Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Авиационные системы радиоуправления. Том 2 (2003) (1151998), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Принципы функционирования пролонгатора в вертикальной и горизонтальной плоскостях аналогичны. Поэтому работа пролонгатора излагается ниже применительно к вертикальной плоскости, в которой в процессе наведения ракеты наиболее интенсивно изменяется угол визирования. В пролонгаторах используется априорное знание закона изменения угла визирования г В) во времени.
Для ракет воздух-поверхность, наводящихся на неподвижные или малоподвижные цели„обычно берется полиномиальная модель входного воздействия. В силу этого считает- 233 ся, что угол визирования цели в вертикальной плоскости изменяется по закону !1 н,(1) =,~,А;1', (1 =1,и), нн где А; — случайные величины, зависящие от условий применения; ив степень аппроксимирующего полинома. В простейшем случае закон изменения а„(1) описывается временным полиномом первой степени от 1 е„(1)=аа.~-взад (! 1.14) где еа и оза — начальные значения угла и угловой скорости линии визирования в момент времени 1=0.
Принцип совместной работы следящей системы угломера и пролонгатора заключается в том, чтобы в процессе автосапровождения сигналов цели головкой оценить параметры закона изменения угла е„(1), а при пропадании сигналов цели сформировать экстраполированное (прогнозируемое) значение а„(1) угла е„(1). Значение а„(1) используется при потере РГС сигналов цели для совмещения оси антенны с направлением линии визирования, которая изменяет свое угловое положение в пространстве по мере сближения ракеты с целью.
Основным показателем качества работы угломера с пролонгатором является время памяти РГС. Рассмотрим работу угломера пассивной РГС. На рис. 11.12 показано взаимное положение ракеты и цели при наведении в вертикальной плоскости. Здесь введены следующие обозначения: УвОрХе — прямоугольная невращающаяся система координат, связанная с центром масс Ор ракеты; О„Х вЂ” продольная ось ракеты; е„ вЂ” угол линии визирования; у„— пеленг цели в вертикальной плоскости; д — угол тангажа. Рис. 11.12 234 С учетом принятых правил отсчета углов, выражение для угла а„«) можно записать в виде а.«)=р.«)3«) Изменение угла а,(1) во времени 1 обусловлено взаимным перемещением ракеты и цели и происходит сравнительно медленно по сравнению с изменением угла тангажа. Структурная схема угломера пассивной РГС представлена на рис.
11.13, на котором изображены следящее угломерное устройство с позиционной коррекцией и силовой стабилизацией, гироскоп, измеряющий угол тангажа д«), и пролонгатор, содержащий два интегратора и форсирующее звено в качестве корректирующей цепи. в суг Рис. 11.13 Угломер работает в двух режимах: сопровождения и памяти (пролонгации), функционирование которых происходит последовательно. В режиме сопровождения сигналов, поступающих от радиоизлучающей цели, ключи Кл1 и Кл3 замкнуты, а ключ Кл2 разомкнут.
При отклонении цели от оси антенны пеленгатор вырабатывает сигналы, под действием которых ось антенны совмещается с линией визирования (направлением на цель). Для этого выходные сигналы пеленгатора усиливаются в усилителе мощности УМ~ и далее подаются на вход гиростабилизатора. В установившемся режиме сигнал на входе гиростабилизатора ц„пропорционален угловой скорости линии визирования. Угловое положение гиростабилизатора характеризуется углом а„, в идеальном случае совпадающим с углом а,. Выходные сигналы ДУП и усили- 235 тела мощности УМз поступают в СУР, где используются для выработки сигналов траекторного управления ракетой, например, по методу последовательных упреждений (7.51).
При суммировании измеренных значений углов пеленга р„„и тангажа д„, снимаемых соответственно с ДУП и гироскопа, образуется измеренное значение угла визирования а,„(1), совпадающее с точностью до ошибок измерения углов пеленга и тангажа с истинным значением угла а,(!).
С сумматора значение а„,(!) поступает на вход пролонгатора, представляющего собой следящую систему с астатизмом второго порядка. В качестве устройства стабилизации, обеспечивающего структурную устойчивость пролонгатора, используется форсирующее корректирующее звено. На выходе пролонгатора, отрабатывающего входное воздействие а„„(!), формируется выходной сигнал е„(!). Так как пролонгатор имеет астатнзм второго порядка, то он обладает памятью входной величины и ее первой производной, что и используется в режиме памяти (пролонгацни).
Если входное воздействие изменяется с постоянной скоростью (11.14), то в установившемся режиме динамическая ошибка равна нулю и выходной сигнал а,(!) равен входному а„,(!). Если а„„(!) изменяется с постоянным ускорением, то в установившемся режиме будет иметь место динамическая ошибка по ускорению тамг= 03о/ к, где к„ вЂ” коэффициент передачи пролонгатора по ускорению, равный произведению коэффициентов передачи первого и второго интеграторов и корректирующего звена;озо — угловое ускорение линии визирования в момент времени 1=О.
В случае потери сигналов цели в РГС угломер переходит в режим памяти, при этом ключи Кл! и КлЗ размыкаются, ключ Кл2 замыкается и вход первого интегратора обнуляется. Пролонгатор, запоминая входную величину и ее первую производную в момент прекращения автосопровождения сигнала цели, будет продолжать выдавать сигнал по закону к„(1) =к„(т)+Й„(т)(1 — т) (11.!5) где т — момент пропадания сигналов цели; а„(т) и е„(т) — значения угла и угловой скорости линии визирования в пролонгаторе в момент времени т.
В режиме памяти задающим воздействием для угломера является угол е„, значение которого должно теперь отслеживаться антенной. На гиростабилизатор поступает сигнал, равный разности между углом а„(!), выдаваемым пролонгатором, и углом а„„(1), поступающим с сумматора. В результате гиростабилизатор поворачивает антенну таким образом, чтобы разность углов (а„(!)-а„,(!)) стремилась к нулю. При этом ось ан- 236 тенны продолжает «следить» за вычисляемым (экстраполируемым) значением линии визирования ракета-цель. В результате ось антенны совпадает с прогнозируемым положением линии визирования, которое в значительной степени адаптировано к конкретным условиям пуска и полета ракеты. С ДУП и со входа гиростабилизатора сигналы поступают в СУР для управления ракетой. Входной сигнал гиростабилизатора в установившемся режиме пропорционален прогнозируемому значению угловой скорости линии визирования.
Характерной особенностью данной схемы угломера в режиме памяти является компенсация ошибок гироскопа в случае, если они постоянны или нарастают по 9 Э~, линейному закону. Покажем справедливость данного ут- <Ря 6 верждения. Для этого рас- Р смотрим структурную схему угломера в режиме памяти при совместной работе гиро- Рис. 11.14 стабилизатора и пролонгатора (рис. 11.14). Для простоты в качестве математической модели гиростабилизатора используется интегрирующее звено с коэффициентом передачи К„,. Если ошибку Ьд„(1) гироскопа можно аппроксимировать поли- номом первой степени от й то пролонгатор в режиме сопровождения отрабатывает ее без искажений. Следовательно, выходной сигнал пролонгатора в установившемся режиме можно представить в виде: (11.16) где е„еаа(1) — выходной сигнал пролонгатора при пренебрежении ошибками измерения угла тангажа.
При переходе РГС из режима сопровождения в режим памяти пролонгатор выдает сигнал е„(1), равный сумме экстраполированного положения е„аьа(1) угла линии визирования и оценки Ьд„(1) прогнозируемой ошибки гироскопа. Из структурной схемы (рис. 11.14) видно, что в режиме памяти при формировании сигнала управления гиростабилизатором (е„(1)-е„„(1)) ошибка гироскопа вычитается из отслеженной пролонгатором ошибки гироскопа. Отсюда следует, что ошибка гироскопа не влияет на значения пеленга и угловой скорости линии визирования, поступающих из угломера в режиме памяти в СУР ракеты. Зтот вывод можно получить и строго математическим путем. Действительно, так как следящая система линейная и, следовательно, справедлив принцип суперпозиции, то на основании рис. 11.14 можно записать выражение для измеренного значения пеленга в режиме памяти 237 р (! 1.17) тр+1 " тр+! " Тр+1 где р — символ дифференцирования, а Т=!/к — постоянная времени следящей системы угломера в реясиме памяти.
В !11.17) первое слагаемое обусловлено выходным сигналом пролонгатора, второе — сигналом с гироскопа, а третье — углом тангажа. Подставляя в !1 !.17) значения угла (11.16) и измеренное значение угла тангажа д„В)=д(с)+Ад„(!), получим Фнн = (аибьд+~Ф~) ~б+М~) б= аиьд Р тр+1 " " тр+1 " тр+1 Тр+ ! " (11.!8) Таким образом, если в режиме сопровождения постоянная или нарастающая по линейному закону ошибка гироскопа отслеживалась пролонгатором без ошибок, то в режиме памяти ошибка гироскопа компенсируется. Аналогичные соотношения можно получить и для угловой скорости линии визирования. С появлением сигналов цели угломер переходит в режим сопровождения.
Выше был рассмотрен случай изменения угла а„!!) во времени по линейному закону. Однако этот угол может изменяться по закону, который описывается полиномом второй степени от и В этом случае в режиме сопровождения будет иметь место динамическая ошибка при формировании пролонгатором угла а„. Кроме того, отсутствие в системе с двумя интеграторами памяти по ускорению приведет к тому, что в режиме памяти разность между значением угла а„и истинным значением а, угла визирования будет нарастать и цель может выйти из основного лепестка диаграммы направленности антенны РГС.
Время памяти будет в этом случае небольшим. Возможны различные варианты устранения данного недостатка. В частности, в режиме памяти целесообразно на вход первого интегратора пролонгатора подавать сигнал программного углового ускорения, зависящего от дальности до цели, высоты полета и других факторов и в идеале равного истинному значению угловогоускорения угла визирования г„. 11.5. КВАЗИОПТИМАЛЬНЫЙ УГЛОМЕР ДЛЯ СОПРОВОЖДЕНИЯ ИНТЕНСИВНО МАПЕВРИРУ1ОЩИХ ЦЕЛЕЙ Появление на вооружении ряда стран сверхманевренных самолетов !9, 11, 29, 30) предъявляет существенно более высокие требования к 238 точности, быстродействию и устойчивости сопровождения целей следящими угломерами.
Однако принципы функционирования рассмотренных угломерных устройств, основанные на формировании оценок углов и угловых скоростей ЛВ в одном контуре, в котором одновременно решаются и задачи сопровождения цели антенной, не позволяют одновременно улучшить все перечисленные показатели (см. 910.6). Кроме того, с помощью традиционных угломеров нельзя сформировать оценки поперечных ускорений цели„необходимые для реализации алгоритмов траекторного управления (7.67), (7.68). И более того, для угломеров с механическим приводом антенн весьма актуален вопрос экономии энергетических затрат на управление.
При синтезе РЭССН, в которых можно существенно снизить отмеченные недостатки, перспективно использование алгоритмов СТОУ, на основе которых можно синтезировать многоконтурные системы, совместно наилучшие как по точности и быстродействию, так и по устойчивости и экономичности сопровождения. Рассмотрим пример синтеза угломера, предназначенного для информационного обеспечения процесса наведения на интенсивно маневрирующую воздушную цель, при следующих допущениях: угломер входит в состав БРЛС истребителя, вооруженного ракетами «в — в» с АРГС, причем и самолет, и ракеты используют алгоритм траекторного управления (7.67), (7.68); в составе БРЛС имеется измеритель (см. п. 10.6.1), формирующий достаточно точные оценки дальности Д н скорости сближения Д с интенсивно маневрирующей целью; каналы угломера не влияют друг на друга и решают идентичные задачи, в связи с этим ниже будет рассматриваться синтез угломерного канала только в вертикальной плоскости; в качестве чувствительного элемента используется моноимпульсный пеленгатор с суммарно-разностной обработкой сигналов; в состав привода антенны входят инерционный усилитель мощности и электродвигатель, в совокупности аппроксимируемые передаточной функцией )У„„(р) = Ыр(тр+1); (! 1.19) датчиками корректирующих сигналов являются позиционный гироскоп н акселеромегр, нзмерякпций нормальное ускорение ЛА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
