов, С.В. Константинов, Н.Д. Поляхов, А.В. Кузнецов, О.Э. Якупов// Материалы IX Междунар. Научн. Техн. Симп. «Авиационные технологии XXI в.» ^ТЕС-07),17-23 августа 2007, ЦАГИ, Москва, 10 с.

72. Оболенский Ю.Г. Управление полетом маневренных самолетов. М.: Воениздат, 2007.- 480 с.

73. Оболенский Ю.Г., Ермаков С.А., Сухоруков Р.В. Введение в проектирование систем авиационных рулевых приводов: Учебное пособие. М., изд. ГУП г. Москвы «Окружная газета ЮЗАО», 2011. - 343 с.

74. Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб.: Невский Диалект, 2001.

75. Опыт применения быстродействующих адаптивных структур в электрогидравлических приводах / Ю.А. Борцов, С.В. Константинов, В.Е. Кузнецов,

A.А. Бурмистров// Всероссийская НТК "Пневмогидроавтоматика -99", Москва, 23-24 ноябр. 1999г. - М.: Институт проблем управлени.,1999.- 4с.

76. Особенности разработки алгоритмов и архитектура системы управления перспективного маневренного самолет/ С.В. Константинов, Г.В. Квасов, П.Г. Редько, П.Б. Москалев, Ю.Г. Живов, А.И. Дынников // ТВФ, № 3-4, г. Жуковский, ЦАГИ, 2002.

77. Особенности разработки архитектуры и алгоритмов цифровой системы рулевого привода перспективного маневренного самолета / С. В. Константинов,

B.Е.Кузнецов, П.Г.Редько, Р.В.Сухоруков // Полет. - 2011 №12. - С.3-14.

78. Острем К., Виттенмарк Б. М.Системы управления с ЭВМ. М.: Мир,1987.- 480 с.

79. Оценка состояния технических систем в реальном времени по первому показателю Ляпунова / Н.Д.Поляхов, А.В.Беспалов, В.Е.Кузнецов // матер. конф. Управление в технических, эргатических, организационных и сетевых системах (УТЭОСС-2012). 9-11 октября 2012г. СПб, СПб.: Изд-во ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2012.- С 463-466.

80. Оценка устойчивости нелинейных систем на основе вычисления старшего

ляпуновского показателя / А.В. Беспалов, О.В. Вашкевич, В.Е. Кузнецов, Н.Д. Поляхов, О.Э. Якупов // Материалы Междунар. Конф. по мягким вычислениям и измерениям ^СМ-2007), 25-27 июня 2007 г. - СПб., 2007.-Т.1. -С. 107-112.

81. Перспективный облик системы рулевых приводов маневренных самолетов / С.В.Константинов, П.Г.Редько, Г.В.Квасов, И.П.Кузнецов, П.А.Осетров, М. Г.Каннер, И.В. Смородин, В.Е. Кузнецов.// Матер. VIII Всерос. юбилейной научн.техн.конф. Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов: - М.: Изд-во МАИ, 2010. - С.321-329.

82. Петров Б. Н., Рутковский В. Ю., Земляков С. Д. Адаптивное координатно-параметрическое управление нестационарными объектами. М.: Наука, 1980.

83. Поляхов Н.Д., Приходько И.А., Кузнецов В.Е., Якупов О.Э. Интеллектуальные системы управления: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2010. - 80 с.

84. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение, 1987.

85. Попов Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов. М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э.Баумана, 2002.

86. Попов Д.Н., Ермаков С.А., Лобода И.Н., Фомичев В.М. Инженерные исследования гидравлических приводов ЛА / Под редакцией Д.Н. Попова. М.: Машиностроение, 1978, 138с.

87. Применение новых методических подходов для формирования требований к базовым параметрам систем рулевых приводов перспективного маневренного самолета / С.В. Константинов, В.Е.Кузнецов, И.П.Кузнецов, А.А.Паршин //Полет.-2014. №10.-С.17-30.

88. Путов В.В. Адаптивные системы управления объектами с упругими деформациями: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ,2002.

89. Путов В.В., Шелудько В.Н. Адаптивные и модальные системы управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами. СПб: Изд-во «Элмор», 2007.

90. Рабинович Л. В., Петров Б. И., Терсков В.Г., Сушков С.А., Панкратьев Л.Д. Проектирование следящих систем / под ред. Л. В. Рабиновича. М.: Машиностроение, 1969. 499с

91. Разинцев В.И. Повышение эффективности гидроприводов с дроссельным регулированием . М.: Машиностроение, 1993.

92. Разинцев В.И., Волков С.В. Самонастраивающийся электрогидравлический привод дроссельного регулирования с эталонной моделью // Новое в проектировании и эксплуатации автоматизированных приводов и систем гидроавтоматики. Л.: ЛДНТП, С.63-66.

93. Разработка адаптивных алгоритмов управления гидроприводами испытательного оборудования ЛА / А.А. Бурмистров, В.Е. Кузнецов, С.В. Гаврилов, Ю.А Борцов //СПбГЭТУ, 1994. 9с. Деп. в ВИНИТИ 01.12.1994, № 2752-В94.

94. Редько П.Г. Повышение безотказности и улучшение характеристик электрогидравлических следящих. М.: Янус-К; ИЦ МГТУ «Станкин», 2002.- 232 с.

95. Синтез и практическое применение сигнальных алгоритмов адаптации в задачах подавления упругих колебаний исполнительных механизмов роботов / Ю.А.Борцов, Н.Д. Поляхов, В.В. Путов, В.Е. Кузнецов // III Всесоюзное совещание по робототехническим системам и ГАП, сент. 1984г. Воронеж., 2 с.

96. Система приводов управления полетом истребителя YF-23А / Вьетэн К. У. ЦНТИ, перевод 40-93, Волна, 1993.

97. Системы дистанционного управления и рулевые приводы: структуры и развитие/ С. А. Ермаков, В. И.Карев, С. В. Константинов, Ю. Г. Оболенский, А. М. Селиванов, Р. В. Сухоруков // Вестник Московского авиационного института. 2013г. Т. 20. №2. С. 161-171.

98. Системы рулевых приводов пассажирских самолетов, их развитие и обеспечение безотказности управления/ С. А Ермаков, В. И. Карев, А. Н.Митриченко,

A. М. Селиванов, Р. В. Сухоруков // Вестник Московского авиационного института. 2010. Т. 17. №3. С. 18-29.

99. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. М.: Энергия, 1972

100. Солодовников В.В., Шрамко Л. С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М.: Машиностроение, 1972. -270 с

101. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока. М.: Энергоатомиздат, 1989.-224с.

102. Теоретические основы электротехники. Справочник по теории электр. цепей /под ред. Ю.А.Бычкова, В.М.Золотницкого, Э.П.Чернышова.- СПб.:Питер, 2008.-349с.

103. Теория автоматического управления/ под ред. А. А. Воронова.-2-е изд., М.: Высшая школа, 1986. - 367 с.

104. Улучшение характеристик линейного электродвигателя средствами адаптивного управления / Н.Д. Поляхов, А.В. Кузнецов, В.Е. Кузнецов, О.Э. Якупов,

B.А. Поляхова, А.В. Вейнмейстер // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010.-Вып.3. Часть 4.-С.150-158.

105. Уткин В. И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981. 368с.

106. Фомин В. П., Фрадков А. Л., Якубович В. А. Адаптивное управление динамическими объектами. М.: Наука, 1981. 448с.

107. Ходько С.Т., Суслов В.Ф. Самонастраивающийся электрогидравлический привод объемного регулирования // Новое в проектировании и эксплуатации автоматизированных приводов и систем гидроавтоматики. Л.: ЛДНТП, 1987

108. Цыпкин Я. 3. Адаптация и обучение в автоматических системах. М.: Наука, 1968. 400 с.

109. Цыпкин Я. 3., Келъманс Г. К. Дискретные адаптивные системы управления

/Итоги науки и техники. Техн. кибернетика. Т. 17. М.: ВИНИТИ, 1984. С. 3 - 73.

110. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики. М.: Машиностроение, 1979.

111. Шмиц Н., Новотный Д. Введение в электромеханику. М.: Энергия, 1969.- 336с.

112. Южаков А.А, Матушкин Н.Н., Титов Ю. К., Хижняков Ю.Н., Дудкин Ю. П. Адаптивное управление авиационного двигателя в условиях неопределенности// Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева. 2013. № 4(72)

113. Южаков A.A., Титов Ю.К., Хижняков Ю.Н. А way to increase the quality of the control loops of an aircraft engine / A.A. Yuzhakov A.A., Titov Yu.K., Khizhnyakov Yu.N.// Russian Electrical Engineering. 2013. Vol. 84. № 11.

114. А.С. СССР № 1061105, G05B Устройства для управления электроприводом, заявл. 26.07.1982 Борцов Ю.А., Юнгер И.Б., Пахомов Ю.В., Булавин В.А., Кузнецов В.Е. опубл. 15.12.1983, Бюл. 46.

115. А.С. СССР №1120283, G05В Система управления, заявл. 05.11.83 Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В., Кузнецов В.Е. опубл. 23.10.1984, Бюл. 39.

116. А.С. СССР №1283712, G05В Система управления электроприводом, заявл. 25.06.1985 Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В., Кузнецов В.Е. опубл. 15.01.1987, Бюл. 2.

117. Патент РФ № 2011286, С1 Н05Р Электропривод постоянного тока, заявл. 23.04.90 Борцов Ю.А., Кузнецов В.Е., Поляхов Н.Д., Дорофеев В.Д., Сиротин И.Н., Фоломкин В.В. опубл.15.04.1994, Бюл. № 7.

118. Патент РФ № 2111521, C1 G05B Электрогидравлическая следящая система, заявл. 08.07.1996 Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Кузнецов В.Е., Гаврилов С.В., Бурмистров А.А. опубл.20.05.1998, Бюл. № 14.

119. Патент РФ №2161579, G05B11/01, В64С13/36 Электрогидравлический следящий привод, Борцов А.А., Редько П.Г., Квасов Г.В., Константинов С.В., Кузнецов В.Е. , Борцов Ю.А., Ксенофонтов И.Ю. опубл. 10.01.2001. Бюл. №1.

120. Патент РФ №2233464, G05B11/01, B64C13/40 Электрогидравлический следящий привод с непосредственным управлением, Редько П.Г., Борцов А.А., Лобанов Ю.И., Квасов Г.В., Константинов С.В., Кузнецов В.Е., Борцов Ю.А., от 27.07.2004, Бюл. №21.

121. Патент РФ №2368932, G05B11/01, B64C13/40 Электрогидравлический следящий привод непосредственного управления с адаптивными свойствами, Редько П.Г., Квасов Г.В., Константинов С.В., Кузнецов В.Е., Борцов Ю.А., Сормулатов А.В. от 27.09.2009г., Бюл. №27.

122. Программа. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ. №2012660470 Адаптивный регулятор следящего электрогидропривода Кузнецов В.Е., Якупов О.Э. Зарегистрировано 21.11.2012

123. Программа. Свидетельство о ГРП для ЭВМ. №2012660118 Адаптивно-нечеткий

регулятор следящего электрогидропривода Кузнецов В.Е., Якупов О.Э. Зарегистрировано 25.11.2012

124. Программа. Свидетельство о ГРП для ЭВМ. №2013618430 Программа управления и диагностики состояния рулевой системы Кузнецов В.Е., Якупов О.Э. Кузнецов А.В. Зарегистрировано 09.09.2013.

125. Akers A., Gassman M., Smith R. Hydraulic Power System Analysis. New York.: Taylor & Francis, 2006 .

126. Astrom К. J. Theory and applications of adaptive control - a survey // Automatica . 1983. V. 19. N5. P. 471-486.

127. Blackburn J. F., Reethof G., Shearer J. L. Fluid Power Control. New York.: Technology Press of M. I. T. and Wiley, 1960.

128. Keller G.R. Hydraulic System Analysis. Cleveland.: Industrial Publishing Company, 1962.

129. Landau J. D. Adaptive control systems. The model reference approach. N. Y.: Dekker,1979.

130. Lewis E. E., Stern H. Design of Hydraulic Control Systems. New York.: McGraw Hill Book Company, 1962.

131. Lindorff D. P., Carrol R. L. Survey of adaptive control using Lyapunov design //Int. J. Control. 1973. V. 18. № 5. P. 897-914.

132. Merritt H. E. Hydraulic control systems. New York- London- Sydney .: John Wilely and Sons Inc.,1967.

133. Narendra K.S., Valavani L.S. Direct and indirect adaptive control / Automatica. 1979.V.15 P. 653-664.

134. Raymond E.T., Chenoweth C.C. Aircraft Flight Control Actuation System Design, Society of Automotive Engineers, Inc., 1993, 270 p.

135. Watton J. Fluid Power Systems: modeling, simulation and microcomputer control, Prentice Hall International, 1989.

136. Watton, J. Fundamentals of Fluid Power Control, Cambridge University Press, 2009.

137. Servovalves D636/D638 Series, Moog Technical Data.

138. Switched Reluctance Motor Control Basic Operation and Example Using the TMS320F240, Texas Instruments, Application Report SPRA420.

139. Understanding the CAN Controller on the TMS320C24x DSP Controller, Texas Instruments, Application Report SPRA500.

140. Авиационные Правила. Часть 25. Общие требования лётной годности самолёта при отказах функциональных систем. М.: Издание МАК РФ.2000.

141. Анализатор частотных характеристик СИЭЛ-4200. техн. описан. СПб.: ОЗТ «СИЭЛ», 1997.

142. Карасев А. Г., Воробьев А.В., Дохолов Д. С., Кабаков В. Б., Костенко Н.И., Можаров В.А., Носков Ю.В., Оболенский Ю. Г. Способ управления самолетом и комплексная система для его осуществления: пат.№2327602 РФ 2008. Бюл. №18.

Электронные ресурсы удаленного доступа:

143. Комплексная система управления. Режим доступа: aviationunion.ru > Files/Nom_7_Avionika_KSU_35.pdf (дата обращения 29.08.2016).

144. ОАО "Авионика" создает системы управления... Режим доступа: ruwings.ru > news/2007/08/23/25506 (дата обращения 29.08.2016).

145. Система Дистанционного Управления - Sukhoi Superjet 100. Режим доступа: superjet.wiKidot.com > Sukhoi Superjet 100 (дата обращения 29.08.2016).

146. Сухой Су-27.. Режим доступа: airwiki.org > enc/fighter/su27.html. (дата обращения 29.08.2016).

147. Система дистанционного управления СДУ-10МК... Режим доступа: spacephys.ru > sistema upravleniya-sdu-10mk...su-30mk (дата обращения 29.08.2016).

148. Хлыпало Е. И. Нелинейные корректирующие устройства в автоматических системах. Л.: Энергия, 1973.

149. Айзерман Н.А., Гантмахер Ф.Р. Абсолютная устойчивость нелинейных регулируемых систем. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 140с.

150. Белова Д.А., Нетушил А.В. Об Абсолютной устойчивости систем регулирования с неоднозначными нелинейностями типа люфт и упор // А и Т. 1967. №12.- С.58-63.

151. Онуфриюк С.П., Фельдбаум А.А. Электронная модель люфта // А и Т. 1956. Т. 17. №6.- С.513-523.

152. Гелиг А.Х., Комарницкая О.И. Абсолютная устойчивость нелинейных систем с неединственным положением равновесия в критических случаях// А и Т. 1966. №8. С.5-14.

153. Наумов Б.Н., Цыпкин Я.З. Частотный критерий абсолютной устойчивости процессов в нелинейных системах автоматического управления // А и Т. 1964. Т. 25. №6.- С.852-867.

154. Якубович В.А. Метод матричных неравенств в теории устойчивости нелинейных регулируемых систем. Абсолютная устойчивость вынужденных колебаний // А и Т. 1964. Т. 25. №7.- С. 1017-1029.

155. Якубович В.А. Метод матричных неравенств в теории устойчивости нелинейных регулируемых систем. // А и Т. 1965. Т. 26. №5.- С.753-763.

156. Bhatti Ranbir, Hubert Andre Direct drive valve technology. Philosophy and capability// Int. symp. of "Hydraulic systems and actuators of aircrafts." Sept. 1993, Samara, Russia. pp.17/28, 27/28, 29, 30.

Рукописные труды:

цитис

|57- Создание механотронных комплексов управления движением маневренных самолетов

Руководитель работ: Кузнецов Владимир Евгеньевич

Исполнители: ЯкупоЕ ОлегЭльдусовичгФилатаЕ Денис Михайлович, Кузнецов АНдрей ВЛадимир0ВиЧ, Любарцев Д 0Г Окутин А Сг Стойкая Анастасия Дмитриевна скрыть 0120-10 64046,2010- 2012 гт.

- НТО 1, этап (06.08.2010) ГК № П698 от 20.05. 2010 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках мероприятия № 1.2.2;

- Научно-технический отчет, 2 этап. 26.10.2010. ГК № П698 ;

- Научно-технический отчет, 3 этап. 05.08.2011. ГК № П698;

- Научно-технический отчет, 4 этап. 25.10.2011. ГК № П698;

- Научно-технический отчет, 5 этап. 06.08.2012. ГК № П698;

- Научно-технический отчет, 6 этап. 26.10.2012. ГК № П698.

158. Кузнецов Андрей Владимирович. Исследование и разработка адаптивных регуляторов электрогидравлических рулевых систем: диссертация. кандидата технических наук: 05.09.03. - Санкт-Петербург, 2011.- 117 с.

159. Якупов Олег Эльдусович. Разработка и исследование адаптивного электрогидравлического следящего привода с линейным электродвигателем: диссертация. кандидата технических наук: 05.09.03.- Санкт-Петербург, 2002.- 204 с.

160. Бурмистров Александр Александрович. Разработка и исследование адаптивных электрогидравлических следящих приводов летательных аппаратов : диссертация. кандидата технических наук : 05.09.03.- Санкт-Петербург, 1997.- 165 с.

Приложение 1 Математическое описание объекта

В главе 2 коэффициенты в уравнениях короткопериодического движения (2.1) самолета определяются следующим образом [15]:

fa= i ( ^ ^ )' Y 8=mV ( cVkp ) >

MZ = ( maqSKpl),

J Z

z = (2 )= = 2VJz ( mZ qSKpl 2)

-J- (mbz4SKpl) >

Ыь2= — I mZaSкJ

где I - размах крыла; J2 - момент инерции самолета относительно оси г,

т^, т, т2, - коэффициенты аэродинамических моментов.

Обозначая положение органа управления самолета через 5 и используя уравнения (2.1) и (2.2), получим следующие передаточные функции самолета по углу атаки а, угловой скорости тангажа и по нормальной перегрузке Пу при входном воздействии 5 в следующем виде:

8(s) s2 + + ®2

W8( s = K2( s+«2) . (п 11)

z ^s) s + 2^0®0S + ®о

Wb (s)= HyCs) = N26s2 + N?s +1 ф^Г.

ny S( s) s2 + 2^0ro0s + ^2 g

В приведенных передаточных функциях приняты следующие обозначения:

Ю0 = У^мр; 2^0ю0 = ^ - м-- - м2;

"а ;Г?ю.

"а

гЮ.

га.

К5_-У 5; к\= М\- У ЪМа;

г '

у а м5- у а ма

п5 _ мю2 М2 . "5 _ ' '

■ м5- у 5 ма

N5 _

1

К 25"2

у

/ 1 1+^ "2

л

1

к 2"2

V

1

&

К 2-У 5

^ -5 л л-75 м25

V

У

У

|+ У 5

&

Отметим, что для аэродинамически неустойчивого самолета (> 0)

2

в передаточных функциях (П.1.1) знак перед последним слагаемым Юо отрицательный.

Передаточные функции фильтров СДУ, как правило, имеют следующий вид [15], [87]: - в канале угла атаки:

Щф а( * ) = ТКа-1; Жфук а( * ) =

1

Та * +1

Тфук а * +1

в канале угловой скорости тангажа:

Щф Ю-(* ) =

Тю .* +1

Тю * +1

юг 2

ЩфЮ2(*) =

(т2 *2 + 2^1X1* +1)

(т2*2 + 2^ 2Т2* + 1)(т2*2 + 2^3X3* + 1)(т4* +1) в канале нормальной перегрузки:

Щф „..(*) = 1

ТпУ* +1

Исходные данные для исследования и анализа приведены в таблице П.1, а структурная схема замкнутого контура «самолет - СДУ - рулевой привод ГО» представлена в [49], [50].

г

Таблица П.1 - Исходные данные для исследования

Н = 0; /„ = 7.2 м

Параметр Номер режима

1 2 3 4 5 6

М 0.3 0.9 1.2 0.9 0.9 0.3

Су т/ 0.047 0.068 -0.082 0.0136 0.0204 0.094

у а 0.706 2.33 3.38 2.33 2.33 0.706

у Ф 0.093 0.39 0.148 0.39 0.39 0.093

ма 0.966 1.45 -32.2 2.9 4.35 1.932

ма -0.204 -0.58 -0.78 -0.58 -0.58 -0.204

м®* -0.34 -1.21 -1.62 -1.21 -1.21 -0.34

Мф -2.42 -22.5 -23.6 -22.5 -22.5 -2.42

Кп Ну 2.63 0.557 0.2 0.557 0.557 2.63

Кп Ну 3.37 1.0 1.0 1.0 1.0 3.37

К у 5.65 2.0 2.0 2.0 2.0 5.65

1.0 0.263 0.25 0.263 0.263 1.0

Кш 5.83 1.718 2.4 1.718 1.718 5.83

КСг 0.644 0 0 0 0 0.644

Ка 0.734 0 0 0 0 0.734

Ка 0.89 0 0 0 0 0.89

Для исследования обычно предлагается используется шесть характерных режимов полета. В таблице П.1 приведены коэффициенты уравнения (2.1), параметры законов управления в этих режимах и соответствующие им значения передаточных чисел законов управления

СДУ.