Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 174
Текст из файла (страница 174)
В беспилотных средствах конструктивное выделение автопилота необязательно. На основе получаемой информации автопилоты противодействуют нежечательным икчененияч ориентации объектов, обеспечивая атксанения управчяюгцих органов под воздействием их выходных сигналов. Наряду с инерциальными датчиками автопилоты включают силовые приводы и другие элементы управления. 23.9 7. Инерциальные датчики автопилотов Делятся на датчики угловых отклонений (ДУО), угловых скоростей (ДУС) и линейных ускорений (ДЛУ).
Датчики угловых отклонений (ДУО). В качестве ДУО па лурсу и танганжу применяют позиционные гироскопы, аналогичные рис. 3.6, ось вращения ротора гироскопа ориентируют вдоль оси ракеты. В качестве ДУО па крену ставят гироскоп с осью вращения ротора, располагаемой в плоскости, поперечной к оси ракеты. Перспективны лазерные гироскопы (рис. 3.7). Датчики угловьп скоростей (ДУС). В качестве ДУС используют дечпфируюгцие (дифференцируюгцие) гироскопы, иначе гираттаметры.
Ось ротора РТ гироскопа, вращающегося с большой угловой скоростью, закреплена в рамке РМ (рис. 23.17,а). К(г) К(г ~ уг) а) б) Рис. 23.17 Ось рамки, способная поворачиваться относительно корпуса датчика, удерживается вблизи нейтрального положения пружинами ПР. По их деформации, оцениваемой потенциометром, находят угловую скорость ыю Действительно, пусть вектор момента количества движения ротора равен К = (вот й, где .Уоот — его момент инерции, а Π— вектор угловой скорости.
При появлении угловой скорости корпуса датчика со„и жестких пружинах он поворачивается (рис. 23.17,6) за время бг на угол го„гзг. Поскольку ах «(г, абсолютное значение вектора К не изменяется, но за время Ьг возникает его приращение ЬК (рис. 23.17,6), пропорциональное угловой скорости сою при этом )ЬК! )К)сонг и )ЛСс(г)=)К(со„ Момент сил, развиваемых пружинами, по теореме о моменте количества движения составит М= ЛСдг. Деформация пружин, пропорциональная М, а значит и ы„, фиксируется потенциометром. Датчики линейньп ускорений (ДЛУ). Эти датчики (акселерометры, рис.
3.8) уже рассматривались в разд. 33.!. Измеряя поперечные ускорения в горизонтальной плоскости при стабилизированном крене, можно оценивать в силу (23.77) угол скольжения у. 23.9.2. Силовые приводы органов управления Управляют рулями и элеронами, используя электрическую, гидравлическую или пневматическую энергию. Электрический силовой привод. Включает двигатель, редуктор, элементы обратной связи вала со входом привода. Обратную связь по углу отклонения вала создают с помощью патенциачетра, а по угловой скорости вала — с помощью тахагенератара. Передаточная функция (характеристика) силового привода с разомкнутой обратной связью Кр (р) = ! ~ Теор соответствует интегрирующему звену. Замыкание цепи отрицательной обратной связи с передаточной функцией Ко,(р) преобразует передаточную функцию Ко(р) разомкнутой системы в передаточную функцию зачкнутай Кз(р) = Кр(р)! [! ь Кр(р) Кос(р) ) (23 79) В частном случае, охват привода безынерционной отрицательной обратной связью по углу поворота вала Кос(р) = Кос сводит привод к инерционному звену Кз(Р) = !яК«с(1 + Тзр) Тз = Тот~(кос.
Сочетание обратных связей па углу и угловой скорости поворота вача Ко,(р) = К! + Кзр обеспечивает ускорение управления при демпфировании паразитных колебаний. Ссоавые приводы становятся безынерционными и устайчивычи даже в условиях маневра. 23.9.3. Принципы управления ракетой Отличаются составом используемых датчиков и выбором параметров упри«сепия. Управление курсом на основе датчиков лннейньп ускорений ДЛУ и угловьп скоростей ДУС, связанных с осью ракеты. Выделенная штриховой линией динамическая модель без автопилота (рис.
23.18,а) связывает углы у, у, )), поперечное линейное ускорение а„ 389 (Ул„у 1 13 Р 2 о>лр г) Рис. 23.18 Цо Но Рис. 23.19 ч соз(3„м ч, чц соз)3ц м чц Ь«р уозьр, 2 390 и угловую скорость оси ракеты и с углом отклонения курсового руля 8. По сравнению с моделью рис. 23.15, она дополнена безынерционным звеном (23.77) пересчета у в ап и звеном пересчета у в гь Элементы вне выделенной части относятся к автопилоту. На безынерционный силовой привод курсового руля с передаточным коэффициентом К,„поступает взвешенная сумма напряжений внешнего управления (! и отрицат«льнай обратной связи по углу скольжения у и по угловой скорости и = д(у + 0)!се Передаточную функцию замкнутой системы можно найти аналогично (23.79) при Кос(р) = Ьдлу чуТ„+ Ьдус р(1 +1уТч р), Кр(Р)=К«пЬо!(р»2аор» озо).
г Замыкание цепи обратной связи (23.79) сводит динамическую модель управления углом скольжения у к колебательному звену с параметрами гоьр, Ььр, 4~. Чтобы обеспечить приемлемые быстродействие и устойчивость управлении углалз скольжения у одновременно повышают: ° озьр увеличивая Ьдлу ° дьр увеличивая Ьдус. Колебательное звено переходит тогда в безынерционное (рис. 23.18,б) с передаточным коэффициентом где коэффициент Ь,р пропорционален Коо что позволяет пренебрегать установлением угла скольжения у. Управление курсом с дополнительным датчиком угловых отклонений ДУО.
Чтобы повысить точность управления углом б, вводят обратную связь по углу у = ~3 « у. Для этого в состав автопилота рис. 23.18,а,б включают ДУО (рис. 23.18,в). Обратная связь по углу цг с передаточной характеристикой Ко,(р) = Ьдуо(1 + )УТчр) сводит систему к апериадическому звену (рис. 23.18,г) с некоторой постоянной времени Тж. Точность отработки угла 13 повышается. Управление ракетой по тангажу и крену.
Аналогично управлению по курсу. 23.10. Звенья и контуры самонаведения Наряду со звеном «автопилот-ракета», модель замкнутого контура управления включает модели кин«иатическага звена и лакацианнай головки самонаведения. 23.10.1. Модель кинематического звена Назначение. Модель выявляет взаимосвязь кинематики движения наводимого объекта (ракеты) и объекта наведения (цели), описываемую нелинейными дифференциальными или разностными уравнениями. Для дагонных и встречных курсов объектов уравнения линеаризуются. Наведение в горизонтальной плоскости «вдогон».
Начальная НоЦо и текущая НЦ линии визирования (рис. 23.19) соединяют положения наводимого объекта и цели в моменты времени го и г. Углы ориентации векторов скорости б„„ 13«, образованные с неподвижной прямой НоБл векторами скоростей наводимого объекта ч и цели чц, малы. Кинематика наведении.
Составляющие скорости вдоль прямой НЦ и в поперечном ей направлении: ч Яп 13н ч(3н чц зш 13ц ч«13ц. При ч > чц наводимый объект догоняет цель в момент времени гд. В поперечном НоЦо направлении пройденные им и целью пути обычно неодинаковы. Разность их !ц(гл) — !(гц) = Ы(гл) характеризует конечный поперечный промах. Он образован из твлуи!их поперечных промахав !ц(г) — !(1) = Ы(г), го < ! < гл, линейно связанных с Углами визиРованиЯ цели 13цн = 13« — 13„ Задача кннематнческого звена.
Сводится к описанию связей величин (3, 1, 13ц, 1„, бцп. Связи определяются уравнениями чб гуг = г(1, чц13« гуг = д!ц, 13цп = (! — !и)/г, (23.80) где г = гц„- расстояние «наводимый объект — цель». Модель кинематиче(Зц У !ц,' !з! 1 13цн ского звена. Соответстц кует (23.80) и изображена — ! на рис. 23.20. На вход мо- )3' Ч дели воздействует преоб- 3 разование по Лапласу 1 случайной функции вреРис.
23.20 мени бц = 13ц(г), подлежа- щей «отработке». Укороченное изображение кинематического звена. Показано справа от вертикальной штриховой линии (рис. 23.20). Связывает параметры 1), 1ц, (г(, рцн (без 1)ц). На вход звена поступает преобразованное интегрированное (накопленное) случайное воздействие !ц = !ц(Г), имеющее в операторной форме вид (ц = (ц(р) = чцбц/р, где 1)ц = г)ц(р) — преобразование по лапласу 1)ц(г).
23.10.2. Локеционнея головке семонееедения Выдает информацию, необходимую для наведения. Информация аб угловых скоростях вращения линии визированзпз !6)цн/!(/ в горизонтальной и !(11'цн/!(( вертикальной плоскостях обеспечивает реализацию метода пропорционального сближения (см. Разд. 5.6.7), Конструкции ГСН основаны на принципах полуактивной и пассивной радио-, оптической или акустической локации. Используются как ГСН, связанные с осью ракеты, так и ГСН, ориенгируемые в направлении вектора скорости ч. ГСН, связанная с продольной осью ракеты. При наведении в горизонтальной плоскости (рис.
23.21,а) непосредственно может оцениваться угол между линией визирования цели н продольной осью ракеты 9=9„„-~р. (23.81) Дифференцируя (23.81), можно перейти к г(бин!г(г = !((9+ зу)/!(г = г(9(г(г е т1, (23.82) что требует дифференцирования угловых оценок, которое реализуется различным образом. Дифференцирование угла в силовом приводе управления положением антенны и скоростная коррекция. В привод с передаточной характеристикой Кр(р) = К,„(рис. 23.21,6) вводится цепь интегрирующей отрицательной обратной связи Кос(р) = 1/Теор Передаточная характеристика замкнутого контура Кз(р) =Теор/(1 ~(То,/Коп)Р) для длительных по сравнению с Тое/К,„переходных процессов соответствует дифферепцируюи(ему звену Кз(Р) = Тоор = Кгсн Р Это означает, что ГСН уже отрегулирована так, что ее выходной сигнал пропорционален д9Ы/, а не 9.
а) б) Рне. 23.21 Чтобы реализовать операцию (23.82) результат корректируется датчиком угловой скорости (ДУС). При условии Ьдус = Кгсн = Тес после суммирования с выходным напряжением ДУС (скоростной коррекции) вырабатывается выходное напряжение ГСН и = КГСН(р9+ П) = КГСН р Рцн (23 83) 23. 70.3. Замкнутые контуры семонееедения Структура контура самонаведения, рассчитанного на сближение в горизонтальной плоскости, показана на рис. 23.22,а. Контур составлен из описанных выше звеньев. Звено «автопилот-ракета» (рис. 23.18, б,г) полагается практически безынерционным, построенным на основе обратной связи. Кинематические звенья (рис.
23.22), соответствующие наведению «вдогон» или «навстречу», изображены в укороченном виде. На нх общий вход поступает интегральное воздействие 1ц = чцбц/Р. г-"-" Звено вазон!опт-ракета ! ! ! ! ! ! ! ! ! , 'а) ! ! ! ! ! ! ! ,'Кййенапозесксе ' ! звено ! ! ! ! \ /ц !-3 ! ! ! ! ! ! \ ! ГСН !---- е " г ! Звена "авзопюпт.равога" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! , 'б) ! ! ! ! ! ! ! ! !К ,кпнецагнчеокое ! ! ! ! ! ! ! /ц !-Ф ! ! ! ! ! ! ! ! Рне. 23.22 Связь угловых скоростей !63/а!г и г(1)ц»Ы( соответствует пропорциональному сближению (5.1), т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
