Локк А.С. Управление снарядами (1957) (1242424), страница 135
Текст из файла (страница 135)
18.8. Замечания Результаты этой главы получены иа очень элементарных допущений, касающихся как системы управления в целом, так и отдельных ее элементов. Очевидно, что система, рассмотренная в настоящей главе, не может иметь большого практического значения. Однако принципы, на которых в нашем примере основаны математические выкладки, хорошо поясняют принципы, которые должны быть использованы вообще при исследовании требований к полосе пропускания более реальных систем. Мы подчеркнули для ясности, что использование передаточных функций контура системы управления и автопилотного контура основано на допущении, что система находится в установившемся состоянии.
Проделанные нами примеры показывают тип и объем сведений, которые необходимо использовать на начальной стадии проектирования системы управления. На практике, как только выбран метод управления и определены главные частотные характеристики всех элементов системы управления, анализ работы системы продолжается с помощью моделирующих установок. При моделировании входные параметры системы (такие, как высота и дальность цели, скорость снаряда и цели и т. п.) можно варьировать в широких пределах; при этом исследуется устойчивость системы с учетом вероятных на практике изменений этих параметров.
Дальнейшие исследования обычно охватывают переходные процессы, вызываемые движениями снаряда и цели. Все эти явления должны быть полностью исследованы при проектировании системы управления под заданную тактическую обстановку. 44* ГЛАВА 19 МОДЕЛИРОВАНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ТЕЛЕМЕТРИИ Первая проблема, с которой сталкивается конструктор системы управления, состоит в том, чтобы перевести тактическую задачу на язык характеристик системы управления. Для этого необходимовыполнить синтез предполагаемой системы управления уже в то время, когда известны еще только математические соотношения, определяющие поведение системы, да и то лишь приближенно.
В качестве одного из средств при проектировании служит моделирование системы при помощи машин-аналогов и цифровых счетных машин. По мере продвижения разработки системы моделирование может становиться все более близким к действительности, если заменять математические модели отдельных элементов их образцами. Таким образом, моделирование есть процесс, продолжающийся в течение всего времени выполнения программы опытного строительства. Когда система управления построена, поведение управляющей анпаратуры проверяется в полете.
Данные о полетах снарядов получаются при помощи телеметрии. Эти данные, после их обработки, представляют собой дополнительный инструмент в руках конструктора системы управления. В процессе обработки обычно пользуются вычислительными машинами. В качестве элементов системы управления применяются счетно- решающие приборы. Они могут быть либо бортовыми, т. е. находиться на снаряде, либо внешними по отношению к снаряду, либо находиться и тут и там. В настоящей главе мы рассмотрим счетно- решающие приборы как типа моделей или машин-аналогов, так и типа цифровых вычислительных машин, главным образом с точки зрения их использования для моделирования, но в принципе совершенно такие же рассуждения применимы и к счетно-решающим приборам, входящим в систему управления.
19.1. Моделирование г) О п р е д е л е н и я. Моделирование есть имитация поведения реальной системы управления при помощи поведения другого устрой- !) $ 19.1 написал Вон!в Вавег, Ргогес! Р!тес!ог о1 Рго1ес! Сус!опе, йеечев 1пв!гшпеп! Со., г1. У. С., Х. У. !9.!) модвлигованив ства, которое проще построить. Это другое устройство обладает тем преимуществом, что его легче и дешевле изменять, чем окончательную систему управления, а его характеристики можно изучать при наперед задаваемых условиях. В своей исходной форме это «устройство» может представлять собой просто сястему уравнений, описывающих поведение системы.
Математические выражения, определяющие поведение управляемого снаряда, представляют собой сложную систему дифференциальных уравнений, в которые входят нелинейности различных типов. Нелинейности появляются вследствие обычных аэродинамических свойств сиарядз или таких конструктивных свойств, как ограничения, люфты, мертвые хода и гистерезис; эти примеры приведены только для иллюстрации и не исчерпывают всех источников нелинейностей.
При решении системы уравнений управляемого снаряда существуют две различные, но не обязательно исключающие друг друга возмоз<ности: 1. Уменьшение сложности системы уравнений при помощи упрощающих предположений. Делающий такие предположения обычно надеется, что поведение упрощенной системы в основном будет «похоже» на поведение исходной системы в том смысле, что из упрощенной системы можно получить пригодные для практического использования выводы. 2. Использование какого-нибудь автоматического средства для вычислений.
Именно для этой цели было создано большинство находящихся теперь в эксплуатации электронных и электромеханических машин-аналогов. Поэтому вообще, когда мы говорим о моделировании управляемого снаряда, мы имеем в виду подобные вычислительные машины. Стадии моделирования. Таким обравом, по своим основным функциям каждая моделирующая установка есть устройство для решения дифференциальных уравнений.
В соответствии с приемами использовании моделирующих установок типы моделирования можно разделить на два больших класса: 1) математическое моделирование, 2) поверочное моделирование. При математическом (или полном) моделировании проблема управления снарядом в целом представляется в математической форме; полученные уравнения вводятся в вычислительную машину и при ее помощи определяется их решение. При поверочном моделировании (иногда называемом также частным или физическим моделированием) только часть системы управления представляется в математической форме, а другая часть вводится в виде готовых элементов реальной системы управления. В этом случае одна часть системы моделируется, а другая часть присутствует в своем реальном виде, исключающем необходимость в математическом представлении или упрощающих предположениях. б94 модвлнеозаннв, вычислительные машин~ н тялвмвтгня 1гл. 19 При моделировании первого типа обычно сначала берут упрощенные уравнения и решают их; затем уравнения приводят в более близкое соответствие с действительностью путем постепенного введения усложняющих факторов, ранее отброшенных и относящихся к полной задаче.
С этой целью можно пользоваться решением следующих упрощенных задач: продольная и поперечная устойчивость снаряда, сначала пренебрегая лобовым сопротивлением, а затем учитывая его; анализ устойчивости автопилотного контура; исследование траектории снаряда в двух измерениях без использования аэродинамических соотношений; исследование устойчивости в трех измерениях. Отдельно рассматриваются этап старта, управление на этапе сближения и на конечном этапе.
Наконец, должна быть поставлена и решена полная трехмерная задача с полным учетом аэродинамики и характеристик системы управления. В заключение этой стадии работы должны быть учтены все известные нам факторы, осложняющие задачу, чтобы попытаться открыть, какие из них вызывают заметные эффекты. Кроме того, на всех стадиях работы следует изучать влияние шумов с тем, чтобы можно было предзычислить вероятность поражения. Необходимо рассмотреть различные относительные расположения снаряда и цели, чтобы определить области, где снаряд эффективен, или, говоря другими 'словами, области, где цель уязвима. Первый тип моделирования имеет то преимущество, что можно использовать любой удобный масштаб времени, т.
е. динамические проблемы не обязательно нужно решать в масштабе аистинного временна. Недостатком этого типа моделирования является необходимость в полиой математической формулировке задачи. Так как законы, управляющие действительным поведением некоторой части управляющего оборудования, могут быть неизвестными, соответствующее математическое описание должно основываться на некоторых допущениях. В моделировании второго типа мы избегаем этого недостатка. Но, с другой стороны, решение возможно только в масштабе «истинного времени», так как иначе невозможно включить в вычислительный контур реальные элементы системы.
Это требование является весьма тяжелым для моделирующей аппаратуры. Все электромеханическое оборудование должно иметь очень высокое качество, чтобы избежать, возникновения ошибок. Это может потребовать или исключения всех механических устройств, или их существенной переделки, или моделирования нелинейностей при помощи чисто электронных средств, что часто сопровождается потерей точности или увеличением стоимости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
