Локк А.С. Управление снарядами (1957) (1242424), страница 133
Текст из файла (страница 133)
в который типичен для кинематическнх элементов в обратной связи систем управления. ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ БОРТОВОГО КОНТУРА [гл. !8 678 18.3. Автопилотный контур Передаточные характеристики четырехкрылого снаряда были получены нами в главе 14. Рис. 18.4 и 18.6 повторяют рис. 14.12 и 14.13; они приведены здесь для удобства читателя. На них показаны передаточные функции от отклонения руля к углу тангажа +Л7 3 Ь о чь -ы о ь Ъ ~ ~— ЖР" р ОР1 Д1 1 1Р чосяово 1оодусИ/ Рлс.
18.4. Отклик угла тангажа 0 иа отклонение руля ал. и углу наклона траектории. Наклон — 1 асимптотической характеристики для угла наклона траектории означает, что скорость вращения касательной к траектории пропорциональна отклонению руля. Желательно, чтобы эта пропорциональность сохранялась во всей полосе частот, которая используется в бортовом контуре управления. С этой целью следует корпус снаряда замкнуть обратной связью в виде автопилота. С точки зрения передаточной функции автопилот есть просто приспособление, которое измеряет угол тангажа или 18.3) Азтопилотный ковтун угол наклона траектории, и при помощи результатов этого измерения модифицирует вход рулевых машинок так„ чтобы получить более выгодное соотношение междуоткликом (изменением угла наклона траектории) и входным управляющим сигналом.
/// / '/аоп /л/а /Л///7/ген/ Рис. 18.5. Отклик угла наклона траектории т на отклонение руля Ьи. На рис. 18.6 представлено устройство типичного автопилотного контура. Управляющая команда системы управления подводится к рулевой машинке. Поведение снаряда по тангажу измеряется прецессионным гироскопом, который представляет собой элемент обратной связи; его выход используется для модификации управляющей команды, подведенной к рулевой машинке.
Угол наклона траектории есть вход кинематического элемента; этот угол особенно важен для анализа работы системы управления. ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ БОРТОВОГО КОНТУРА (гл. 18 Угол тангажа 0 определяет ориентацию снаряда в пространстве. Разность этих углов есть угол атаки снаряда, т. е. угол, под которым поток воздуха набегает на снаряд.
До тех пор пока частота колебаний такова, что разность между углом тангажа 0 и углом наклона траектории у невелика, стабилизация колебаний по одному углу означает стабилизацию и по другому '). Без измерения угла атаки автопилот не может воздействовать непосредственно на колебания угла наклона траектории. Поскольку угол 0 в пределах используемых частот приблизительно равен углу (, мы получаем удовлетворительное решение и при помощи описанного только что косвенного управления (по углу тангажа). Рис.
18.0. Автопнлотный контур. Для принятых нами характеристик корпуса снаряда на самых низких частотах (ниже 0,4 рад/сек) фактически не существует никакой разницы между выходом по углу тангажа и выходом по углу наклона траектории. Это означает, что угол атаки на низких частотах пренебрежимо мал. Используя уравнения (14.14) и (14.19), мы получим: (18.6) Уравнение (18.6) дает передаточную функцию от угла танганса к углу наклона траектории. Эта передаточная функция показана в виде отдельного элемента на рис. 18.2.
На рис. 18.7 представлены амплитудная и фазовая частотные характеристики для выражения (18.6). Из них видно, что между частотами шв = 0,45 рад1сек и частотой, Г1 соответствующей р —, т. е. 2,5 рад/сек, имеется отрицательный сдвиг фазы. Этот сдвиг фазы затрудняет стабилизацию контура управления на частотах выше 0,8 рад1сек. Поэтому нерационально в) Напомним, что в линейной системе со многими степенями свободы устойчивость или неустойчивость могут существовать только для всех коордииат сразу, в данном случае совершенно независимо от величины угла атаки.
(РПрим. перев.) 18. 3) АВТОПИЛОТНЫй КОНТУР 881 пытаться проектировать автопилотный контур на частоты выше 2 рад/сек. Фактор, ограничивающий возможность стабилизации авто- пилотного контура при выбранных нами характеристиках корпуса снаряда, находится вне самого контура; это в кинематика принятого метода управления. Прецесс ионный гироскоп автопилота. Таким образом, полоса автопилотного контура в разомкнутом состоянии будет 2 рад/сел.
Прецессионный гироскоп не должен давать заметного +дт ~ -ур ь йт т Час злата дтаРсеМ Рис. 18.7. Отклик угла наклона траектории Т на угол тангажа З. сдвига фазы на этой частоте. Чтобы удовлетворить этому требованию, прецессионный гироскоп должен иметь коэффициент затухания (отношение постоянной затухания к ее критическому значению) приблизительно 0,6 и резонансную частоту, по крайней мере, на одну декаду выше рабочей частоты системы. Таким образом, резонансная частота прецессионного гироскопа должна быть выше 20 рад/сеи. Сведения о прецессионных гироскопах, коэффициентах затухания и соответ. ствующих фазовых характеристиках приведены в главе 9.
На ирак. тике не представляет затруднений получить прецессионный гироскоп с резонансной частотой 30 рад/сек и выше. На рис. 18.8 приведены ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ БОРТОВОГО КОНТУРА [гл. !8 682 амплитудная и фазовая характеристики корпуса снаряда совместно с прецессионным гироскопом; при этом использованы характеристики, приведенные на рис. 18.5.
Мы видим, что включение прецессионного гироскопа в обратную связь автопилотного контура сохраняет наклон асимптотической характеристики — 1 вплоть до сопрягающей частоты, "Ы ъъ ъ" цъ ,ф д/ Чоалюял [лаЬсеЦ Рис. !8.8. Отклик угла тангажа на входной сигнал автопилота. установленной нами в 2 рад/сек. На частотах, больших чем 2 рад/сел, характеристика имеет наклон — 2. Таким образом, эта характеристика отличается от характеристики одного корпуса снаряда тем, что члены, вызывающие резонанс, больше не участвуют в образовании выхода.
На низких частотах исключены фугоидные колебания. На высоких частотах, где усиление автопнлотного контура невелико, выходы одного корпуса и корпуса вместе с гироскопом сходны между собой. Таким образом, на всех используемых частотах характеристика автопилотного контура есть характеристика простого интегрирующего звена. Поэтому угловую скорость тангажа можно считать пропорциональной входному управляющему сигналу, лйтопйлотный колитта 683 Характеристику для зависимости угла наклона траектории от входного управляющего сигнала можно получить, используя уравнение (18.6) и рис. 18.8. Эта характеристика приведена на рис.
18.9, из которого видно, что на входной частоте в 2 род(сел равность фаз между входным сигналом автопилота и углом наклона траектории составляет 170'. ~Л~ ф ъ У Ъ ч дш Р,х У ул т1лглтопа Ртлйулллу Рис. 18.9. Отклик угла наклона траектории на входной сигнал автопилота. Рулевой контур.
Контур рулевого привода показан на рис. 18.10. Главное требование к полосе привода состоит в том, чтобы он хорошо пропускал все частоты автопилотного контура и не вносил нежелательных искажений. Входной управляющий сигнал усиливается в усилителе Кт. Выход усилителя приводит в действие рулевую машинку, которая поворачивает руль.
Отклонение руля измеряется потенциометром; результат етого измерения образует сигнал обратной связи, который после прохождения через компенсационную цепь смешивается со входным управляющим сигналом. Характеристика компенсационной цепи в обратной связи должна быть ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ БОРТОВОГО КОНТУРА 1гл. 18 такова, чтобы в усилителе появлялся центрирующий сигнал, т.
е. всякий раз, когда нет управляющего сигнала, руль занимал нейтраль- Руле РулИпй пеепепааепеепр Рнс. 18.10. Рулевой контур. ное положение. Это осуществляется пропусканием сигнала в цепи обратной связи через сопротивления ес, и Рх. Сопрягающие частоты ф ~уу м ч ф ,~ф апепуп7ею' рулерей аеппгур у ьи ъъ -уу ~~ -lуу гс l lу пасепеепа 1рау~сеЦ Рнс.
18.! 1. Частотные характеристики компенсирующей цепи и замкну- того рулевого контура. корректирующей цепи выбираются равными 2 рад!сек и 20 рад(сел. Передаточная функция цепи есть кОнтуР систвмы уптАВлиния На низких частотах эта цепь дает усиление; выбор сопрягающих частот ограничивает прохождение сигналов более высоких частот. Поэтому рулевой контур имеет достаточное усиление на низких частотах и не подвержен влиянию высокочастотных шумов. Полная характеристика рулевого контура приведена на рис.
18.11. Частота среза подбирается равной 20 рад/сск путем изменения усиления управляющего усилителя Кы Такой рулевой привод дает малый сдвиг фазы на частоте среза автопилотного контура; его передаточная функция не будет изменять характеристик автопилот- ного контура на всей его рабочей полосе. При окончательной регулировке рулевого привода может появиться потребность в некотором уменьшении полосы с целью экономии энергии. Слишком широкая полоса будет вызывать отклик руля на сигналы со слишком широким спектром, вследствие чего энергия будет расходоваться напрасно. Отклик автопилотного контура следует проверить при окончательном моделировании системы и ввести необходимые поправки в параметры контура.
18.4. Контур системы управления при движении снаряда в вертикальной плоскости Угловая ошибка самонаведения е вызывает сигнал ошибки в виде напряжения, которое подводится к автопилотному контуру, вследствие чего угол тангажа изменяется. Угол тангажа влияет двумя путями на угловую ошибку самонаведения, измеренную антенной: а) поскольку антенна жестко связана со снарядом, изменение угла тангажа непосредственно изменяет угловую ошибку самонаведения и б) угол тангажа вызывает появление проиаводной з.
Сумма этих величин представляет собой входное напряжение автопилотного контура, передаточные характеристики которого рассматривались в предыдущем параграфе. Выше было показано, что кинематический элемент, входящий в контур системы управления, имеет передаточные характеристики, зависящие от расстояния между снарядом и целью. На больших расстояниях кинематический эффект состоит в очень медленном изменении направления снаряд — цель. По мере уменьшения расстояния, как это имеет место перед попаданием, влияние кинематического элемента на контур системы управления становится все сильнее; коэффициент усиления элемента растет, и системе управления становится все труднее следовать за изменением фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
