Адаптивные мехатронные комплексы рулевых систем авиационного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Фан Тхань Чьунг

• Фан Тхань Чьунг
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Фан Тхань Чьунг

Введение

Глава 1: Постановка задачи управления электрогидравлическим приводом

1.1 Типы электрогидравлических приводов

1.1.1 Электрогидравлический привод типа «сопло-заслонка»

1.1.2 Электрогидравлический привод «непосредственного управления клапаном»

1.2 Перспективные структуры ЭГРП с дроссельным управлением

1.3 Вопросы реализации широкорегулируемого ЭГРП

1.3.1 Общая структура системы ЭГРП с ЛЭД

1.3.2 Математическая модель исполнительного механизма привода с дроссельным регулированием и инерционной нагрузкой

1.3.3 Модель электрогидродинамического объекта для синтеза управления

1.4 Причины и необходимость введения адаптивного управления

1.4.1 Нелинейности параметров в модели системы

1.4.2 Характеристики нагрузки объекта управления

Выводы главы

Постановка задачи диссертации

Глава 2: Модель сервопривода с линейным электродвигателем

2.1 Схема сервопривода с линейным электродвигателем

2.2 Математическая нелинейная модель ЛЭД

2.3 Модель ЛЭД с контуром тока

2.4 Модель исполнительного механизма сервопривода дроссельного регулирования

2.5 Полная модель сервопривода с линейным электродвигателем

Выводы главы

Глава 3: Разработка адаптивных законов управления сервоприводом

3.1 Синтез адаптивного регулятора для сервопривода на основе

эталонной модели (АСЭМ)

3.1.1 Линеаризованная модель объекта управления

3.1.2 Построение эталонной модели

3.1.3 Синтез наблюдателя состояния

3.1.4 Разработка адаптивного механизма для системы

3.1.4.1 Сигнальный алгоритм адаптации

3.1.4.2 Параметрический алгоритм адаптации

3.1.5 Алгоритм выбора матрицы Q уравнения Ляпунова для адаптивного управлени

3.1.6 Методика построения адаптивного управления с эталонной моделью для сервосистем и ЭГРП

3.1.7 Пример расчета адаптивных регуляторов на основе эталонной модели

3.2 Адаптивный регулятор для сервопривода при условиях разделения движений

3.2.1 Построение составного регулятора при условии разделимости движений

3.2.2 Синтез адаптивного регулятора для сервопривода по методу разделения движений

3.2.2.1 Синтез адаптивного регулятора для быстрой подсистемы

3.2.2.2 Синтез адаптивного регулятора для медленной подсистемы

3.2.2.3 Пример расчета регуляторов по методу разделения движений

3.3 Синтез адаптивного регулятора для сервопривода на основе экзомодели

3.3.1 Построение составного адаптивного регулятора на основе разделения движений

3.3.2 Построение экзомодели для системы сервопривода

3.3.3 Адаптивное управление быстрой подсистемой

3.3.4 Адаптивное управление медленной подсистемой

3.3.5 Пример разработки адаптивного управления с экзомоделью для СП

3.4 Результаты исследования сервопривода с адаптивными системами упраления

3.4.1 Исследование системы с регулятором на основе эталонной модели

Оценка работы адаптивных регуляторов с эталонной моделью

Анализ эффективности оптимальной программы выбора матрицы Q для механизма адаптации

3.4.2 Результаты исследований системы с составным адаптивным регулятором на основе экзомодели

3.5 Оценка влияния нелинейных факторов на качество системы управления. Сравнение эффективности адаптивных регуляторов под воздействием нелинейных элементов

Выводы главы

Глава 4: Синтез адаптивного управления для электрогидравлического рулевого привода (ЭГРП) с сервоприводом золотника

4.1 Анализ динамической системы ЭГРП с учетом сервопривода

распределительного золотника и определение стратегии адаптивного управления

4.2 Определение структуры, компонентов и законов адаптивного управления с эталонной моделью для ЭГРП (опорный алгоритм)

4.3 Синтез адаптивного регулятора для рулевого привода с учетом метода разделения движений

4.3.1 Выделения отдельных составляющих движения ЭГРП (быстрая подсистема)

4.3.2 Выделения отдельных составляющих движения ЭГРП (медленная подсистема)

4.4 Синтез адаптивного регулятора по алгоритму с неяной эталонной моделью и фильтрацией на основании экзомодели

4.4.1 Определение вида модели для построения адаптивного

регулятора

4.4.2 Адаптивное управление быстрой подсистемой

4.4.3 Адаптивное управление медленной подсистемой

4.5 Результаты исследований системы с составным адаптивным регулятором на основе экзомодели и сравнительный анализ

4.5.1 Результаты моделирования работы системы РП с АР с ЭМ

4.5.2 Результаты моделирования работы системы ЭГРП с АР по методу разделения движений

4.5.3 Результаты моделирования работы системы РП с АР на основе экзомодели

4.5.4 Сравнение эффективности адаптивных регуляторов в ЭГРП

4.6 Методика построения адаптивных регуляторов на основе экзомодели для сервоприводов и ЭГРП

Выводы главы

Общие выводы и заключение

Список литературы

Приложение

Приложение

Список сокращений и условных обозначений

ГЦ - гидроцилиндр

ЗГР - золотниковый гидрораспределитель

ЛЭД - линейный электродвигатель

ЭДС - электродвижущая сила

ЭМ - эталонная модель

ЭГУ - электрогидравлический усилитель

ЭГРП - электрогидравлический рулевой привод

РП - рулевой привод

СП - Сервопривод

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптивные мехатронные комплексы рулевых систем авиационного транспорта»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Системы рулевых приводов современных мобильных машин, к характеристикам которых предъявляются повышенные требования к качеству управления и динамической чувствительности, можно отнести: следящие приводы летательных аппаратов, приводы рулевых поверхностей судов на подводных крыльях, приводы испытательных стендов, тренажеров и автомобилей.

Для обеспечения хорошей управляемости мобильных машин, требуются высокие динамические характеристики рулевого привода. В полной мере это относится к рулевым приводам самолетов.

Ужесточение требований к динамике современных самолетов усилило требования к динамической точности мехатронных комплексов рулевых систем, где эти системы должны обеспечивать эффективное управление органами управления самолёта в области малых сигналов.

Замена старых гидравлических схем типа "сопло-заслонка" электрогидравлических усилителей на новый класс сервоприводов (СП) с двухкаскадными клапанами прямого действия, при котором клапан управляется электродвигателем линейной силы (ЛЭД) для увеличения расходов рабочей жидкости, привело к появлению новых нелинейных характеристик.

Кроме вопросов, связанных с влиянием традиционных нелинейных характеристик гидросистем, у привода с «прямым управлением» приходится решать проблему обеспечения требуемой стабильности статических и динамических характеристик в области малых сигналов, возникающую, в основном, из-за нестабильности нелинейных характеристик электромеханического преобразователя - ЛЭД. Нестабильность нелинейных характеристик линейного электродвигателя связана с разбросом параметров магнитов ЛЭД. Это, в свою очередь, приводит к нестабильности значений постоянной времени Тсп сервопривода.

При разработке средств управления электродинамическими сервосистемами следует учитывать неопределенность ее нелинейных характеристик, которые определяются в основном зоной нечувствительности и различными значениями наклона в зависимости от

величины входного сигнала, а также неопределенностью значения нагрузки в зависимости от режима полета самолета.

Эффективным средством решения указанных проблем и достижения цели управления является использование законов адаптивного управления, а задача создание адаптивных мехатронных комплексов рулевых систем авиационного транспорта является актуальной.

Объект исследования. Мехатронные комплексы рулевых систем авиационного транспорта.

Целью диссертационной работы является разработка адаптивных регуляторов для электрогидродинамических рулевых систем, обеспечивающих повышение динамической точности и стабилизацию характеристик системы рулевого привода при изменении параметров системы, действии нелинейностей, внешних возмущений и нагрузки.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Построение общей и обобщенной моделей электрогидравлических систем дроссельного регулирования скоростью рулевого привода.

2. Построение нелинейной математической модели сервопривода с ЛЭД и определение влияния его нелинейных характеристик на работу сервосистемы.

3. Синтез опорных адаптивных регуляторов (АР) с эталонной моделью для сервопривода с сигнальным и параметрическим алгоритмами.

4. Разработка разнотемповой (упрощенной экзо) модели (с учетом малых параметров объекта управления) для синтеза АР сервосистем.

5. Синтез адаптивного алгоритма составного регулятора быстрых и медленных процессов электрогидравлических сервоприводов с ЛЭД с разнотемповой экзомоделью.

6. Обоснование целей и задач составного адаптивного регулятора для СП с разнотемповой моделью на основании методов малого параметра и разделения движений.

7. Методика построения адаптивного регулятора электрогидравлических систем (с обобщенной моделью) на основе экзомодели с оптимизацией параметров регулятора на компьютере и оценкой его эффективности по опорному адаптивному алгоритму с эталонной моделью.

8. Синтез адаптивного регулятора на основе экзомодели для электрогидравлического рулевого привода с инерционной нагрузкой.

Методология и методы исследования. В диссертационной работе используются методы и средства современной теории автоматического управления, теоретической электротехники, теории гидравлических и электрических приводов. Проведение исследований осуществлялось в соответствии с системным подходом, математическим и имитационным моделированием переходных процессов в программном пакете ЫАТЫБ^тиПпк.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенная модель электрогидравлических систем дроссельного регулирования скоростью с нелинейной аналитической моделью линейного электродвигателя с определяющим влиянием его нелинейной электромеханической характеристики на регулировочную характеристику сервосистемы.

2. Разнотемповая (упрощенная экзо) модель (с малым параметром) для синтеза АР сервосистем, которая определяется через отношение полиномов, (степень числителя меньше степени знаменателя), где знаменатель - есть произведение полиномов первой степени и медленная подсистема задается блоком с постоянной, равной обратной величине коэффициента усиления сервосистемы, а быстрая подсистема, (определяемая малым параметром), есть произведение полиномов с убывающими коэффициентами (кратны числовой последовательности степеней двойки) .

3. Алгоритм составного безынерционного адаптивного регулятора электрогидродинамических сервоприводов с ЛЭД с учетом с малых параметров и быстрой динамики на основе разнотемповой экзомодели, сигнальный алгоритм которой содержит обратный оператор быстрой модели, а структура регулятора строится с неявной эталонной моделью и фильтрацией и для быстрой, и для медленной подсистемы.

4. Методика построения адаптивного регулятора с экзомоделью для электрогидравлического рулевого привода, кроме этого, оптимизация параметров регулятора по программе расчета на компьютере наилучших значений матрицы Q в уравнении Ляпунова и методика оценки его эффективности по опорному адаптивному алгоритму с эталонной моделью.

Научная новизна

1. Обобщенную модель электрогидравлических систем дроссельного регулирования с электромеханическими преобразователями (ЭМП), отличает нелинейность регулировочной характеристики и представление с преобладающей инерционностью электромагнитных процессов ЭМП по сравнению с инерционностью механического движения.

2. Разнотемповую экзомодель быстрой подсистемы, которая задается через отношение полиномов, отличает учет малого параметра объекта управления (ОУ) в виде (трех) полиномов первой степени в знаменателе с убывающей последовательностью постоянных времени (степени двойки).

3. Алгоритм составного адаптивного регулятора на основе разнотемповой экзомодели для электрогидродинамических СП скорректирован с учетом обоснованности цели адаптивного управления быстрой подсистемой на основании учета паразитной динамики ОУ с помощью методов малого параметра и разделения движений.

4. Методику построения адаптивного регулятора с экзомоделью для электрогидравлического рулевого привода отличает упрощение синтеза параметров адаптивного регулятора, которое появляется при возможности не использовать при синтезе все параметры объекта управления, особенно быстрой подсистемы

Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы. Синтезированный составной адаптивный регулятора на основе разнотемповой экзомодели для электрогидродинамических СП позволяет говорить о новом подходе к построению управления сервоприводами и рулевыми системами с учетом паразитных динамик и малых параметров ОУ, которые учитывается в быстрой подсистеме экзомодели и алгоритме управления в форме неявной эталонной модели с фильтрацией. Для «медленной» подсистемы сервопривода адаптация ОУ осуществляется адаптивным механизмом, сигнальный алгоритм которого содержит обратный оператор быстрой модели.

Упрощение синтеза адаптивного регулятора создает удобство, позволяющее для быстрой подсистемы ограничиваться оценками полосы пропускания основных контуров, что, в свою очередь, ведет к снижению требований к точности адаптации быстрой подсистемы. Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что предложенная методика построения и реализации адаптивного управления

для класса электрогидодинамических приводных систем используются в перспективных разработках систем управления техническими объектами автоматизации технологических процессов промышленных предприятий и электромеханических объектов управления в ООО «Прогресс», Санкт-Петербург. Полученные научные и практические результаты используются в учебном процессе кафедры «Систем автоматического управления» СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Степень достоверности и обоснованность полученных научных результатов обусловлена использованием стандартных методов математического и имитационного моделирования, которая подтверждается соответствием аналитических выводов и результатов моделирования, полученных в системах компьютерного моделирования, выполненного в программной среде Matlab, и удовлетворительной сходимости результатов моделирования работы нелинейного электрогидродинамического рулевого привода, включающего в себя нелинейный гидравлический двухполостной исполнительный механизм с нелинейным сервоприводом и линейным электродвигателем. Полученные результаты не противоречат теоретическим и практическим положениям, известным из научных публикаций отечественных и зарубежных исследователей в рассматриваемой предметной области. Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены во время проведения следующих конференций: Международной конференции по инженерным исследованиям и приложениям (24 ноября 2020), ICERA 2020; XXII Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM 2019) в СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт Петербург; Международной конференция молодых исследователей России по электротехнике и электронике «IEEE ElConRus» (28-31.01.2019) в СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербург; Международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки, образования и общества» 29 ноября 2018 г. Москва, РФ, а также на 70, 71, 72-ой научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (2017 -2019 гг).

Публикации. Результаты теоретической и практической работы отражены в 11 научных публикациях (в том числе, в 2 статьях изданий из Перечня ВАК для публикации научных результатов диссертаций на

соискание ученой степени доктора и кандидата наук, в шести, индексируемых в международной базе данных Scopus и 1 Свидетельстве программ ЭВМ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения и 2 приложений. Основной материал диссертации изложен на 144 с. машинописного текста и включает 68 рисунков, 5 таблиц и списка литературы из 124 наименований.

ГЛАВА 1: ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

1.1 Типы электрогидравлических приводов

Гидравлические следящие приводы то же, что и гидравлические исполнительные механизмы, они получили широкое распространение и применяются в том числе в приводах рулевых поверхностей современных самолетов [1-11]. Ключевые достоинства гидравлического следящего привода приведены ниже, именно за счет их привод стал чаще использоваться в системах управления самолета. Итак, приведем основные достоинства:

1) у данного вида привода высокая надежность и весьма низкая стоимость, что является одним из основных весомых преимуществ;

2) возможность работы на больших температурах окружающей среды без непосредственного охлаждения в течении больших промежутков времени;

3) довольно высокий КПД;

4) из-за применения весьма высокого уровня давления рабочей жидкости, обеспечивается минимум по габаритам и весу приводов;

5) относительно малый момент инерции подвижных частей исполнительного механизма данного вида привода способствует быстродействию и большой точности;

6) обеспечивается довольно долгий срок службы, несмотря на сложный режим работы, когда происходят частые остановки, а также работа в режиме непрерывного реверса;

7) благодаря тому, что конструкция привода довольно проста, гарантируется непрерывное регулирование скорости исполнительного механизма гидропривода, а также устойчивость и плавность его работы.

В первых поколениях гидравлических следящих приводов особое внимание уделялось лишь устойчивости самого привода, а также проблеме безопасного перехода на аварийную систему управления с обыкновенным механическим приводом, если по каким-либо причинам гидропривод переставал выполнять свои функции.

Настоящее поколение гидравлического следящего привода остаётся основным из всевозможных видов приводов, используемых на данный момент. Его практическое применение в системах управления всеми рулями самолета увеличивает эффективность органов управления. Такой привод определяет не только то, какие органы управления будут применены, но и, что самое важное, всю структуру системы. Нужно обратить особое внимание на конструкцию гидропривода, ведь с ее улучшением связано в том числе и улучшение системы управления рулями самолета. А именно, уменьшилась нагрузка летчика во время полета, также, когда полет происходит на сверхзвуковых (340—1710 м/с) скоростях, удалось избежать недопустимых изменений усилий на рычагах, которые возникали от аэродинамических сил на руле. Итак, перечислим основные решаемые конструктивные вопросы:

1) вопрос, как организовать подвод жидкости высокого давления к подвижным элементам гидропривода;

2) как в довольно широком диапазоне температур рабочей жидкости характеристики привода сделать стабильными;

3) как разместить исполнительную часть привода в тонких профилях крыла.

Как уже было сказано ранее современные гидроприводы, в отличии от своих предшественников, намного сложнее. При их проектировании решаются такие основные задачи:

1) задача достижения необходимой весьма высокой точности при заданном запасе устойчивости, причем решение проблемы

затрудняется действием на гидропривод сильных инерционных нагрузок;

2) задача достижения необходимых показателей по надежности при условии минимальной избыточности элементов;

3) задача получения высокого быстродействия;

4) особо важная задача - обеспечение безопасности от рулевых форм флаттера, когда нет весовой балансировки руля.

Существует несколько типов гидропривода, используемых в системах управления самолета. Это такие типы, как гидромеханический, электрогидромеханический и в том числе электрогидравлический. Первый из перечисленных включает в себя механический и гидравлический следящий привод, имеющий механическое управление.

Второй из перечисленных и наиболее часто используемых типов гидропривода - это электрогидромеханический. Этот тип гидропривода представлен в двух вариантах:

1) данный привод состоит из механической проводки с гидравлическими следящими приводами, которые управляются как механически, так и электрически (электрогидравлический следящий привод);

2) привод состоит из механической проводки управления с электромеханическим и гидромеханическим следящими приводами. Здесь электромеханический управляет рулевой поверхностью через гидравлический следящий привод.

Как уже говорилось ранее, при создании современных гидроприводов приходится решать весьма сложные задачи, в том числе и задачу достижения заданной надежности системы и стабильности получаемых характеристик с условием минимальной избыточности. Эти задачи лучше всего реализованы электрогидромеханическим приводом рулевой поверхности с электрогидравлическими следящими приводами.

Надежность системы при данных условиях вытекает из возможности при резервировании гидропривода более эффективно использовать принципы мажоритарной логики. Это одно из самых главных достоинств данного типа гидропривода перед другими. Ведь при таком виде резервирования наблюдаются малейшие возмущения рулевой поверхности в случае неисправности каких-либо составляющих самого привода или же систем, с которыми он контактирует.

Электрогидромеханический привод сейчас применяется на большинстве современных самолетов. Но данный привод должен обеспечивать выполнение еще одного важного критерия. Этим критерием является безопасность. Для ее обеспечения необходим обоснованный выбор метода резервирования.

Стоит упомянуть, что электрогидромеханический привод рулевой поверхности может применяться не только для всей основной системы в целом, но и в вариациях для различных систем управления. Например, электрогидравлический привод — для основной, гидромеханический привод — для аварийной системы управления, которая заменяет основную при неисправности. Это очень важный шаг при переходе от систем с механической передачей (гидромеханического привода) командных сигналов к системам с электродистанционным управлением рулевыми поверхностями (электрогидравлическому приводу).

Общая структура электрогидравлического привода показана на рисунке 1.1, где блок электрогидравлического усилителя это -электрогидравлические сервоклапаны. Они являются широко используемыми компонентами в аэрокосмическом и промышленном секторах из-за их надежности и высокой производительности. Сервоклапан способен обеспечивать непрерывное изменение потока в соответствии с входным сигналом, используя скользящую катушку в качестве элемента управления. Он является ключевым компонентом для

электрогидравлических систем управления движением с обратной связью. Он имеет различные типы «сопло-заслонка» и «непосредственного управления клапаном».

Регулятор

I

Электрогидравлический усилитель

I

Гидровлический усилитель

▼

Гидровлическое Питание

▼

ДП

Ун

Гидро двигатель

Нагрузка

Рисунок 1.1 - Общая структура электрогидравлического привода 1.1.1 Электрогидравлический привод типа «сопло-заслонка»

Наиболее распространенная конструкция сервоклапана с двухступенчатым «сопло-заслонка» с механической обратной связью. Составные части сервоклапана (рисунок 1.2):

- Электромагнитный моментный двигатель, действующий в качестве электричества для механического преобразователя, опирающийся на изгибную трубку, которая также обеспечивает поворот без трения и изолирует моментный двигатель от гидравлической жидкости.

- Заслонка, приводимая в движение моментным двигателем, дифференциально ограничивает поток из пары форсунок; ход заслонки составляет 0,1 мм. Одну форсунку можно использовать для регулирования давления только на одном конце золотника, но неуравновешенная сила потока на заслонке предъявляет повышенные требования к моментному двигателю.

- Гидравлический контур первой ступени образует Н-мост, где пара форсунок является регулируемым ограничителем, создавая перепад давления на золотнике, когда заслонка не в центре.

Рисунок 1.2 - Структура ЭГП с типом «сопло-заслонка» - Пружина обратной связи позволяет катушке перемещаться (ход на 1 мм) до тех пор, пока восстанавливающая сила на заслонке не будет в равновесии с электромагнитным моментом, поэтому заслонка децентрализуется заново.

Сервоклапан является усилителем мощности, коэффициент усиления мощности клапана равен 105[2].

Общие технические проблемы, о которых сообщают, являются: нулевое смещение (как полагают, в основном из-за вращающего момента чувствительность к температуре двигателя), эрозия сопла и заслонки, нелинейность моментного двигателя, если она рассчитана на использование очень малых токов, и высокочастотная нестабильность. Рекомендуемое давление для этого типа составляет менее 70 Бар [8].

1.1.2 Электрогидравлический привод «непосредственного управления клапаном»

На рисунке 1.3 показана структура ЭГП с типом «непосредственного управления клапаном». Здесь: ДП1 - Датчик положения 1; ДП2 - Датчик положения 2; УМ - Усилитель Мощности; хз - перемещение золотника; хлэд - перемещение якоря линейного электродвигателя.

Гидроцилиндр

Рисунок 1.3 - Структура ЭГП с ЛЭД

Это устройство следующего поколения, не использующее механическую обратную связь, такую как структура системы с типом «сопло-заслонка». Приводится в действие линейным электродвигателем (ЛЭД) с двухтактной операцией. ЭГП с типом «непосредственного управления клапаном» имеет следующие преимущества:

• Низкие внутренние потери утечки

• Низкое энергопотребление в центральном положении

• Динамика в основном не зависит от давления питания

• Более высокие силы, чем у пропорциональных соленоидов, следовательно, выше возможность перепадов давления (может работать с давлением до 350 Бар [moog])

Согласно анализу [2,3,4], структура ЭГРП с «непосредственным управлением клапаном» имеет выдающиеся преимущества, и поэтому часто используется в системах рулевых приводов на самолётах.

1.2 Перспективные структуры ЭГРП с дроссельным управлением

Современные самолеты практически в полном объеме оснащены системой автоматического полета. В систему включена некоторая система рулевых приводов. Она гарантирует и ручное управление, организуемое летчиком, а также полет по заранее заданным траекториям. В самолетах, особенно тех, которые летают со скоростью, которая выше уровня звука, система управления полетом должна соблюдать устойчивость самолета, как статическую, так и динамическую. В том числе должна соблюдаться автоматическая стабилизация заданного пилотом режима полета.

В настоящее время система управления полетами получила название электродистанционная система управления (СДУ). В таких системах приводы аэродинамических поверхностей и рычаги управления соединены электрическими связями.

Электродистанционная система управления - это система, включающая в себя обратные связи, например, обратную связь по углу крена, обратную связь по углу тангажа, а также по производным, например, обратная связь по скорости и т.д.

Благодаря применению СДУ на настоящий момент стало возможным:

- увеличить «живучесть» системы благодаря реконфигурации управления полетом;

- сделать управление полетом наиболее точным путем замещения связей;

- использовать другие законы управления, наиболее сложные;

В электродистанционные системы непосредственно включены и другие системы, такие как:

- система автоматического управления;

- система рулевых приводов (РП) аэродинамических поверхностей управления.

- система ограничения сигналов (например, ограничение по скорости).

Основу СДУ составляет цифровой вычислитель, выполняющий функции.

1) Управление осуществляется как автоматически, так и вручную, практически во всех режимах.

2) Абсолютно в любом из режимов обеспечивается устойчивость системы.

3) Сигналы для исполнительных механизмов вырабатываются цифровые (с датчиков движения поступают на вычислителе).

Отметим, что вычислитель кратно резервируется.

Выделим некоторые важные из органов управления полетом самолета, например: рули направления (РН); рули горизонтального оперения (стабилизаторы), флапероны, и т.д. Рулевые приводы вышеперечисленных органов являются необходимыми для управления современными самолетами в таких каналах движения, как боковой и продольный.

В современных конструкциях самолетов требуется высокие динамические характеристики систем рулевого управления с отслеживанием, особенно при малых управляющих сигналах (менее 0,1% от максимума). В этом случае, использование ЭГРП с дроссельным управлением при замене первых отказо-опасных каскадов электрогидравлического усиления типа «сопло-заслонка» на систему «непосредственного управления клапаном», в которых золотник гидрораспределителя перемещается высокоточным линейным электродвигателем (ЛЭД) силы с редкоземельными магнитами (Рисунок.1.3) является лучшем выбором [2].

1.3 Вопросы реализации широкорегулируемого ЭГРП

1.3.1 Общая структура системы ЭГРП c ЛЭД

В настоящее время при рассмотрении вопросов реализации высокоточного широкорегулируемого ЭГРП получили распространение структурные схемы системы ЭГРП с линейным электродвигателем ЛЭД, непосредственного управления золотником (рисунок 1.4). Система состоит из двух основных частей: сервопривод и исполнительного механизма привода.

Сервопривод (или рулевая машина) является электрогидравлическим усилителем мощности. Он состоит из линейного двигателя (ЛЭД), тянущего гидравлический золотник для управления гидравлическим током для второго цилиндра, чтобы изменить положение следующего золотника XV

Исполнительный механизм привода (ИМП) состоит из гидрораспределителя, выполняющего роль гидравлического усилителя, и гидравлического цилиндра.

Кроме того, в систему также интегрированы управление и обработка сигналов установки и сигналов обратной связи по положению золотника Дос СП и по положению поршня Дос РП.

и

Рулевой привод (РП)

ке

Сервопривод (СП)

Г

ИМ Дос СП

ке1 -► УМ —► ЭМП

ГР,

ГД:

г

Дос РП ---1

ИМ

ЛЭД ТЗ П

I I

I I

ГР2

т

ГД;

ТЗ П

Электрическая энергия ^ '

^ идравлическая энергия

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фан Тхань Чьунг, 2021 год

Список литературы

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

2. Константинов, С. В., В. Е. Кузнецов, Н. Д. Поляхов, П. Г. Редько, and О. И. Трифонова. "Электрогидравлические рулевые приводы с адаптивным управлением маневренных самолетов." СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ (2011).

3. Константинов С. В Формирование требований к динамическим характеристикам рулевого привода маневренного самолета [Текст]/ Константинов С. В., Квасов Г. В., Кузнецов В. Ф., Клюев М. А., Редько П. Г. Техника воздушного флота, г. Жуковский, ЦАГИ, № 2, 2001

4. Щербачев ПВ, Семёнов СЕ. Электрогидравлический привод с дроссельным регулированием с повышенной энергоэффективностью. Машиностроение и компьютерные технологии. 2012(10).

5. Селиванов АМ. Автономный электрогидравлический рулевой привод с комбинированным регулированием скорости выходного звена. Вестник Московского авиационного института. 2010;17(3):4.

6. Фомичев, В. М. "Проектирование цилиндрических золотниковых распределителей следящих электрогидравлических приводов." (2009): 23-23.

7. Соколова, Я. В., and Т. Я. Таванюк. "Моделирование автоматических электрогидравлических приводов специального технологического оборудования." (2013).

8. Боровин ГК, Малышев ВН, Попов ДН. Математическое моделирование и оптимальное проектирование автономного электрогидравлического привода. Препринты ИПМ им. МВ Келдыша. 2003(33): 1-7.

9. Малышев ВН, Попов ДН, Сосновский НГ. Идентификация автономного электрогидравлического следящего привода. Машиностроение и компьютерные технологии. 2007(6).

Ю.Константинов С.В., Редько П.Г., Квасов Г.В., Каннер М.Г., Косарев В. А., Смородин И.В., Кузнецов А. В. Применение новых подходов для разработки рулевых приводов перспективных маневренных самолетов [Текст]/ «Полет». 2009, №3, -С. 28-37.

11.Панкратов ВВ. Сигнально адаптивные обратные модели как метод синтеза робастных алгоритмов автоматического управления. Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2011(2):23-32

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

13.Ломакин ВО, Шумилов ИС, Щербачев ПВ. Математическое моделирование электрогидравлического следящего привода высокоточного регулирования вращательного движения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011(10).

14. G. Qiao, G. Liu, Z. Shi, Y. Wang, S. Ma, and T. C. J. P. o. t. I. o. M. E. Lim, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, "A review of electromechanical actuators for More/All Electric aircraft systems," vol. 232, no. 22, pp. 4128-4151, 2018.

15. Bennett JW, Mecrow BC, Atkinson DJ, Maxwell C, Benarous M. Fault-tolerant electric drive for an aircraft nose wheel steering actuator. IET electrical systems in transportation. 2011 Sep 1;1(3):117-25.

16. Zhang M, Jiang R, Nie H. Design and test of dual actuator nose wheel steering system for large civil aircraft. International Journal of Aerospace Engineering. 2016 Jan 1;2016.

17.Mihajlov, M., Nikolic, V. and Antic, D., 2002. Position control of an electro-hydraulic servo system using sliding mode control with fuzzy boundary layer. In 8th conference on Vehicle System Dynamics, Identification and Anomalies.

18.Jovanovic M. Nonlinear control of an electrohydraulic velocity servosystem. InProceedings of the 2002 American Control Conference (IEEE Cat. No. CH37301) 2002 May 8 (Vol. 1, pp. 588-593). IEEE.

19. SHAO JP, HAN GH, DONG YH, LIU JC. Model identification and control method of electro-hydraulic position servo system [J]. Journal of Central South University (Science and Technology). 2008;2.

20.Kaddissi C, Kenne JP, Saad M. Position control of an electro-hydraulic servosystem-A non-linear backstepping approach. InFirst International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics 2004 Aug 25 (Vol. 3, pp. 270-276). SCITEPRESS.

21. Somashekhar SH, Singaperumal M, Kumar RK. Mathematical modelling and simulation of a jet pipe electrohydraulic flow control servo valve. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 2007 May 1;221(3):365-82.

22.Alleyne A, Liu R. A simplified approach to force control for electro-hydraulic systems. Control Engineering Practice. 2000 Dec 1;8(12):1347-56.

23.Liu R, Alleyne A. Nonlinear force/pressure tracking of an electro-hydraulic actuator. J. Dyn. Sys., Meas., Control. 2000 Mar 1;122(1):232-6.

24. Рыбак АТ. Математическая модель гидравлического привода пресса циклического действия. ^Управление. Конкурентоспособность. Автоматизация 2003 (pp. 27-34).

25.Рассказова, Ю.Б., 2016. Математическая модель гидравлического привода вращательного движения с объемным регулированием.

26.Фомичев ВМ. Проектирование цилиндрических золотниковых распределителей следящих электрогидравлических приводов.

27.Селиванов, А.М., Алексеенков, А.С. and Найденов, А.В., 2011. Перспективы

развития автономных электрогидравлических приводов. Известия Тульского государственного университета. Технические науки, (5-1).

28.Ge B. Based on the AMESim Valve Control Hydraulic Cylinder Electro-Hydraulic Servo System Simulation [J]. Science Mosaic. 2011; 1:177-81.

29. Chen JH, Yang FY. Study of a New High Frequency Moving Coil Linear Force Motor for Electro Hydraulic Servo Valve. InAdvanced Materials Research 2013 (Vol. 619, pp. 270-274). Trans Tech Publications Ltd.

30.Zhu J, Chang S. Modeling and simulation for application of electromagnetic linear actuator direct drive electro-hydraulic servo system. In2012 IEEE International Conference on Power and Energy (PECon) 2012 Dec 2 (pp. 430-434). IEEE.

31.Liqun, X., & Xinguo, Z. (2006). Development of DDV (direct drive valve) servo actuator. JOURNAL-NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY, 24(3), 312.

32.Zhou ML, Yang ZG, Gao W, Tian YT, Shen CL, Li P. Fuzzy control of a new type of piezoelectric direct drive electro-hydraulic servo valve. In2005 International Conference on Machine Learning and Cybernetics 2005 Aug 18 (Vol. 2, pp. 819-824). IEEE.

33.Wos P, Dindorf R. Adaptive control of the electro-hydraulic servo-system with external disturbances. Asian Journal of control. 2013 Jul;15(4):1065-80.

34.Alleyne A, Liu R. A simplified approach to force control for electro-hydraulic systems. Control Engineering Practice. 2000 Dec 1;8(12):1347-56.

35.Гидравлические агрегаты и приводы систем управления полетом летательных аппаратов [Текст]/ Информационно - 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.

36.Симанин, Николай Алексеевич, Виталий Вадимович Голубовский, and Илья Анатольевич Поляков. "Измерительные преобразователи типа" сопло-заслонка" для гидравлических систем автоматического регулирования приводов промышленного оборудования."Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе 1 (13) (2015).

37.V. Kuznetsov, N. Polyakhov, Chung Th. Phan//International Review of Automatic Control, "Improving Characteristics of a Linear Electric Motor of a Servo System by Means of Adaptive Control with an Exo-Model," vol. 10,

38. V. E. Kuznetsov, P. T. Chung, A. N. Lukichev, and N. H. Ha, "A Linear Electric Motor Servo System with the Adaptive Controller Based on Exo-model," in 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2019, pp. 584-589: IEEE.

39. Борцов, Ю. А. Автоматизированный электропривод с упругими связями [Текст] / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский. - СПб.: Энергоатомиздат, 1992. - 288 с.

40.Ермаков С.А. Автоматизированное проектирование машиностроительного гидропривода [Текст] / С. А. Ермаков. - М.: Машиностроение, 1983.

41.Григорьев ВВ, Журавлёва НВ, Лукьянова ГВ, Сергеев КА. Синтез систем автоматического управления методом модального управления. СПб.: СПбГУ ИТМО. 2007.

42.Рустамханова, Г. И., and В. Г. Коломыцев. "Синтез последовательных управляющих алгоритмов с использованием формулы Аккермана в пространстве состояний." Фундаментальные исследования 11-7 (2014): 1516-1520.

43. ПОЛЯКОВ К, ПОЛЯКОВ А, ШИЛОВ А. Реализация наблюдателя состояний для управления электромеханической системой ровничной машины. Известия вузов.

Технология текстильной промышленности. 2008(2):103.

44.Ciccarella, G., Dalla Mora, M. and Germani, A., 1993. A Luenberger-like observer for nonlinear systems. International Journal of Control, 57(3), pp.537-556.

45.Astolfi A, Karagiannis D, Ortega R. Nonlinear and adaptive control with applications. Springer Science & Business Media; 2007 Dec 6.

46. Иванов ВА, Ющенко АС. Теория дискретных систем автоматического управления (2-е издание). федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский государственный технический университет имени НЭ Баумана (национальный исследовательский университет); 2015.

47.Ioannou P, Fidan B. Adaptive control tutorial. Society for Industrial and Applied Mathematics; 2006.

48. Голубчик ЭМ. Адаптивные подходы к управлению качеством продукции в многовариантных технологических системах. Методы менеджмента качества. 2013(7):30-5.

49.Еремин ЕЛ. Новый тип алгоритмов параметрической настройки адаптивных регуляторов для систем управления нестационарными Т-периодическими объектами. Информатика и системы управления. 2003(2):100-10.

50.Мирошник, И_В_, В_О Никифоров, and А. Л. Фрадков. "Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами." (2000): 549-549.

51. Александров АГ. Адаптивное управление с эталонной моделью при внешних возмущениях. Автоматика и телемеханика. 2004(5):77-90.

52.Фуртат ИБ, Цыкунов АМ. Адаптивное управление объектами с неизвестной относительной степенью. Автоматика и телемеханика. 2010(6): 109-18.

53.Путов ВВ, Шелудько ВН. Системы управления многостепенными механическими объектами с упругими деформациями: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ. 2009.

54.Kuznetsov, V. E., Chung, P. T., & Lukichev, A. N. (2019, May). Synthesis of Adaptive Regulator for Servo System with Linear Electric Motor. In 2019 XXII International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM)) (pp. 72-76). IEEE.

55. Sun H, Chiu GC. Nonlinear observer-based force control of electro-hydraulic actuators. InProceedings of the 1999 American Control Conference (Cat. No. 99CH36251) 1999 Jun 2 (Vol. 2, pp. 764-768). IEEE.

56.Игамбердиев ХЗ, Севинов ЖУ, Зарипов ОО. Регулярные методы и алгоритмы синтеза адаптивных систем управления с настраиваемыми моделями. Т.: ТашГТУ. 2014.

57. Добролюбов ИП, Савченко ОФ, Ольшевский СН. Идентификация состояния ДВС измерительной экспертной системой с помощью настраиваемой модели. ШЭнергосбережение-важнейшее условие инновационного развития АПК 2011 (pp. 263-266).

58. Фрадков АЛ. Схема скоростного градиента и ее применение в задачах адаптивного управления. Автоматика и телемеханика. 1979(9):90-101.

59. Буков ВН, Круглов СП, Решетняк ЕП. Адаптируемость линейной динамической системы с идентификатором и эталонной моделью. Автоматика и телемеханика. 1994(3):99-107.

60.Кузнецов, В.Е. and Поляхов, Н.Д., 2015. Адаптивное управление техническим объектом на основе экзомодели. In Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (Vol. 1, pp. 277-280). Федеральное государственное

автономное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ им. ВИ Ульянова (Ленина).

61.Фуртат ИБ. Адаптивное управление объектом с запаздыванием по управлению без использования прогнозирующих устройств. Управление большими системами: сборник трудов. 2012(40).

62.Путов ВВ, Шелудько ВН. Новый подход в построении беспоисковых адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами с неопределенным описанием. Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ. 2008(4):37-50.

63.Артюшок ВП, Соловьёв ИГ. Прямое адаптивное управление с настраиваемым эталоном. Автоматика и телемеханика. 1992(10): 105-12.

64.Осокина ЕБ, Оськин ДА, Дыда АА. Адаптивная идентификация параметров судна на основе простых моделей. Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала СО Макарова. 2015(2 (30)).

65.Жук, А. Ю. "Адаптивные системы управления." Молодежный научно-технический вестник 5 (2013): 24-24.

66.Перельман ИИ. Анализ современных методов адаптивного управления с позиций приложения к автоматизации технологических процессов. Автоматика и телемеханика. 1991(7):3-2.

67. Astrom KJ, Wittenmark B. Adaptive control. Courier Corporation; 2013 Apr 26.

68. Sastry SS, Isidori A. Adaptive control of linearizable systems. IEEE Transactions on Automatic Control. 1989 Nov;34(11):1123-31.

69.Tao G. Adaptive control design and analysis. John Wiley & Sons; 2003 Jul 9.

70.Ioannou P, Fidan B. Adaptive control tutorial. Society for Industrial and Applied

Mathematics; 2006.

71. Tsakalis KS, Ioannou PA. Adaptive control of linear time-varying plants: A new model reference controller structure. IEEE Transactions on Automatic Control. 1989 0ct;34(10):1038-46.

72.Na J, Herrmann G, Zhang K. Improving transient performance of adaptive control via a modified reference model and novel adaptation. International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2017 May 25;27(8):1351-72.

73.Wang XS, Hong H, Su CY. Model reference adaptive control of continuous-time systems with an unknown input dead-zone. IEE Proceedings-Control Theory and Applications. 2003 May 1;150(3):261-6.

74. Stepanyan V, Krishnakumar K. Adaptive control with reference model modification. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2012 Jul;35(4):1370-4.

75. Андриевский БР, Стоцкий АА, Фрадков АЛ. Алгоритмы скоростного градиента в задачах управления и адаптации. Автоматика и телемеханика. 1988(12):3-9.

76. Jain P, Nigam MJ. Design of a model reference adaptive controller using modified MIT rule for a second order system. Advance in Electronic and Electric Engineering. 2013;3(4):477-84.

77. Sun J. A modified model reference adaptive control scheme for improved transient performance. IEEE Transactions on Automatic Control. 1993 Aug;38(8):1255-9.

78. Datta A, Ioannou PA. Performance analysis and improvement in model reference adaptive control. IEEE Transactions on Automatic Control. 1994 Dec;39(12):2370-87.

79.Joshi SM, Tao G, Patre P. Direct adaptive control using an adaptive reference model. International Journal of Control. 2011 Jan 1;84(1):180-96.

80.Datta A, Ho MT. On modifying model reference adaptive control schemes for

performance improvement. IEEE transactions on automatic control. 1994 Sep;39(9):1977-80.

81.Kaufman H, Barkana I, Sobel K. Direct adaptive control algorithms: theory and applications. Springer Science & Business Media; 2012 Dec 6.

82.Joshi SM, Patre P, Tao G. Adaptive control of systems with actuator failures using an adaptive reference model. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2012 May;35(3):938-49.

83.Landau ID, Lozano R, M'Saad M, Karimi A. Adaptive control: algorithms, analysis and applications. Springer Science & Business Media; 2011 Jun 6.

84.Datta A. Performance improvement in decentralized adaptive control: A modified model reference scheme. In [1992] Proceedings of the 31st IEEE Conference on Decision and Control 1992 Dec 16 (pp. 1346-1351). IEEE.

85.Кузнецов, В.Е., 2016. Повышение качества управления техническим объектом на основе экзомодели. In Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (Vol. 1, No. Секции 1-3, pp. 505-508). Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ им. ВИ Ульянова (Ленина).

86.Kuznetsov VE. Technical object control quality enhancement based on exo-model. In2016 XIX IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM) 2016 May 25 (pp. 285-287). IEEE.

87. Карпов ЛЕ, Юдин ВН. Адаптивное управление по прецедентам, основанное на классификации состояний управляемых объектов. Труды Института системного программирования РАН. 2007;13(2).

88.Путов ВВ, Лебедев ВВ, Путов АВ. Адаптивные системы управления многостепенными жесткими нелинейными механическими объектами, построенные по их упрощенным моделям с мажорирующими функциями. Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ. 2013(10):49-55.

89. Малышев ВН, Попов ДН, Сосновский НГ. Идентификация автономного электрогидравлического следящего привода. Машиностроение и компьютерные технологии. 2007(6).

90. Кузнецов, Владимир Евгеньевич, Тхань Чьунг Фан. "Программа расчета параметров сигнального адаптивного алгоритма для следящей электрогидравлической системы." (2018).

91. Путов ВВ, Козлов ЮК, Шелудько ВН. Прямые и непрямые адаптивные системы с сигнальной настройкой, построенные на основе метода мажорирующих функций. звестия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2005:3.

92. Кузнецов В.Е., Чьунг Ф. Т., Константинов С.В. Расширение диапазона регулирования нелинейных прецизионных следящих систем с линейным электродвигателем средствами адаптивного управления (статья scopus) Электротехника, 2019, №12, стр.32-39

93.Путов ВВ, Шелудько ВН. Новый подход в построении беспоисковых адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами с неопределенным описанием. Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ. 2008(4):37-50.

94.Поляхов, Н.Д., Стоцкая, А.Д. and Нгуен, Д.Ф., 2016. Адаптивное управление электромеханическим объектом с ограниченной неопределенностью. In Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (Vol. 1, No. Секции 1-3, pp. 268-271). Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ им. ВИ Ульянова (Ленина).

95.Поляхов НД, Приходько ИА, Стоцкая АД. Адаптивное управление синхронным генератором. ШТруды IX международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016 2016 (pp. 191-194).

96. Андриевский БР, Поляхов НД, Путов ВВ, Шелудько ВН. соискателя Кузнецова Владимира Евгеньевича на тему «Адаптивное управление. Электричество. 2014(4):47-52.

97.Кузнецов, В.Е., 2016. Адаптивное управление с экзомоделью техническим объектом с ограниченной неопределенностью. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ, (6), pp.53-60.

98. Кузнецов ВЕ. Методология построения адаптивных регуляторов с экзомоделью для рулевых электрогидроприводов. Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. 2016; 1:81-5.

99.Кузнецов, В. Е., Фан Тхань Чьунг, and А. Н. Лукичев. "Синтез адаптивного регулятора для сервосистемы с линейным электродвигателем." In Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям, vol. 1, pp. 110-114. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019.

100. К вопросу количественной оценки эффективности адаптивного управления в нелинейной следящей системе с люфтом / Фан Тхань Чьунг, Кузнецов В.Е., Приходько И.А.// Современные тенденции развития науки, обравания и общества: сборник статей [Электронный ресурс] - М.: ИНЦ Импульс, 2018. -С. 316-326.

101. КУЗНЕЦОВ, ВЕ, ТХАНЬ ЧУНГ ФАН, СВ КОНСТАНТИНОВ. "Расширение диапазона регулирования нелинейных прецизионных следящих систем с линейным электродвигателем средствами адаптивного управления." Электротехника 12 (2019): 32-39.

102. Востриков АС, Французова ГА. Теория автоматического регулирования. Общество с ограниченной ответственностью Издательство ЮРАИТ; 2017.

103. Kuznetsov, Vladimir E., Andrey N. Lukichev, and Phan Thanh Chung. "Speed Control of Permanent Magnet Synchronous Motor with Voltage Surges Reduction by Means of Adaptive Control." In 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), pp. 590-594. IEEE, 2019.

104. Kuznetsov, V. E., Chung, P. T., Lukichev, A. N., & Ha, N. H. (2019, January). A Linear Electric Motor Servo System with the Adaptive Controller Based on Exo-model. In 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus) (pp. 584-589). IEEE.

105. Демидович БП. Лекции по математической теории устойчивости. Лань; 2008.

106. Alexandridis AT. On the upper bound explicit solutions of the Lyapunov equation. Dynamics and Control. 1996 Jul 1;6(3):309-16.

107. Zhou B, Duan G, Lin Z. A parametric Lyapunov equation approach to the design of low gain feedback. IEEE Transactions on Automatic Control. 2008 Aug 29;53(6):1548-54.

108. STOTSKY A. Lyapunov design for convergence rate improvement in adaptive control. International Journal of Control. 1993 Feb 1;57(2):501-4.

109. Воронов АА. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. Наука; 1979.

110. Воронов АА. Основы теории автоматического управления: Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. Энергия; 1980.

111. Воронов АА. Введение в динамику сложных управляемых систем. Наука; 1985.

112. Huang Z, Patton RJ. Decentralized control of uncertain systems via adaptive sliding and overlapping decomposition. IFAC Proceedings Volumes. 2012 Jan 1;45(13):784-9.

113. Свешников АГ, Тихонов АН. Теория функций комплексной переменной. Наука; 1979. Hsu SH, Fu LC. A fully adaptive decentralized control of robot manipulators. Automatica. 2006 Oct 1;42(10):1761-7.

114. Jain S, Khorrami F. Decentralized adaptive control of a class of large-scale interconnected nonlinear systems. IEEE Transactions on Automatic Control. 1997 Feb;42(2):136-54.

115. Murgas J, Hejda I. Decentralized adaptive stabilization with state regulators. Kybernetika. 1990;26(6):496-504.

116. Bakule L. Decentralized control: An overview. Annual reviews in control. 2008 Apr 1;32(1):87-98.

117. Goodwin GC, Graebe SF, Salgado ME. Control system design. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001.

118. Arcaini P, Riccobene E, Scandurra P. Formal design and verification of self-adaptive systems with decentralized control. ACM Transactions on Autonomous and Adaptive Systems (TAAS). 2017 Jan 10;11(4):1-35.

119. Стрыгин ВВ, Соболев ВА. Разделение движений методом интегральных многообразий.

120. Уткин ВА. Метод разделения движений в задачах наблюдения. Автоматика и телемеханика. 1990(3):27-37.

121. Воевода АА, Жмудь ВА. Сохранение и повышение порядка асимптотического уравнения системы при управлении по методу разделения движений. Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2006(1):149-55.

122. Юркевич ВД. Синтез регуляторов для многомерных систем на основе метода разделения движений. InSYSTEM IDENTIFICATION AND CONTROL PROBLEMS. SICPRO'15 2015 (pp. 557-576).

123. Степанов НА, Юркевич ВД. Синтез системы стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока с ШИМ в канале управления на основе метода разделения движения. Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2014(2-3):111-24.

124. Краснов ДВ, Рассадин ЮМ, Шинкарюк АГ. Реализации метода разделения движений в задачах наблюдения. ^Управление большими системами (УБС'2016) 2016 (pp. 121-133).

Приложение 1

Расчетные параметры для системы управления рулевым приводом ЭГРП с адаптивным управлением

Следуя приведенным выше шагам расчета, мы получаем следующие результаты расчета:

- Давление нагнетания (питания) РS = 280 кгс/см2 = 27.46 Н/мм2

- Давление слива Рт = 6 кгс/см2=0.6 Н/мм2 -Расчётная площадь поршня гидродвигателя

Ар = 4(в2 - а2) = ^(632 - 302) = 2410 мм2

-Расчетный объем гидроцилиндра

= 1.2*2* Хртах * Ар = 1.2*2*100*2410 = 578400 мм3

-Коэффициент расхода ц = 0.7

-Плотность жидкости, для жидкости 7-50С-3:

р = (0,930 — 0,940 )10-3кг/см3.

Выбрав р = 0.93 *10-3кг/см3 = 0.93 *10-9 Н с2/мм4

- Суммарная ширина окна гидрораспределителя Ьз = 1 мм

V

- ап = 0.7 I-2--1=32288.6 мм3 с Н-05

р V 0.94 * 10-9

-Модуль упругости Е = 0.7*104 кг/см2= 686 Н/мм2 -Максимальное перемещение золотника Хутах = 6 мм

- Максимальный расход

бтах = х^^К^^Щ^-р = 6 * >/26.86 * 32288.6 = 836.7 мм3/с=50.1л/мин

-Коэффициент утечек жидкости в предположении кг = 0.002 -Масса поршня тп=11кг= 0.011 Н.с2 .мм-1.

- Масса нагрузка тн=92кг= 0.092 Н.с2 .мм-1.

- Сумма массы т=0.011+0.092=0.103 Н.с2 .мм-1.

- Жесткость шарнирной нагрузки Сш =250 Н/мм. -Коэффициент вязкого трения на нагрузке

Ьн = 2* ^тнСк = 2 * (0.02 - 0.1)^0.103Нс-2мм * 20000Н / мм = 10.3 Н.с/мм -Коэффициент вязкого трения гидродвигателя

г 0.18*22000*9.8

Ьп = 0.18^тах / ^тах =--= 2587 Н.с/мм

- Мёртвый объём от сервоклапана до гидроцилиндра) Ус = 1.2*2* А * Хтах = 1.2*2*2410*100 = 578400мм3.

К0Х = = 32288.6*3.746 □ 120953.1.

P

_(PS - PT)_(27.46 - 0.6)_

13.43Н/мм2

0 2 2 П.1.1 Параметры линеаризации модели

С параметрами и выражениями в разделе 4.1 и на рисунке 4.1 при линеаризации системы мы получаем следующие результаты:

kpn kcn Tcn b kQX kQP Е V F гц m Ap С

- - c-1 - мм2/с мм5/Н.с Н/ мм3 3 мм3 кг мм2 Н/мм

1 1 0.005 269 120953.1 14500 686.5 226080 103 2410 250

Матрицы линеаризацией системы: х = А0Х + У = С^х,

" 0 1 0 0 " " 0 "

Aq _ 0 0 -43 -5.721 85.64 -75.9 0 1089.3 ; В0 _ 0 0 ; Cq_[1 o o

-100 0 0 -200 100

П1.1 Расчетные параметры АР для системы управления рулевым приводом с эталонной моделью П1.1.1 Построение эталонной модели

Уравнение эталонной модели хм = Амх + Вми; У = Сх_м,

Ам = А0 - В0К; Вм = В0;

К = [к1 к2 к3 к4 ] = [-0.2282 -0.00061 0.01051 0.11087].

" 0 1 0 0 " " 0 "

0 -43 85.636 0 0

AM _ 0 -5.7208 -75.913 1089.3 ; ВМ _ 0

-77.181 0.06094 -1.0509 -211.09_ _100_

Коэффициент регулятора: ку=0.77181.

Проверка полюсов: е^я(А - В * К)= -200; - 20;-20; - 90.

П.1.1.2 Синтез наблюдателя состояния

Уравнения наблюдателя состояния: x _ Aqx + Bou + G(y - y); y _ Cx.

О = [ Я2 Я3 Я4 ] = [1331.1 2.9796е+05 -1.7652е+05 21339] Проверка полюсов: eig(A-G,*C) = -1000; -450;-100;-100

-1331.1 1 0

Матрицы наблюдателя: ан

-2.9796е+05 1.7652е+05 -21439

0

-43 85.363 0 5.7208 -75.913 1089.3 0 0 -200

р* =

П.1.1.3 Разработка адаптивного механизма для системы

Т

Уравнение Ляпунова: РАм + А^Р = Матрица Q (выбрана оптимальной программой) £ = diag {ц1Ъ q22, q33, q44} = diag {1111.1,98.91,111.1,1111.1} Решение Уравнения Ляпунова:

251.88 -0.1638 1.8245 1.661 " -0.16384 0.0059 0.0156 0.0683 1.8245 0.0156 0.08347 0.351 1.6605 0.0683 0.35075 1.913 _

Р = [ Р1 Р2 Р3 Ра ] = [1.6605 0.068288 0.35075 1.913].

т

Закон управления: ) = -Н sgn(BмPe), выбор Н = 100 ,

вМ =[0 0 0 100].

П.1.2 Расчетные параметры для системы управления рулевым приводом по методу разделения движений П.1.2.1 Провека условия разделимости движений

О м = 18, Об = 31854.6 * 70.434 * 66.667 = 205.74, р = -°^ = 11.43 > 10.

О

м

Система удовлетворяет условию разбиения на подсистемы. П.1.2.2 Синтез адаптивного регулятора для быстрой подсистемы

Уравнение быстрой подсистемы:

8X2 = Х33

сХ^ = — Х2 — 2Рх3 + кхХ4 8X4 — к8крПксПсоп^? к8Х4 ^ кскрпксп^

с = 0.0027669, ^=0.0073684, к8 = 0.18446,С, = 0.0023734,кг = 0.00031061,

Построение адаптивного управления быстрой подсистемой, по методу Ляпунова с эталонной моделью, имеем:

- Эталонная модель: хм = AMx + BMu; y = CxM,

x м 2 = -361.42хз

Xмз =-361.42x2 - 5.3262хз + 0.11226х4 хм4 = -678010х2 - 3480200х3 - 2034.7х4 + 33.33м

- Адаптивный механизма

Используя сигнальный алгоритм адаптации, имеем u(t) = g + z(t), z(t) = -100sign[33.33(0.36709(х2 - хм2) + 0.15097(х3 - хм3) + 0.611(х4 - хм4)].

П1.2.3 Синтез адаптивного регулятора для медленной подсистемы

Уравнение вырожденной подсистемы: х1 = -18.6х1 + 18.6м Эталонную модель: хм1 = -25хм1 + 30.452м.

Используя сигнальный алгоритм адаптации, имеем u (t) = g + z (t), z (t) = -250sgn( X1 - Хм1),

где g (t) - программное задание, z (t) - алгоритм сигнальной адаптации, h - коэффициент усиления, h = const >0.

П.1.3. Расчетные параметры для системы управления рулевым приводом на основе экзомодели

П.1.3.1 Расчет параметров быстрой подсистемы и механизма адаптации

Исследуем систему с линеаризованными параметрами, у нас есть постоянные времени звеньев: Тсп = 0.005; Тг1 = 0.006; Тг2 = 0.02. Чтобы обеспечить адаптивную скорость, мы выбираем постоянную времени, которая в 3-5 раз меньше постоянной времени наименьшего стежка.

(XS +1)

Модель быстрой подсистемы: F =

(tS +1)3

Использование программы 1 (приложение 2), у нас: т = Tj /3 = 0.001 мс,

Т1

5

Уравнение быстрой подсистемы:

X = 5 = 0.0002. Выбор h=1000; матрицы Q = diag{489.1,889.1,12.1}

Х2 "-1000 1111.1 0.0002" Х2 " 0 " "5.0014"

Х3 = 0 -1000 1000 Х3 + 0 и +1500 5.1412

Х4 0 0 -1000 Х4 1000 5.0171

sgn е2

Параметр фильтра: Тфб = 0.0012

П.1.3.1 Расчет параметров медленной подсистемы и механизма

Адаптивный закон управления

иа = -Ь0 '{РМ2\ , Ь0 = крпксп = 0-5

(т5 +1)3

•а~ °0 ^MZ 1 > ^0 " -рп-сп ч3

х = 0.001мс; А,= 0.0002.

(А5 +1)

/Фм = (0.01 -0.03)2л/ = 0.01*2*3.14*(1/0.005) = 12.5Гц,ГФм «0.07с. Расширенный обратный оператор фильтра

~ /ч _1/ЧА 0.0015 +1 0.0015 +10.0015 +1

Т^М (5) = Р (^)АТ =-.-.-

М 0.00025 +1 0.075- +1 0.075- +1

Приложение 2