WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |
МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 62.7.064 Хомутов Владимир Станиславович Улучшение статических и динамических характеристик электрогидростатического привода в области малых сигналов управления 05.02.02 – Машиноведение,системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2009 Диссертация выполнена на кафедре «Системы приводов авиационно-космической техники» Московского авиационного института (государственного технического университета).

Научный консультант: к.т.н., доцент Селиванов Александр Михайлович

Официальные оппоненты: д.т.н, профессор Попов Дмитрий Николаевич к.т.н, Оболенский Юрий Григорьевич

Ведущая организация: ОАО «ПМЗ Восход», г. Павлово Нижегородской области

Защита состоится « » 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д212.125.07 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете), расположенном по адресу: 125993, г.Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, учёный совет МАИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета).

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.125.07 к.т.н., доцент Кондратьев А.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность работы В настоящее время разработчиками летательных аппаратов проявляется значительный интерес к повышению степени их электрификации.

Считается, что это позволит снизить стоимость жизненного цикла ЛА, уменьшить полётную массу и улучшить топливную экономичность, а также тактико-технические характеристики ЛА при боевых применениях, увеличит готовность к полету ЛА военного назначения.

При повышении степени электрификации самолёта предполагается переходить от гидроприводов с питанием от централизованных гидросистем к автономным, которые питаются от электрической системы. Гидравлические следящие приводы с индивидуальными(автономными) источниками гидропитания имеют в настоящее время ограниченное применение на борту летательных аппаратов по причине ограниченной конкурентноспособности в сравнении с приводами с централизованными гидросистемами питания, в первую очередь по массо-габаритным показателям и удельным характеристикам. Однако ситуация изменяется коренным образом в связи с реализацией концепции унифицированного энергопитания бортовых приводных систем различного назначения.

Достижение минимального веса, размеров и стоимости автономного электрогидропривода является проблемой, которая часто становится ключевой при выборе одного из двух вариантов — системы автономных гидроприводов или приводов с централизованной системой питания.

Другой проблемой является обеспечение высоких показателей автономных электрогидравлических приводов, например статической и динамической точности, а также жёсткости при работе на малых управляющих сигналах. Эти качества особенно важны, например, для рулевых приводов современных аэродинамически неустойчивых самолётов, оснащённых автоматической системой управления полётом, что обуславливает необходимость работы приводов длительное время по гармоническому закону управления с малыми амплитудами перемещений выходного звена и при существенных эксплуатационных нагрузках.

Таким образом, в настоящее время является актуальным поиск решения вышеуказанных проблем автономных электрогидравлических приводов.

Цель диссертационной работы В связи с прогрессом в области развития электротехнического и электронного оборудования представляется, что перспективным путём решения проблем автономного электрогидравлического привода будет развитие схемы электрогидростатического привода. Его усовершенствованная конструкция позволит иметь высокую удельную мощность, максимальный КПД порядка 70..85% и будет хорошо управляться в области малых управляющих сигналов, не теряя при этом жёсткости. Таким образом, целями данной работы являются:

1. Повышение чувствительности электрогидростатического привода в области малых сигналов управления до уровня, соответствующего электрогидравлическим дроссельным приводам современных самолётов.

2. Повышение жёсткости автономного привода, особенно в области малых управляющих сигналов.

3. Улучшение динамических характеристик автономного электрогидравлического привода в области малых управляющих сигналов.

4. Обеспечение достижения вышеуказанных целей при сохранении энергетических характеристик (максимального КПД и энергопотребления в нейтральном состоянии) на уровне лучших автономных приводов.

5. Обеспечение стабильности всех вышеуказанных характеристик во время периода эксплуатации.

Научная новизна работы Научная новизна представленной работы, по мнению автора, заключается в:

• Исследовании особенностей работы привода с комбинированным управлением скоростью выходного звена, обеспечивающего реализацию режима дроссельного управления скоростью в области малых сигналов управления (до 0.5... 1% от максимального) и плавный переход на режим объёмного управления скоростью при увеличении сигнала управления.

• Синтезе алгоритмов управления приводом, обеспечивающих как перечисленные выше свойства, так и стабильность настроек агрегатов привода.

• Экспериментальном определении характеристик насосного агрегата • Анализе и исследовании рабочих процессов привода с комбинированным управлением на базе разработанной автором многоэлементной математической модели со сложными функциональными связями и введёнными в алгоритм вычислений характеристиками реальных элементов.

Практическая ценность работы Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные схемные и алгоритмические решения позволяют:

• Улучшить чувствительность электрогидростатического привода до уровня, позволяющего использовать привод для управления основными рулевыми поверхностями самолётов, в том числе и с аэродинамически неустойчивой компоновкой.

• Улучшить частотные характеристики в области малых сигналов управления до уровня современных авиационных высококачественных электрогидравлических приводов с централизованным гидропитанием.

• Увеличить жёсткость привода в области малых сигналов управления до уровня, принятых для рулевых приводов.

• Снизить затраты на ремонт и обслуживание энергетического комплекса самолёта, поскольку применение разработанных технических решений рулевых приводов позволяет сократить количество гидросистем на борту самолёта, заменив гидравлические магистрали централизованных гидросистем на электрические силовые кабели.

• Сократить сроки и стоимость промышленного освоения привода (и его производства), поскольку предлагаемые автором технические решения используют уже освоенные российскими заводами компоненты, обладающие подтверждённым уровнем безотказности и необходимым техническим ресурсом.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

Решение поставленных задач позволяет вынести на защиту следующие положения:

1. Алгоритмы управления электрогидростатическим приводом, позволяющие добиться улучшения его характеристик в области малых сигналов и исследование их эффективности 2. Алгоритмы управления, позволяющие обеспечить требуемую стабилизацию настроек в приводе, имеющем комбинированное управление.

3. Исследование рабочих процессов в электрогидростатическом приводе, имеющем комбинированное управление, с помощью его нелинейной математической модели, включающей экспериментальные характеристики основных агрегатов привода.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на научных семинарах и конференциях, в частности, на:

• XV международный научно-технический семинар «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, сентябрь 2006 года • XVI международный научно-технический семинар «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 18-25 сентября 2007 года • IX международный научно-технический симпозиум «Новые рубежи авиационной науки», г.Москва, 19-23 августа 2007 года Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из Введения, 7 глав и Заключения.

Содержание работы Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе, которая носит обзорный характер, анализируются тенденции развития автономных электрогидравлических рулевых приводов летательных аппаратов.

На нынешний день можно выделить несколько основных типов автономных электрогидроприводов: привод с объёмным регулированием скорости и реверсивным насосом, объёмно-клапанный привод и привод с объёмно-дроссельным регулированием скорости, а также сравнительно новая схема - электрогидростатический привод.

В приводе с объёмным регулированием скорости и реверсивным насосом скорость и направление движения штока силового цилиндра определяется расходом жидкости, поступающем от насоса регулируемой производительности. К недостаткам такого привода можно отнести то, что реверсивные насосы регулируемой подачи значительно сложнее нереверсивных, что отрицательно влияет как на надёжность, так и на срок службы. Жидкость в полостях силового гидроцилиндра находится под низким давлением, что обуславливает пониженную динамическую жёсткость привода, так как при обработке сигнала давление поднимается только одной полости привода.

В объёмно-клапанном приводе приводе скорость движения штока силового цилиндра определяется расходом жидкости, поступающим от нереверсивного насоса регулируемой производительности, а направление движения штока задаётся клапаном реверса, переключающим поток жидкости в соответствующие полости гидродвигателя. В данной схеме, как и в предыдущей, вал насоса всегда вращается с постоянной скоростью, даже при отсутствии сигнала управления, что приводит к энергетическим(барботажным) потерям.

В приводе с объёмно-дроссельным регулированием скорости скорость и направление движения штока силового цилиндра определяется золотниковым распределителем, а давление питания последнего регулируется подачей насоса переменной производительности. К достоинствам объёмно-дроссельного привода следует отнести его высокую жёсткость и хорошие характеристики в области малых управляющих сигналов, а также его более простую конструкцию по сравнению с объёмно-клапанным приводом. Однако по энергетическим показателям он несколько уступает последнему, поскольку даже при нулевом управляющем сигнале на таком приводе поддерживается максимальное давление подачи.

Электрогидростатический привод(ЭГСП) осуществляет преобразование электрической энергии в механическое перемещение с помощью электропривода и гидростатической передачи, выполненной на основе гидроцилиндра и нерегулируемого реверсивного насоса, скорость вращения которого регулируется электроприводом. Схема электрогидростатического привода изображена на рис.1.

Мехатронный модуль такого привода включает бесконтактную электрическую машину постоянного тока, силовой инвертор на мощных транзисторных ключах, коммутирующих обмотки электродвигателя и микровычислитель, управляющий силовыми переключающими элементами на основе информации с датчика угла поворота ротора двигателя.

В целом, мехатронный модуль является следящей системой, регулирующей скорость вращения ротора пропорционально управляющему сигналу. В микровычислителе мехатронного модуля может быть дополнительно реализован и алгоритм управления всем исполнительным механизмом следящего привода.

Применение гидропередачи вместо механического редуктора объясняется тем, что эксплуатационные свойства использованных гидроэлеБесколлекторный датчик электродвигатель угла поворота постоянного тока вала двигателя M Блок силовой = 270 В электроники Датчик перемещения штока = 27 В Микроконтроллер Датчик Компенсатор перемещения Вход Рис. 1. Электрогидростатический привод ментов хорошо известны авиационным конструкторам и вызывают у них высокий уровень доверия как с точки зрения надёжности и отказобезопасности, так и по подтверждённому ресурсу работы в условиях следящего рулевого привода.

ЭГСП по существу является электромеханическим приводом с гидравлической передачей от электродвигателя к выходному звену, совершающему поступательные перемещения.

В главе рассматриваются существующие реализации электрогидростатических приводов западных фирм и отмечаются недостатки этой схемы: низкая статическая и динамическая жёсткость исполнительного привода, нелинейные искажения характеристик в области малых управляющих сигналов, большие трудности в обеспечении работоспособности привода при очень малых управляющих сигналах.

Перечисленные недостатки затрудняют использование ЭГСП в системах управления рулями высоты и направления (основными рулевыми поверхностями самолёта), особенно это относится к самолётам с аэродинамически неустойчивой компоновкой.

Во второй главе рассматривается схема и принцип действия автономного привода с цифровым управлением и повышенной чувствительностью в области малых сигналов управления, а также экспериментальный промышленный образец привода.

Нерегулируемый Гидроцилиндр реверсивный насос клапаны подпитки клапаны предохранительные Предлагаемый привод с комбинированным регулированием скорости выходного звена, развивает схему ЭГСП в сторону более полного использования возможностей гидросистемы привода и встроенного в него микровычислителя. За счёт некоторого усложнения его схемы устраняются все отмеченные выше недостатки ЭГСП. Принципиальная схема предлагаемого привода изображена на рис.2.

lx ЦАП ЛЭД > X Микровычислитель =270В Др Мехатронный модуль (БДПТ) Алгоритм управления подачей Входной ДПД ДПД ЭМ насоса и Датчик угловой код клапаном скорости реверса ГК АЦП АЦП АЦП АЦП Клапан PН реверса PД Рис. 2. Принципиальная схема автономного электрогидравлического привода с комбинированным управлением скоростью выходного звена Мехатронный блок, обеспечивающий управление бесколлекторной электромашиной, аналогичен такому блоку в ЭГСП, однако микровычислитель предлагаемого привода регулирует скорость вращения вала нереверсивного электродвигателя в соответствии со специальным алгоритмом. В целом, при подаче управляющего сигнала микровычислитель увеличивает скорость вращения электродвигателя и, соответственно, подачу нерегулируемого нереверсивного насоса.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»