Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведен анализ подходов к моделированию электромеханических рулевых приводов. Разработана математическая модель электромеханического рулевого привода. Разработаны схемы электрические принципиальные устройства управления и силового преобразователя электромеханического рулевого привода. Выбраны и приобретены комплектующие прототипа электромеханического рулевого привода и нагружающего устройства. Спроектирован исследовательский стенд, включающий в себя прототип электромеханического рулевого привода на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами на роторе и оснащенный инкрементальным датчиком угла поворота ротора, датчиком усилия и линейного перемещения выходного звена. Электрогидравлическое нагружающее устройство реализовано по принципу электрогидростатического привода, состоящего из двустороннего гидроцилиндра, обратимого аксиально-поршневого насоса, приводимого в действие синхронным двигателем с постоянными магнитами. Гидравлические линии снабжены регулируемым предохранительным клапаном двустороннего действия и относительными датчиками давления для измерения перепада давления. Конструкция приводной части электрогидравлического нагружающего устройства предусматривает возможность исследования алгоритмов управления скоростью синхронного электродвигателя с постоянными магнитами путем замены гидравлического насоса на указанный двигатель. Конструктивное исполнение прототипа электромеханического стенда предусматривает возможность установки вращающегося датчика момента между электродвигателем и редуктором, преобразующим вращательное движение в поступательное. Приобретение указанного датчика предусмотрено в смете запрашиваемого финансирования на второй год реализации проекта. Проведена идентификация параметров прототипа электромеханического рулевого привода и параметризация математической модели. Макетирование конструкции и моделирование процессов синхронного двигателя с постоянными магнитами позволило заключить, что быстродействие электромеханического рулевого привода требует быстродействия в нагружении, которое приведет к учету не только влияния нежесткости крепления цилиндра (поршня) нагружающего устройства, но и сжимаемости жидкости и как следствие упругой связи в трансмиссии стенда от двигателя к нагрузке, а не только трения и сопротивления. Последнее предполагает использование дополнительного контура с адаптивным регулятором с целью улучшения управляемости привода по положению, что обеспечивается использованием оптического датчика положения. Выполненное проектирование позволило сделать заключение о целесообразности включения в состав стенда датчика усилия, что обусловлено необходимостью расширения состава переменных состояния для формирования контуров управления по усилию для увеличения стабильности работы в условиях нежесткости, а также введения задач диагностирования корректности работы стенда. Наличие датчиков давления в полостях гидроцилиндра нагружения позволит расширить диагностическую платформу общего представления о корректности работы с учетом оценки явлений деградации узлов и конструкций механических частей трансмиссии. Для введения компонентов прогнозирования в процесс исследования предполагается идентификация моментов и сил в различных точках механической трансмиссии, где для лучшей аргументации полученных выводов необходимо прямое измерение момента с помощью датчика момента. Проведена идентификация параметров прототипа электромеханического привода и исследование математической модели с помощью компьютерного моделирования. Уточнена математическая модель с учетом экспериментальных данных. Выявлено, что при применении статической модели трения важно уделять внимание области линеаризации. При сужении области линеаризации можно столкнуться с невозможностью вычисления значений, при расширении трение не будет оказывать значительного влияния на систему. Применение динамической модели трения позволяет подробно исследовать влияние трения, поскольку помимо учета эффекта Штрибека, оно описывает вязкое трение, жесткость трения, демпфирование и так далее. По результатам исследования можно заключить, что при отсутствии необходимости в достаточно большой точности оценки трения, актуальнее использовать статическую модель трения в следствии простоты ее реализации и меньшего количества вычислений. Учет оценки влияния трения позволил проанализировать эффективность разработанных адаптивных регуляторов в контуре скорости. Применение адаптивных контуров управления, помимо достижения необходимых показателей качества, позволяют улучшить электропривод и защитить его от перенапряжений, расширить область регулирования, устойчивости к внешним воздействиям на систему. Предварительные исследования системы с модальным и адаптивным регулятором с параметрической настройкой указанным свойством не обладают. В результате разработан адаптивный регулятор, оптимизирующий нелинейную электромеханическую характеристику синхронного двигателя с постоянными магнитами одновременно улучшающий качество переходных процессов при учете действия нелинейных сил трения. РЕЗУЛЬТАТЫ Разработанный адаптивный регулятор оптимизации токовых электромагнитных процессов позволил обеспечить требования к скоростным характеристикам электропривода, а также обеспечить инвариантность к влиянию нелинейных характеристик системы. При формализации управления система разделена на быструю и медленные части, что позволило сформировать регулятор. Регулятор в целом улучшил медленные компоненты в быстрой подсистеме. При формировании управления произошло структурное разделение системы на части с разными темпами. Не формализуя структурные взаимодействия определено более эффективное управление медленной части системы, что было подтверждено исследованиями различных алгоритмов формирования сил трения и в подавлении их влияния, т.е. обеспечении устойчивости системы при срывном характере процессов трения. Результаты моделирования позволили обосновать эффективность предлагаемого подхода в части определения закона управления по медленной части, которая не вносит возмущающих воздействий в нелинейный характер электромагнитных процессов, определяющих быстрые компоненты системы. Произведена детализации элементной базы для реализации предложенных алгоритмов. С опубликованными результатами можно ознакомится по ссылкам: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48180247 https://link.springer.com/article/10.3103/S1068371222030105

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Разработана математическая модель следящей системы с электромеханическим приводом с СДПМ, содержащей нелинейное трение, зазоры и нежесткости соединения механической трансмиссии. Разработана математическая модель многоканальной системы, включающая следящий электромеханический привод и электрогидравлический привод, совместно нагруженные общим органом рулевой поверхности самолета. Разработан сигнальный адаптивный алгоритм с эталонной моделью контура позиционирования рулевого электромеханического привода с СДПМ с нелинейными упругими связями и зазором, расширяющим диапазон регулирования в области малых управляющих сигналов. Создан макет исследовательского стенда, включающий электромеханический привод с электрогидравлическим приводом нагружения с цифровой системой управления, обеспечивающей реализацию разработанных адаптивных алгоритмов. Разработаны алгоритмы адаптивной синхронизации системы многоканального рулевого привода рулевого органа с выравниванием сил взаимного нагружения. Произведено внедрение разработанных алгоритмов в методологию построения управления рулевыми приводами и в системы управления электромеханическими поворотными стендами.