Разработка сервопривода руля высоты самолета

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный  аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского “ХАИ”

“Харьковский авиационный институт” 

Факультет систем управления летательных аппаратов

Кафедра систем управления летательных аппаратов 
 
 

                                                        “УТВЕРЖДАЮ”

Заведующий  кафедрой

д. т. н., профессор

___________А. С. Кулик

     (Подпись)           (Ф.И.О.) 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

НА ВЫПУСКНУЮ РАБОТУ БАКАЛАВРА

студента                            Зинченко Юрия Владимировича

 

1. Тема  работы   “Разработка сервопривода руля высоты самолета”

      утверждена  приказом по университету

      от  “     ”                     200   г., №________ 

2. Срок  сдачи студентом законченного  проекта

      “     ”                     200   г. 

3. Область  применения разработки: авиация, средний самолет. 

4. Исходные данные для объекта управления.

      4.1 Режим полета горизонтальный.

      4.2 Вид движения продольное.

  Начальные условия H=11км. Угол крена 0.

      4.3 Схема объекта управления нормальная аэродинамическая.

      4.4 Диапазон изменения пилотажных  параметров: максимальная высота полета 11000 м, максимальная эксплуатационная скорость 800 км/час, максимальная нормальная эксплуатационная  перегрузка 2,5 ед.g, угол тангажа от -15…+20.

      5. Требования к системе управления.

      5.1 Для устойчивости системы необходимо  обеспечить следующие показатели качества: время нарастания ( )не более 0.5 с, время переходного процесса ( ) не более 1 с, перерегулирование не более 5%.

      5.2 Показатели точности системы:  установившаяся ошибка по угловому положению вала сервопривода равна нулю при единичном задающем воздействии

      5.3 Другие требования: рулевая электрическая машинка должна соответствовать следующим требованиям: ограничения на отклонения руля высоты градусов, для размыкания цепи обмотки возбуждения двигателя в крайних положениях выходного вала рулевой машинки использовать концевые выключатели, момент инерции нагрузки, приведенный к выходному звену рулевой машинки, должен быть не более 0,2 , максимальный момент нагрузки , регулируемый выходной момент пересиливания

      6. Требования приборному составу  системы: автопилот с пропорционально-интегральным законом управления. В состав системы должны входить: рулевая машина руля высоты (РМ), усилитель электропривода (УЭП).

      7. Параметры оборудования системы.

            7.1 Требования по  конструктивному исполнению и  размещению модульное исполнение.

      8. Условия эксплуатации оборудования.

            8.1 Диапазон температур(-60…+60) С.

            8.2 Относительная  влажность: 20 …100%.

            8.3 Вибрации: 2 – 40 Гц.

      8.4 Другие параметры: климатическое исполнение в соответствии с ГОСТ 15150-69.

      9. Электрические параметры системы.

            9.1 Электропитание: электропитание сервопривода руля высоты самолета должно осуществляться от двух шин СЭС по каждому виду питания: постоянное напряжение +27В и переменное напряжение 36В, 400Гц. Мощность потребляемая сервоприводом руля высоты самолета по каждой шине, должна быть не более: по постоянному току 20Вт и по переменному току 30Вт.

      10. Требования к надежности.

            10.1 Средняя наработка  на отказ в полете: не менее 10 000 часов.

            10.2 Срок службы: 25 лет.

            10.3 Вероятность безотказной  работы: 0,99.

            10.4 Требования по  типовым элементам замены (ТЭЗ): ремонт оборудования или замена блоков во время полета не допускается.

      11. Требования безопасности: прибор должен быть пожаробезопасным и не должен являться источником взрыва или пожара; отказ в приборе не должен приводить повреждению других приборов аппаратуры СУ.

      12. Технологическая часть.

      12.1 Разработка технологического процесса: тех. процесс должен обеспечивать максимальный коэффициент загрузки оборудования, минимальную трудоемкость и максимальную материалоемкость.                

      12.2 Условия и требования:  технология прибора должна обеспечивать максимальную надежность; минимальный вес, удобства ремонтоспособности.                                                               

      12.3 Ожидаемый результат: тех. процесс, обеспечивающий оптимальный процесс проверки работоспособности прибора.

      13. Экономическая часть

      13.1. Разработать (рассчитать, получить): себестоимость и цену изготовления блока бортового вычислителя.                                                                                                               

      13.2. Условия и требования: при выборе ЭРИ должны учитываться возможности снижения себестоимости разработки и изготовления устройства. Применение ЭРИ, содержащих драгоценные материалы, должно быть технически обоснованным .              

      13.3. Ожидаемый результат: оценка экономичной  эффективности.

      14. Безопасность жизнедеятельности.

      14.1 Рассчитать (получить, спроектировать):  риск при производстве системы.                                                                                                                                                                     

      14.2 Условия и требования: снижение и устранение вредных факторов, влияющих на человека на производстве.                                                                                                                                                                         

      14.3 Ожидаемый результат: система мероприятий по защите человека от вредных производственных факторов.              

 

АННОТАЦИЯ

      Страниц – 68;

      Рисунков – 28;

      Таблиц  – 10;

     Количество  использованных источников – 10. 

      В данной работе спроектирован сервопривод руля высоты среднего самолета типа ТУ-134. В основной части работы разработана структурная и функциональная схемы модели сервопривода. Произведен выбор управления и анализ системы для обеспечения требуемого качества. Осуществлен анализ и синтез цифровой системы.

      В конструкторской части приведена  методика разработки управляющего вычислителя сервопривода руля высоты.

      Разработана технология изготовления печатной платы управляющего вычислителя.

      В экономической части приведен расчет себестоимости изготовления управляющего вычислителя 

      В части обеспечения БЖД были рассмотрены  вопросы работы в помещении с  ЭВМ. 

      РУЛЕВАЯ МАШИНА, СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО  УПРАВЛЕНИЯ, ТАНГАЖ, ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ, УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ЗАКОН УПРАВЛЕНИЯ, ЗАДАЮЩИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ, СЕБЕСТОИМОСТЬ, СКОРОСТНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ, ЖЕСТКАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ, УСТОЙЧИВОСТЬ.  
 
 
 
 

      ВВЕДЕНИЕ 

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

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

      В данной работе рассматривается проектирование сервопривода руля высоты, который предназначен для отклонения руля высоты в соответствии с заданным законом управления.

      При управлении движением ЛА должны быть достигнуты: заданное качество переходного процесса, точность исполнения команд, слабая реакция на внешние возмущения, точное наведение на цели, оптимальность движения, безопасность полета. В техническом задании в качестве прототипа был задан сервопривод руля высоты среднего самолета типа Ту-134. Для устойчивости системы необходимо обеспечить следующие требования к качеству: время переходного процесса при единичном входном сигнале сервопривода не должно превышать 1,5 с, перерегулирование <5%, время нарастания переходной функции не более 0,5 с.

      Для обеспечения необходимой точности и качества сервопривод должен представлять собой замкнутую систему управления по углу поворота входного вала - Требование ТЗ о высокой устойчивости сервопривода может быть обеспечено введением дополнительной (скоростной) обратной связи, которая реализуется с помощью тахогенератора (ТГ), установленного на валу двигателя. 
 
 
 

 
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 
      Сервопривод представляет собой замкнутую систему автоматического управления, в которой входной сигнал малой мощности управляет выходным сигналом значительно большой мощности по пропорциональному закону. При применении такого привода для автоматического управления самолётом эта система должна непрерывно выполнять следующие функции:

    1) определять разность между входным и выходным сигналами (определение ошибки);

      2)  усиливать сигналы ошибки;

      3) контролировать состояние объекта управления (например, угловое положение управляющих поверхностей или скорость) с помощью цепи обратной связи.

      Существует  два главных типа сервоприводов:

1. с жесткой (позиционной) обратной связью;
2. со скоростной (тахометрической) обратной связью.

      Блок-схема  сервопривода с жесткой обратной связью показана на рисунке 1.1, из которой ясно, что нагрузку необходимо повернуть на выходной угол , соответствующий входному углу поворота управляющего вала . В этом примере управляющий вал механически соединён с движком потенциометра, выходной, сигнал которого после усиления подаётся на серводвигатель. 

Рисунок 1.1 – Сервопривод с жесткой обратной связью (1 – усилитель, 2 – серводвигатель, 3 – нагрузка )

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      Угол  поворота нагрузки измеряется вторым потенциометром, движок которого механически связан с выходным валом. Потенциометры связаны между собой электрически так, что когда их движки занимают одинаковые угловые положения, сервопривод находится в "нулевом" состоянии или покое.

      Если  требуется отклонить нагрузку на угол , управляющий вал необходимо повернуть на такой же угол. Привод выйдет из состояния покоя, а на усилитель поступит сигнал ошибки, пропорциональный входному углу ,. По мере установки нагрузки в новое положение выходной вал поворачивает движок второго потенциометра, благодаря чему возникает сигнал пропорциональный углу .

      Этот  сигнал поступает на вход усилителя  по цепи обратной связи, уменьшая, таким образом, сигнал ошибки. Поэтому действительное значение выходного сигнала усилителя, поступающего на серводвигатель, равно .Когда нагрузка, наконец, достигнет требуемого положения, сервопривод перейдет в новое "нулевое" состояние.