Локк А.С. Управление снарядами (1957) (1242424), страница 139
Текст из файла (страница 139)
Блок-схема трехмерного моделирования системы управления. скорости. В блоке «моменты» интегрируются уравнения вращательного движения снаряда, в результате чего получаются угловые скорости; второе интегрирование определяет ориентацию снаряда в пространстве. Наконец, из этих данных получаются угол атаки и угол скольжения. Как видно из блок-схемы, последние два шага выполняются в машине для вычисления углов атаки и скольжения, выход которой является входом модели аэродинамических свойств. Иногда применяют другой метод.
Вместо того, чтобы получать углы атаки и скольжения из углов, определяющих ориентацию снаряда и направления его скорости, можно вычислять их непосредственно из составляющих скорости по осям, связанным со снарядом. ь) В нашей литературе принято говорить об угле атаки и угле скольжения; в дальнейшем мы будем придерживаться принятой у нас терминоло- гии. (Приве. перев.) 19.31 711 ОСНОВЫ ТРВХМВРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Описанная выше часть блок-схемы содержит в себе характеристики устойчивости снаряда в неуйравляемом полете.
Этот замкнутый контур может применяться для моделирования устойчивости обыкновенного самолета. Остальная часть блок-схемы содержит блоки, определяющие отклонения снаряда от заданной траектории и моделирующие управление снарядом, которое имеет своим назначением уничтожить эти отклонения. Таким образом, эта часть моделирующей установки представляет собой характеристики системы управления, включая и ее устойчивость. Прежде всего путем интегрирования определяются координаты снаряда в трех измерениях. Независимо от этого в установку вводятся координаты цели; совершенно так же вводятся, если нужно, координаты одной или нескольких станций, управляющих снарядом. На основании этих данных вычисляется относительное движение снаряда и определяются расстояния между снарядом, целью и управляющими станциями соответственно.
Далее вычисляются такие величины, как горизонтальное и вертикальное отклонения снаряда от заданной траектории или угловые ошибки в положении цели, которые обнаруживаются бортовой управляющей аппаратурой снаряда. Затем линейные или угловые ошибки вводятся в блок, моделирующий аппаратуру управления. В этом блоке вырабатывается отклик управляющей аппаратуры на существующую ошибку и вычисляются отклонения элеронов, руля высоты и руля направления; эти последние в качестве обратной связи поступают в модель аэродинамических свойств снаряда.
Д о п о л н и т е л ь н ы е б л о к и. Для полного моделирования может окаааться необходимым иметь следующие дополнительные блоки: модель силовой установки, вырабатывающей тягу в зависимости от скорости полета, высоты и управления двигателем; модель атмосферы, которая вырабатывает давление, плотность и температуру воздуха в зависимости от высоты полета; модель изменения массы снаряда, которая учитывает влияние расхода топлива на равновесие сил и моментов. В частных случаях некоторые из блоков могут содержать в себе различные усложняющие элементы. Например, от модели аэродинамических свойств снаряда может потребоваться выдача сил и моментов при широких пределах изменения числа Маха, если предполокено моделировать весь полет снаряда, начиная с момента 'старта и кончая моментом встречи.
Для этого в околозвуковой зоне потребуется осуществление больших вариаций за короткий промежуток времени, в течение которого снаряд проходит эту зону; при этом силы и моменты принимают такие значения, которые могут повести к неустойчивости в течение разгона. Когда снаряд выполняет маневр, диктуемый системой управления для выдерживания желаемой траектории, в движениях тангажа и 712 модвлиговлнив, вычислитвльныв машины и твлвмитгяя [гл. 19 рысканья наблюдаются большие переходные процессы. При таких условиях, которые, в частности,'обычно бывают в начале полета и перед попаданием, линейная аэродинамическая теория перестает быть пригодной. Поэтому моделирование должно включать в себя все нелинейности полностью. Поскольку аэродинамические воздействия на снаряд зависят от числа Маха и высоты, в программы работ по моделированию обычно включается некоторое количество полетов, в которых начальная скорость и высота являются варьируемыми параметрами.
Для облегчения этих опытов моделирующая установка должна допускать удобную замену блоков, генерирующих требуемые эмпирические функции. С п е ц и а л ь н ы е ц е п и. Моделирование управляющей аппаратуры требует хорошо разработанных вычислительных схем. При моделировании различных снарядов в соответствующем блоке могут потребоваться совершенно непохожие друг на друга элементы. К этой части моделирующей установки могут относиться следующие подблоки: а) схемы, моделирующие аппаратуру, которая вырабатывает сигнал ошибки, включая сюда динамические характеристики ищущих цель приспособлений, а также нелинейные искажения и ограничения управляющих сигналов; б) модели шумов в ищущих приспособлениях и шумовые фильтры; в) цепи, формирующие команду, или счетно-решающие приборы системы управления; г) ограничители ускорений, предохраняющие снаряд от недопустимой динамической перегрузки; д) модели рулевых устройств, включающие в себя запаздывания следящих устройств и нелинейности типа мертвого хода, ограничений по отклонениям и скоростям и т.
п. 0 б е с п е ч е н и е т о ч н о с т и. При проектировании большого моделирующего устройства важно понимать назначение трехмерного моделирования как одной из последних стадий разработки управляемого снаряда. Чтобы хорошо выполнить свое назначение, каждая моделирующая установка должна иметь достаточную пропускную способность и приспособляемость для моделирования наиболее сложных зависимостей, которые описывают несовершенство оборудования, нелинейности и эффекты перекрестных связей между отдельными элементами, имеющиеся в задаче управления. Влияние каждого из этих элементов в отдельности может быть достаточно хорошо изучено на моделирующих установках средних и малых размеров или аналитическими методами. Но взаимодействие между ними и их общий эффект могут быть изучены только на большой моделирующей установке. Получаемые при таких исследованиях результаты могут иметь практическую ценность только в том случае, если моделирование отдельных явлений осуществлвется с высокой степенью 19.41 свлвнвнив машин-лнллогов и циеговых мАшин 713 приближения к действительности.
Едва ли вовможно ааранее, при составлении плана работ по полному трехмерному моделированию, оценить относительную важность многочисленных сложных аспектов проблемы. Поэтому на рассматриваемой стадии работ уже нельзя пренебрегать различными усложняющими факторами, которые на других стадиях проектирования редко принимаются во внимание. Рассмотрим, например, явления, которые усложняют динамические и кинематнческие уравнения, если движение снаряда не ограничено вертикальной или горизонтальной плоскостью. Число степеней свободы снаряда возрастает с трех до шести.
Появляется перекрестная динамическая зависимость между уравнениями поступательного и вращательного движений и перекрестная кинематическая зависимость между уравнениями, которые определяют положение и ориентацию снаряда относительно системы координат, связанной с Землей. В дополнение к этому при выработке сигнала ошибки появляется сильная перекрестная зависимость между движением ищущих устройств внутри снаряда и движением крена самого снаряда.
В самих управляющих командах появляются ошибки, вызываемые креном снаряда. Наконец, система измерения элементов, определяющих ориентацию снаряда, сама может оказаться подверженной перекрестным ошибкам, появляющимся в измерительных приборах. Очевидно, что только тщательное изучение этих эффектов может дать указание, где именно допустимо пренебрегать ими для упрощения математически точных соотношений. Поэтому среди пользователей моделирующих установок вообще заметна тенденция включать все эти усложняющие обстоятельства в формулировку общей задачи моделирования. Об этих соображениях нужно помнить, в частности, при проектировании новой лаборатории моделирования для Впгеац о1 Аегопап!!сз, У.
Я. Хаву (Рго)ес1 Сус1опе). 19.4. Сравнение машин-аналогов и цифровых машин') Весьма эффективным средством при проектировании систем управления, а в значительной части и при самом управлении являются счетные машины, как аналоги, так и цифровые. В настоящее время машины-аналоги являются главным средством для моделирования динамики контура управления при изучении вопроса о способности снаряда следовать подаваемым ему командам. Цифровые машины пока применялись главным образом для специальных научных вычислений, в которых нужно делать с большей точностью много повторяющихся действий. Если вычислительная машина используется как модель, она должна по входным функциям вырабатывать такие выходные сигналы, которые определяются передаточными характеристиками !) И 19.4 н 19.5 написал О.
Н Ог!6!еу. Арр!!саиопз йеаеагсЬ Р!в!з!оп, Мама! кевеагсЬ 1.аЬога!огу. 714 модвлиговлнив, вычиолитвльныи машины и твламвтгия 1гл. 19 отдельных элементов системы управления снарядами. Наиболее подходящей для этого является машина-аналог. В большинстве случаев машина-аналог может непосредственно воспроизводить характеристики системы управления или снаряда. Это — наиболее экономичный способ получения нужных результатов без действительного полета и, следовательно, гибели снаряда, стоимость которого высока.
Это оказывается возможным вследствие большого сходства между сигналами, обычно вырабатываемыми в машине-аналоге и в реальной системе управления. Если вычислительная задача не очень сложна и требования к точности не очень велики, то такое решение является отличным. Однако, когда вычислительная аадача становится все более и более сложной и возрастает количество необходимых вычислений, эффективность и точность машин-аналогов падают. Здесь начинают проявляться преимущества автоматических программируемых быстродействующих цифровых машин. Применение быстродействующих вычислительных машин началось около 1946 г. и с тех пор стремительно развивается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
