Способ загрузки рычага управления транспортного средства

 

Изобретение относится к системам управления транспортными средствами. Цель - расширение диапазона воспроизводимых усилий и повышение точности их воспроизведения. В предлагаемом способе предполагается формирование сигнала необходимого перемещения рычага управления по сигналу с датчика усилий и перемещение рычага управления, формирование дополнительного пропорционального ускорению рычага управления электрического сигнала, который усиливают и суммируют с сигналом датчика усилий, причем коэффициент усиления выбирают соответствующим присоединенной массе. 4 ил.

Изобретение относится к системам управления транспортными средствами. Оно может быть использовано на самолетах, водном транспорте, на подвижных объектах или на их имитаторах и тренажерах, в системах управления, в которых используются загружатели рычагов управления со следящими устройствами, обеспечивающими требуемую функциональную связь между усилиями, прикладываемыми к рычагу, и перемещениями рычага.

Известен способ управления нагрузок на ручку управления в авиатренажере, при котором формируют электрический сигнал, соответствующий силе, прикладываемой к рычагу управления тренажера и сигнал, соответствующий силе, требуемой для рычагов управления, чтобы создать для оператора реальное ощущение нагрузок. Этот сигнал содержит компоненты, представляющие характеристики имитируемого транспортного средства и конкретно выполняемого маневра. Сигнал, соответствующий приложенной силе, сравнивают с сигналом, соответствующим требуемой силе. Электрический сигнал разности преобразуют в усилие на рычаги управления (см. патент США N 4504233, кл. 434-45).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ формирования усилий на ручке управления, при котором в тракте управления измеряют усилие Р_р, приложенное к ручке управления, и ее перемещение Х_р, в вычислителе формируют сигнал управления перемещением рукоятки для реализации зависимости Р(Х) (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев. Аэродинамика самолета. М. Машиностроение, 1979 г.).

Все вышеуказанные технические решения обладают существенным недостатком, заключающимся в том, что в системе "рычаг управления-следящий привод" возникают автоколебания, которые вызываются паразитной инерционной обратной связью.

При движении штока рулевой машины датчик усилий воспринимает инерционно-массовую нагрузку рычага управления и передает в вычислитель дополнительный нежелательный сигнал, пропорциональный ускорению перемещения рычага управления.

Следовательно, сигнал с датчика усилий пропорционален сумме: P_Σ P+M где Р величина усилия, прикладываемая водителем к рычагу управления, М масса рычага управления, приведенная к центру тяжести, Х величина ускорения перемещения рычага управления.

Сформированный вычислителем сигнал отрабатывается следящим приводом.

Таким образом, в системе "рычаг управления-следящий привод" образуется паразитная инерционная обратная связь, которая ограничивает область устойчивости данной системы. При этом увеличение градиента dX/dP, равнозначное увеличению коэффициента усиления в замкнутом контуре системы управления, приводит к возникновению автоколебаний, что ограничивает диапазон воспроизводимых градиентов загрузки рычага управления и тем самым сужает область применения известных технических решений.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение диапазона воспроизводимых усилий. Техническим результатом является предотвращение автоколебаний в системе "рычаг управления-следящий привод" при сохранении требуемой точности воспроизведения загрузочных характеристик Р(Х).

Поставленная задача достигается тем, что в способе загрузки рычага управления транспортного средства, включающем в себя формирование сигнала, необходимого перемещения рычага управления по сигналу с датчика усилий и преобразование этого сигнала в перемещение рычага управления, формируют дополнительный пропорциональный ускорению перемещения рычага управления электрический сигнал, который усиливают и суммируют с сигналом датчика усилий, причем коэффициент усиления сигнала ускорения рычага управления выбирают соответствующим присоединенной массе.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления предложенного способа загрузки рычага управления; на фиг. 2, 3 и 4 результаты исследований работоспособности предложенного устройства.

Способ загрузки рычага управления транспортного средства включает следующие действия: на датчик усилий передают с помощью жесткой обратной связи усилие, прикладываемое оператором к рычагу управления; с датчика усилий выходной электрический сигнал посылается на вход вычислителя кинематики и динамики системы управления транспортного средства; с вычислителя на вход следящей рулевой машины, выходной шток которой перемещает рычаг управления на величину, пропорциональную сигналу управления, передают выходной сигнал; измеряют величину ускорения перемещения рычага управления и электрический сигнал, пропорциональный измеренной величине, усиливают и суммируют с сигналом датчика усилий, после чего суммарный сигнал посылают на второй вход вычислителя кинематики и динамики.

Устройство, реализующее предложенный способ загрузки рычага управления (фиг. 1), содержит рычаг управления 1, кинематически связанный с датчиком усилий 2, выходным штоком рулевой машины 3 и датчиком обратной связи 4, датчик ускорения 5, усилитель 6, инвертор 7, сумматор 8, на вход которого поступают сигналы с датчика усилий и инвертора, вычислитель кинематики и динамики системы управления 9, второй сумматор 10, на вход которого подаются сигналы с датчика обратной связи и вычислителя, и усилитель, выход которого связан с входом рулевой машины.

Рулевая машина с датчиком обратной связи, вторым сумматором и усилителем образуют следящий рулевой привод 12.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Усилие, приложенное оператором к рычагу управления 1, с помощью жесткой механической связи передают на датчик усилий 2 электрический сигнал, с выхода которого подают на вход вычислителя 9. Выходной сигнал с вычислителя поступает на первый вход сумматора 9, на второй вход которого поступает сигнал с датчика обратной связи 4. Суммарный сигнал через усилитель 11 подают на вход рулевой машины 3, которая перемещает рычаг управления 1 на величину, пропорциональную этому сигналу. Возникающее при этом ускорение измеряют датчиком ускорений 5, усиливают с помощью усилителя 6 с регулируемым коэффициентом усиления и через инвертор 7 посылают на сумматор 8, где он суммируется с сигналом датчика усилий. Причем коэффициент усиления усилителя 7 выбирают так, чтобы в суммарном сигнале доля от ускорения была бы минимальной.

Таким образом компенсируется инерционная составляющая сигнала, которая воспроизводится датчиком усилий.

Предложенный способ и реализующее его устройство были опробованы на электрогидравлической системе загрузки рычагов управления пилотажного стенда.

На фиг. 2 представлена запись сигнала с датчика усилий, когда датчик ускорения отключен (фиг. 2, а) и когда он подключен (фиг. 2, б). В первом случае присутствуют автоколебания, а во втором их нет. Это наглядно показывает, что причиной возникновения автоколебаний является паразитная обратная связь.

На фиг. 3 представлена запись входного сигнала.

На фиг. 4 показана запись линейных перемещений выходного штока рулевой машины Хрм. Из осциллограмм видно, что после компенсации инерционной паразитной обратной связи возникает возможность дальнейшего улучшения электрогидравлической системы загрузки рычага управления, а именно: максимально повысить быстродействие следящего привода.

Таким образом, предложенный способ загрузки рычага управления транспортного средства позволяет расширить диапазон воспроизводимых усилий и существенно повысить быстродействие следящего привода путем предотвращения автоколебаний, возникающих за счет паразитной обратной связи.

Формула изобретения

СПОСОБ ЗАГРУЗКИ РЫЧАГА УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, включающий в себя формирование сигнала необходимого перемещения рычага управления по сигналу с датчика усилий и преобразование этого сигнала в перемещение рычага управления, отличающийся тем, что формируют дополнительный пропорциональный ускорению перемещения рычага управления электрический сигнал, который усиливают и суммируют с сигналом датчика усилий, причем коэффициент усиления сигнала ускорения рычага управления выбирают соответствующим присоединенной массе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4