Постановка и решение задачи многокритериальной оптимизации автономного электрогидравлического следящего привода с комбинированным регулированием

Результатом стремительного развития электротехнических отраслей промышленности для авиации является постепенный переход к автономным электрогидравлическим приводам, наиболее совершенным из которых на настоящий момент считается электрогидростатический привод. Однако высокие требования к динамическим показателям современных неустойчивых и малоустойчивых самолетов ограничивают внедрение электрогидростатических приводов в промышленность.

Проблема низких динамических показателей решается в гидроприводе с комбинированным регулированием, являющегося развитием электрогидростатического привода. Высокая динамика при комбинированном регулировании достигается за счет применения двойного (дроссельного и электромоторного) регулирования с преобладанием каждого из них в зависимости от величины входного сигнала.

 В связи с малой изученностью привода с комбинированным регулированием предлагается применение метода многокритериальной оптимизации с целью получения оптимальных результатов при его разработке. Это позволит адекватно оценить показатели привода для его сравнения с аналогами, а также обосновать целесообразность проведения дальнейших исследований.

В статье описаны все этапы проведения многокритериальной оптимизации привода с комбинированным регулированием методом ЛП-поиска. Оптимизация ведется с учетом требований, предъявляемым к современным летательным аппаратам. В качестве критериев были взяты три величины, наиболее полно, по мнению авторов, описывающих качество всего привода (энергопотребление привода в «нейтрали», КПД гидравлической части привода в режиме электромоторного регулирования, величина ITAE при отработке приводом малого сигнала). В результате оптимизации был получен фронт Парето в трех координатах, соответствующий эффективным решениям, после чего был найден компромисс между критериями и выбрано оптимальное решение.

Полученное после проведения оптимизации проектное решение привода с комбинированным регулированием удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к современным самолетам и имеет как высокие энергетические показатели, так и высокую динамику. Тем не менее данное исследование следует считать неполным ввиду неучета ряда показателей, среди которых массогабаритные показатели и показатели надежности привода.

1. Селиванов А.М., Алексеенков А.С., Найденов А.В. Перспективы развития автономных электрогидравлических приводов // Известия Тульского гос. ун-та. Техн. науки. 2011. № 5-1. С. 359-364.

2. Adams С. A380: More electric aircraft // Avionics Magazine. 2001. October 1. Режим доступа: http://www.aviationtoday.com/2001/10/01/a380-more-electric-aircraft/ (дата обращения 19.03.2017).

3. Машиностроение: энциклопедия: В 40 т. Раздел IV: Расчет и конструирование машин. Т. IV-2: Электропривод. Гидро- и виброприводы. Кн. 2: Гидро- и виброприводы / Д.Н. Попов, В.К. Асташев, А.Н. Густомясов и др.; под общ. ред. В.К. Асташева, Д.Н. Попова. М.: Машиностроение, 2012. 303 с.

4. Navarro R. Performance of an electro-hydrostatic actuator on the F-18 systems research aircraft. Edwards, CA, USA: NASA, 1997. 33 p.

5. Шумилов И.С. Рулевые приводы с автономным гидропитанием (АРП) для магистральных самолётов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 8. С. 139-161. DOI: 10.7463/0814.0724446

6. Kang Rongjie, Jiao Zongxia, Wang Shaoping, Chen Lisha. Design and simulation of electro-hydrostatic actuator with a built-in power regulator // Chinese J. of Aeronautics. 2009. Vol. 22. Iss. 6. Pp. 700-706. DOI: 10.1016/S1000-9361(08)60161-2

7. McCullough K.R. Design and characterization of a dual electro-hydrostatic actuator: doct. diss. Hamilton, Ontario: McMaster Univ. Publ., 2011. 193 p.

8. Селиванов А.М. Принцип комбинированного регулирования скорости выходного звена гидравлического привода и его современная реализация // Вестник Московского авиационного ин-та. 2011. Т. 18. № 3. С. 147-151.

9. Хомутов В.С. Улучшение статических и динамических характеристик электрогидростатического привода в области малых сигналов управления: дис. … канд. техн. наук. М., 2008. 178 с.

10. Алексеенков А.С. Исследование характеристик и рабочих процессов автономного электрогидравлического рулевого привода с комбинированным регулированием скорости // Современные проблемы науки и образования. Электрон. журн. 2014. № 2. С. 122. Режим доступа: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=12896 (дата обращения 19.03.2017).

11. Селиванов А.М., Алексеенков А.С., Найденов А.В. Оценка области дроссельного регулирования в приводе с комбинированным регулированием скорости выходного звена // Известия Тульского гос. ун-та. Техн. науки. 2011. № 5-1. С. 299-303.

12. Ножнин О.С. Комбинированное регулирование электрогидравлического следящего привода // Молодежный научно-технический вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 5. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/839489.html (дата обращения 19.03.2017).

13. Алексеенков А.С. Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки: дис. … канд. техн. наук. М., 2014. 150 с.

14. Попов Д.Н. Оценка эффективности и оптимальное проектирование гидроприводов // Вестник машиностроения. 1986. № 9. С. 20-23.

15. Боровин Г.К., Попов Д.Н. Многокритериальная оптимизация гидросистем: учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 94 с.

16. Замараев Д.С., Попов Д.Н. Оптимизация электрогидравлического усилителя для следящего привода с дроссельным регулированием // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 12. С. 105-124. С. 105-123 DOI: 10.7463/1213.0637872

17. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. 2-е изд. М.: Дрофа, 2006. 175 с.

18. Карпенко А.П. Современные алгоритмы поисковой оптимизации. Алгоритмы, вдохновленный природой. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 446 с.