Частотная модель существенно нелинейного рулевого привода с цифровым микроконтроллерным регулятором

При проектировании системы стабилизации высокоманевренных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) одной из актуальных задач является исследование функционирования рулевого привода в полосе частот, соответствующей изгибным колебаниям корпуса БЛА. Для обеспечения устойчивости системы стабилизации БЛА к динамическим характеристикам привода могут предъявляться достаточно противоречивые требования. В частности, требование к резкому подавлению амплитудно-частотной характеристики на частоте изгибных колебаний БЛА при минимальных фазовых искажениях в полосе частот управления продольного и боковых каналов системы стабилизации может существенно усложнить задачу исследования устойчивости системы управления движением БЛА. В статье рассматривается действующий макет электропривода с цифровым микроконтроллерным регулятором, предназначенный для использования на высокоманевренном БЛА. Адаптивные алгоритмы цифрового регулятора позволяют обеспечить необходимые фазовые запаздывания в полосе частот управления и при этом почти полное подавление гармонических составляющих сигналов управления на частотах изгибных колебаний корпуса БЛА. Используемые алгоритмы имеют существенно нелинейный характер и основаны на изменении коэффициента усиления прямой цепи контура привода в зависимости от частоты входного сигнала, что значительно усложняет получение передаточной функции рулевого привода для использования в частотной модели системы стабилизации. Обычно рулевой привод описывается линейной минимально-фазовой системой, представленной в виде передаточной функции одного из типовых звеньев первого или второго порядков, но для указанного рулевого привода с заданными динамическими характеристиками подобный подход оказывается несостоятельным. В результате исследования предложен способ получения частотной модели рулевого привода, которая реализована в виде неминимально-фазовой системы, основным свойством которой является независимость амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик. В процессе исследований проведено сравнение результатов, полученных на предложенной модели с результатами экспериментов на макете электропривода и его полной нелинейной временной модели. Главным преимуществом предложенной частотной модели является достаточно простое описание рулевого привода в частотной области, удобное для использования в составе частотной модели системы стабилизации при исследовании задач обеспечения устойчивости полета БЛА.

1. Мизрохи В.Я. Проектирование управления зенитных ракет: учеб.-науч. издание. М.: Издательство ООО «Экслибрис-Пресс», 2010. 252 c.

2. Карклэ П.Г., Смыслов В.И. Модальные испытания летательных аппаратов и воспроизведение силовых воздействий. М.: Техносфера, 2017. 155 с.

3. Парафесь С.Г., Смыслов В.И. Методы и средства обеспечения аэроупругой устойчивости беспилотных летательных аппаратов. М.: Изд-во МАИ, 2013. 176 с.

4. Парафесь С.Г., Туркин И.К. Актуальные задачи аэроупругости и динамики конструкций высокоманевренных беспилотных летательных аппаратов. М.: Изд-во МАИ, 2016. 183 с.

5. Акимов В.Н., Уласевич В.П., Грызин С.В. Сравнение различных типов рулевых приводов для ЗУР средней дальности // Вестник воздушно-космической обороны. 2017. № 4 (16). С. 23–28.

6. Петров Б.И. Динамика следящих приводов: учебное пособие для втузов / Б.И. Петров, В.А. Полковников, Л.В. Рабинович и др. / Под ред. Л.В. Рабиновича. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. 496 с.

7. Крымов Б.Г., Рабинович Л.В., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства систем управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1987. 262 с.

8. Близнова Т.Б. Разработка методики и расчет основных параметров рулевых приводов различных типов по критерию минимальной установленной мощности / Т.Б. Близнова, В.П. Караев, Ю.Г. Оболенский, В.А. Полковников, С.Л. Самсонович // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2009. № 5. С. 118–130.

9. Парафесь С.Г., Иванов Д.Н., Опарин А.С. Модель исследования устойчивости системы «руль – привод» маневренного беспилотного летательного аппарата // Научный Вестник МГТУ ГА. 2016. № 225 (3). С. 143–150.

10. Серебряков А.Н., Коробатов Д.В. Неминимально-фазовая коррекция цифрового электропривода // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2005. № 9 (49). С. 92–96.

11. Семенов А.В., Гайдук А.Р. Синтез дискретных неминимально-фазовых следящих систем // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. № 2 (127). С. 53–59.

12. Попов А.И., Гончаров А.С. Адаптивная система прямого цифрового управления следящего рулевого электропривода автономных объектов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2011. № 1. С. 37–41.

13. Харкевич А.А. Основы радиотехники. 3-е изд. стер. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 512 c.

14. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. 2-е изд. М.: Наука, 1972. 768 с.

15. Изерман Р. Цифровые системы управления: пер. с англ. / Под ред. чл.-корр. АН СССР И.М. Макарова. М.: Мир, 1984. 541 с. Перевод изд.: Rolf Isermann. Digital Control Systems. Berlin: Springer-Verlag. New York: Heidelberg. 1981.