共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制實驗研究報告-wenkub
2023-07-10 16:49:15 本頁面
【正文】 湊地安排在直升機重心處，所以飛行穩(wěn)定性好，也便于操縱。直升機的航向操縱靠上下兩旋翼總距的差動變化來完成。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，共軸雙旋翼的旋翼理論得到不斷的發(fā)展和完善，這種構(gòu)形的直升機以它固有的優(yōu)勢越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。俄羅斯 1945 年研制成功 了 卡 8 共軸式直升機 ，至今 發(fā)展了一系列共軸雙旋翼直升機，在型號研制、理論實 驗研究方面均走在世界前列。 然而，由于當(dāng)時人們對共軸雙旋翼氣動特性認(rèn)識的缺乏以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面遇到的困難，許多設(shè)計者最終放棄了努力，而在很長一段時間對共軸式直升機的探討只停留在實驗階段。文中主要介紹了此控制系統(tǒng)的設(shè)計方 案，在時域和頻域中詳細(xì)地分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。并且， 為達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，對系統(tǒng)進(jìn)行了串聯(lián)校正，使系統(tǒng)能夠較好地達(dá)到 了 指標(biāo)要求。 1932 年， 單旋翼帶尾槳 直升機 研制成功 ，成為世界上第一架可實用的直升機。美國也于 50 年代研制了 QH50 共軸式遙控直升機作為軍用反潛的飛行平臺，并先后交付美國海軍 700 多架。 研究對象 特點 分析 共軸 雙旋翼 直升機 有 兩 副完全相同的旋翼，一上一下安裝在同一根旋翼軸上，兩旋翼間有一定間距。 共軸 雙旋翼 直升機主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。與單旋翼帶尾槳直升機相比，其操縱效率明自動控制原理實驗研究報告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 2 顯有所提高。 ，當(dāng)旋翼在靜止氣流 中旋轉(zhuǎn)時，以縱向周期變距為例，直升機 有 兩種典型的航向操縱結(jié)構(gòu)形式 ， 即半差動和全差動形式。 共軸式直升機全差動航向操縱方案是指在航向操縱時大小相 等方向相反地改變上下旋翼的總距從而使得直升機的合扭矩不平衡，機體產(chǎn)生航向操縱的力矩。首先對研究的系統(tǒng)各部分運動機理進(jìn)行分析，根據(jù)所依據(jù)的物理規(guī)律列寫相應(yīng)的運動方程。 （ 3） 控制系統(tǒng)頻域分析 控制系統(tǒng)中的信號可以表示為不同頻率的正弦信號的合成。 （ 4） 控制系統(tǒng)校正 根據(jù)被控對象及給 定的技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計控制系統(tǒng)，需要進(jìn)行大量的分析計算。針對前面設(shè)計的控制系統(tǒng)達(dá)不到動態(tài)性能指標(biāo)的不足， 對系統(tǒng)進(jìn)行了串聯(lián)超前校正，最終使系統(tǒng)達(dá)到自動控制原理實驗研究報告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 3 了預(yù)定的性能指標(biāo)。 電樞回路電壓平衡方程： ()( ) ( )aa a a a ad i tu t L R i t Edt? ? ? 式中 aE 是電樞反電勢，它是電樞旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的反電勢，其大小與激磁磁通即轉(zhuǎn)速成正比，方向與電樞電壓 ()aut相反，即 ()a e mE C t?? ， eC 是反電勢系數(shù)。令( ) 0cMt? ，則有 1() ( ) ( )mm m adtT t K u tdt? ??? 自動控制原理實驗研究報告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 5 得到 1()() ( ) 1mams KGs U s T s??? ? 被控對象數(shù)學(xué)模型 共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制是角動量守恒定律的應(yīng)用。雙旋翼直升機在直立軸上安裝了一對向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋翼，通過對兩旋翼旋轉(zhuǎn)角速度的控制，實現(xiàn)直升機懸 停方向的改變。 上下旋翼的每葉槳的轉(zhuǎn)動慣量為 （ 1 代表上旋翼， 2 代表下旋翼） 21 1 113J ml? 22 2 213J ml? 機身的轉(zhuǎn)動慣量為 2112J ML? 式中 J ：轉(zhuǎn)動慣量 ， m ：旋翼每葉的質(zhì)量 ， l ：旋翼每葉的長度 ， M ：機身的質(zhì)量 ， L ：機身的長度 。 分析擾動誤差時的結(jié)構(gòu)圖如下 動態(tài)性能分析 2KaN(s) 11m m tKT s K K K?? 1s E(s) + 1 自動控制原理實驗研究報告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 9 2 2 11() ( 1 )( 1 ) mmtm m tmmK TKs K K K sT s K K K s K KsTT? ? ? ?? ? ? ?? 此系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)形式為 222() 2 nnns ss??? ??? ?? 所以得到 n mKT? ?， 112 mtmK K KTK? ?? 在控制工程中，除了那些不容許產(chǎn)生振蕩響應(yīng)的系統(tǒng)外，通常都希望控制系統(tǒng)都具有適當(dāng)?shù)淖枘?、較快的響應(yīng)速度和較短的調(diào)節(jié)時間。因此要求系統(tǒng)同時具有較快的調(diào)節(jié)時間和較小的超調(diào)量需采取合理的 折中方案或補償方案。 此校正裝置的設(shè)計在頻域內(nèi)進(jìn)行，這是一種間接的設(shè)計方法，因為設(shè)計結(jié)果滿足的是一些頻域指標(biāo)，而不是時域指標(biāo)。因此，頻域法設(shè)計控制系統(tǒng)的實質(zhì)，就是在系統(tǒng)中加入頻率特性形狀合適的校正裝置，使開環(huán)系統(tǒng)頻率特性形狀變成所期望的形狀：低頻段增益充分大，以保 證穩(wěn)態(tài)誤差要求；中頻段對數(shù)幅頻特性斜率一般為20dB/dec,并占據(jù)充分寬的頻帶，以保證具備適當(dāng)?shù)南嘟窃６?；高頻段增益盡快減小，以削弱噪聲影響，若系統(tǒng)原有部分高頻段已符合該種要求，則校正時可保證高頻
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