Моделирование испытательного стенда конструктивных элементов органов управления самолета

Цель исследования. Повышение эффективности функционирования испытательных стендов конструктивных элементов органов управления самолета за счет учета динамических особенностей электромеханической системы, исследуемых с применением математической модели, учитывающей особенности аппаратной реализации приводной и измерительной систем стенда.

Задачи. Разработка математической модели приводной системы исполнительного звена испытательного стенда, получение динамических характеристик управляемого движения электромеханической системы стенда и поворотного переключателя из состава органов управления экипажа самолета.

Методы. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования динамических систем, теории управления и теории механизмов и машин. При создании программных продуктов использованы математические пакеты Matlab/Simulink. Для оценки влияния свойств упругой муфты на динамику движения исполнительного звена использовались квадратичная ошибка по положению и скорости, а также их интегральные значения.

Результаты. В ходе исследования была разработана математическая модель испытательного стенда, включающая приводную и измерительную системы, устройство сопряжения и объект тестируемого оборудования. В процессе вычислительных экспериментов были установлены предельные значения крутящего момента и скорости вращения исполнительного звена, а также выполнен анализ влияния параметров упруговязких свойств элементов сопряжения на движение поворотного переключателя.

Заключение. В работе установлено, что импульсный характер изменения крутящего момента оказывает влияние на движение исполнительного звена стенда. Для снижения эффекта предложено использовать вязкоупругий элемент сопряжения, который позволяет снизить колебательность исполнительного звена стенда с сохранением высокой точности движения.

1. Ахметшин Т. Ф. Сертификация авиационной техники // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2014. Т. 18. №. 2 (63). С. 10-18.

2. Александровская Л. Н., Кузнецов А. Г., Солонников Ю. И. Анализ зарубежного опыта сертификации бортовых систем воздушных судов // Труды МИЭА. Навигация и управление летательными аппаратами. 2010. №. 2. С. 36-51.

3. Буряченко А. Г., Ранченко Г. С. Испытательная база и методическое обеспечение испытаний ответственных изделий авиационной техники //Авиационнокосмическая техника и технология. 2008. №. 4. С. 75-78.

4. Горбунов В. В., Новиков В. В., Карпеев А. М. Разработка стенда для испытания устройств автономного питания бортовых авиационных аппаратов на основе литийионных батарей // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении. 2020. С. 14-17.

5. Лапердин А. И., Юркевич В. Д. Разработка адаптивного алгоритма управления стендом прочностных испытаний авиационных конструкций // Автометрия. 2017. Т. 53. №. 4. С. 51-58.

6. Мальчиков А. В., Яцун С. Ф., Яцун А. С. Математическое моделирование копирующего управления робототехническим устройством, оснащенным линейным электроприводом с упругим звеном // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2019. №. 5. С. 34-42.

7. Jatsun S., Malchikov A., Yatsun A. Adaptive Control System for DC Electric Drive under Uncertainty //2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2020. Р. 1-5.

8. Investigation of the dynamical characteristics of the lower-limbs exoskeleton actuators / A. Yatsun, A. Karlov, A. Malchikov, S. Jatsun // MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2018. Vol. 161. P. 03008.

9. Лушников Б. В., Котельников В. Я., Жакин А. И. Исследование динамики системы с сухим некулоновым трением при фрикционных автоколебаниях // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. №. 1-2. С. 27-35.

10. Лушников Б. В. Испытательный стенд для идентификации динамических параметров сухого некулонова трения // Фундаментальные исследования. 2012. №. 3-3. С. 638-641.

11. High-performance nonlinear feedback control of a permanent magnet stepper motor / M. Bodson, J. N. Chiasson, R. T. Novotnak, R. B. Rekowski // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 1993. Vol. 1. №. 1. P. 5-14.

12. Lyshevski S. E. Electromechanical systems, electric machines, and applied mechatronics. CRC press, 2018. Т. 3.

13. Control features of the electromechanical system with end-effector considering the regulated torque / A. Malchikov, A. Yatsun, P. Bezmen, O. Tarasov // MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2017. Т. 113. С. 02001.

14. Ricci S., Meacci V. Simple torque control method for hybrid stepper motors implemented in FPGA // Electronics. 2018. Vol. 7. №. 10. P. 242.

15. Huang Y. L. et al. Torque-sensorless control of stepper motors for low-cost compliant motion generation // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 94495-94504.

16. Денисов В. А., Жуков А. В. Математическое моделирование работы шагового двигателя в составе мехатронного модуля компенсации износа режущего инструмента // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 6-1. С. 54-58.

17. Степочкин А. О. Моделирование работы шагового электрического двигателя гибридного типа в пакете Simulink // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. №. 8. С. 308-315.

18. Моделирование электромеханического привода с гибридным шаговым двигателем роботизированной платформы / Л. А. Рыбак, Н. Н. Черкашин, А. А. Гунькин, А. В. Чичварин // Современные проблемы науки и образования. 2014. №. 6. С. 334-334.

19. Шмакова Ю. В. Математическое моделирование работы шагового двигателя в системе сканирования рентгенодифракционного прибора // Исследовано в России. 2000. Т. 3. С. 80-80.

20. Novel modeling and damping technique for hybrid stepper motor / K. W. H. Tsui, N. C. Cheung, K. C. W. Yuen // IEEE transactions on industrial electronics. 2008. Vol. 56. №. 1. P. 202-211.