Разработка и исследование мехатронных электрогидравлических модулей для систем рулевых приводов с децентрализованной архитектурой

• Автор: Вашкевич, Олег Викторович
• Шифр специальности: 05.09.03, 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Гидравлическис усилители, как мехатронные устройства в составе электрогидравлических приводов

1.1. Г идравлическис усилители с цифровым управлением

1.2. Гидравлический усилитель в системе электрогидравлического привода.

1.3. Автономные аксиальнопоршневые насосы с управлением от вентильного двигателя и с реверсивным клапаном расхода

1.4. Цифровые контроллеры

1.5. Сети контроллеров и синхронные протоколы.

2. Мехатронный модуль гидравлического усилителя

2.1. Характеристика неизменяемой части ЭГУ и задача синтеза закона управления.

2.2. Задача идентификации и встроенный модуль оценки параметров

2.3. Встроенный модуль синтеза закона управления.
2.4. Исследование системы управления ЭГУ с регулятором, полученным методом компенсации полюсов
2.5. Экспериментальные результаты и выводы.
3. Мехатронная помпа. Исследование динамики приводов с объемнодроссельным управлением.
3.1. Исследование динамики распределения жидкости в аксиальнопоршневом насосе с гидравлическими сопротивлениями в линиях всасывания и нагнетания
3.1.1. Задача плунжера расчет расхода в поршневом цилиндре с неравномерным изменением геометрии цилиндра на основе уравнения неразрывности
3.1.2. Задача плунжера в адиабатическом приближении
3.1.3. Динамика распределения жидкости в аксиальнопоршневом насосе.
3.2. Вопросы асимптотической аппроксимации уравнений гидростатического привода.
3.2.1. Математическая модель привода.
3.2.1.1. Модель двигателя
3.2.1.2. Уравнения компенсатора
3.2.1.3. Уравнения давления подачи и слива.
3.2.2. Динамика гидропривода без потери энергии
3.2.3. Вопросы моделирования.
3.3. Гидростатический привод с нелинейным управлением
3.4. Нелинейный метод адаптации в системе управления ЛЭД.
4. Многоканальный комплекс управления
4.1. Децентрализация алгоритмов управления.
4.2. Особенности реакции многоканальной системы на случайные управляющие воздействие с заданными статистическими характеристиками
4.2.1. Описание модели численного эксперимента.
4.2.2. Параметры модели и условия численного эксперимента
4.2.3. Асинхронный режим опроса управляющих сигналов.
4.2.4. Синхронный режим опроса управляющих сигналов
4.3. Выбор архитектуры и протокола взаимодействия программных ком
понс ггов в МКУ.
Заключение.
Список литературы


Один из способов решить перечисленные проблемы и упростить интеграцию гидравлических модулей в конечное изделие является создание встроенных систем управления, когда, например, гидравлический усилитель выпускается производителем со встроенным контроллером с предоставлением интерфейса дистанционного управления, систем контроля, мониторинга, настройки динамических и статических параметров. Другой важный аспект проблемы, это создание многоканальных комплексов управления, которые обеспечивают согласование работы мехатронных модулей в децентрализованной среде гидравлических компонент со встроенной электроникой. Архитектура таких комплексов может быть самой различной, от полностью централизованной до независимой но каждой степени свободы. При создании электрогидравлических приводных систем возникает необходимость проведения исследований в смежных областях науки и техники: от изучения термодинамических процессов изменения состояния рабочей среды в плунжерных парах и динамики нестационарных уравнений, описывающих работу цилиндровых групп, до разработки алгоритмов управления электродвигателями и методов синхронного управления многоканальными приводами. В условиях многоканального управления методы адаптивного управления, методы идентификации динамического состояния и синтеза наблюдателей, методы настраиваемых моделей приобретают новое качество, которое и определяет концепцию мехатронного подхода. Описанный в общих чертах «Мехатронный» принцип интеграции особенно актуален для авиационных рулевых приводов с резервированием каналов управления. Для данного типа приводных систем характерна структурная избыточность в целях обеспечения надежности и отказоустойчивости. Привод с такой архитектурой состоит из независимых каналов - резервов распределения энергии рабочего тела на общую нагрузку, другими словами, расхода жидкости в гидравлический двигатель. Следует отметить, что наличие двух и более резервов переносит систему управления таким приводом в класс электромеханических комплексов, для которых централизованная архитектура системы управления становится достаточно сложной в реализации и, соответственно, менее надежной. Закономерный вопрос, насколько эффективной будет децентрализованная архитектура управления? Переходя от общей формулировки проблемы к конкретным задачам, необходимо определить, какие регуляторы применять и как организовывать межканальные связи в мультипроцессорной цифровой системе управления гидроприводом. Цель и задачи исследований. Целью данной диссертационной работы является разработка практически реализуемых алгоритмов управления мехатронными электрогидравлическими компонентами и создание на их основе децентрализованной многоканальной системы динамического управления авиационными рулевыми приводами. Разработка алгоритма идентификации импульсной динамики гидравлического усилителя с непосредственным управлением золотником. Разработка закона управления идентифицируемого гидравлического усилителя. Создание мехатронного модуля гидравлического усилителя на основе разработанных алгоритмов идентификации и синтеза закона управления. Исследование физических процессов в объемных распределителях с каналом контроля на основе насоса переменной производительности. Моделирование динамики гидростатического привода с последовательными каналами управления расходом, состоящими из нереверсивного аксиально-поршневого насоса и пропорционального гидравлического усилителя. Разработка законов управления гидростатическим приводом с мультипликативным входным воздействием. Моделирование многоканальной цифровой системы управления. Исследование реакций системы в асинхронном и синхронном режимах опроса управляющих сигналов. Разработка требований к программным компонентам и протоколу их взаимодействия в многоканальных системах управления авиационными приводами. В качестве объекта исследований выбран элекгрогидравлический привод с несколькими каналами управляющих воздействий. В работе рассматривается дроссельный резервируемый привод, в котором все каналы одинаковые, и привод, в котором используются сервомеханизмы распределения расхода различного типа, а именно элсктрогидравлический привод с объемно-дроссельным управлением.