Проектирование систем наведения радиотехнических и оптических комплексов. Часть 2

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 
 
 
 
 
 
C.В. Овсянников, А.А. Бошляков, В.И. Рубцов 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ 
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ 
КОМПЛЕКСОВ 
 
Часть 2 
 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана 
в качестве учебного пособия по курсу 
«Проектирование мехатронных систем» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а   
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 9  
 
1 

УДК 535.833(62-52) (075.8) 
ББК 32.965 
        О-34 
Рецензенты: М.В. Баранов, Л.Д. Нечаев 
О-34 
 
Овсянников С.В.  
Проектирование систем наведения радиотехнических и 
оптических комплексов : учеб. пособие : в 2 ч. – ч. 2. / 
С.В. Овсянников, А.А. Бошляков, В.И. Рубцов. – М. Изд-во 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 47, [1] с.: ил. 
 
Рассмотрены вопросы проектирования прецизионных систем 
наведения радиотехнических и оптических комплексов на основе 
двухканальных систем в режимах автосопровождения. Приведены 
основные варианты функционального и структурного построения 
двухканальных систем, представлены уравнения динамики двухканальных систем с разделенной нагрузкой с учетом всех основных помех и возмущений, изложена методика синтеза высокоточных систем с компенсирующими связями между каналами. 
Для студентов 5-го и 6-го курсов, изучающих проектирование 
по специальностям «Робототехника» и «Мехатроника». 
 
УДК 535.833(62-52) (075.8) 
                                                         ББК 32.965 
 
Учебное издание 
 
Овсянников Сергей Всеволодович  
Бошляков Андрей Анатольевич  
Рубцов Василий Иванович  
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ 
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ 
Часть 2 
 
Редактор С.Ю. Шевченко 
Корректор М.А. Василевская 
Компьютерная верстка И.А. Марковой 
Подписано в печать 20.10.2009. Формат 6084/16. Изд. № 107. 
 Усл. печ. л. 2,79. Тираж 300 экз. Заказ  
 
Издательство МГТУ им.Н.Э. Баумана. 
Типография МГТУ им.Н.Э. Баумана. 
105005, Москва, 2-я Бауманская, 5. 
                                                                     © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 
 
 
2 

ВВЕДЕНИЕ 
Настоящая работа является продолжением одноименного учебного пособия (Овсянников С.В., Рубцов И.В., Щепетьев В.В. Проектирование систем наведения радиотехнических и оптических комплексов: Учеб. пособие. Ч. 1. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
2004).  
Во второй части пособия рассмотрены вопросы проектирования 
систем наведения (СН) радиотехнических и оптических комплексов, касающиеся построения прецизионных СН на основе двухканальных систем в режимах автосопровождения. Именно двухканальные системы, и прежде всего их разновидность – системы с 
разделенной нагрузкой, – позволяют сопровождать высокоскоростные и динамичные цели с точностью до единиц угловых минут для 
радиотехнических комплексов и единиц угловых секунд для оптических комплексов. Столь высокую точность наведения невозможно получить без достижения высокой помехозащищенности СН в 
режимах автосопровождения, что обеспечивается прежде всего их 
структурным построением. При проектировании требуется учет 
большого числа внешних и внутренних помех и возмущений, действующих на СН и рассмотренных подробно в первой части пособия, а также динамического взаимодействия между каналами двухканальной системы, которое является одной из ее отличительных 
черт. Наконец, достижение высокой точности невозможно без введения компенсирующих связей между каналами и оптимизации их 
параметров и системы в целом.  
 
 
3 

1. СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ 
В РЕЖИМЕ АВТОСОПРОВОЖДЕНИЯ 
1.1. Особенности работы систем наведения 
в режиме автосопровождения 
Как отмечалось в п. 2 первой части учебного пособия, при централизованном управлении система наведения (СН) работает в одном из следующих режимов: 
  режим переброски; 
  режим поиска; 
  режим программного наведения; 
  режим автосопровождения. 
Режим автосопровождения является основным, так как в большинстве случаев для режима программного наведения невозможно 
сформировать в реальном масштабе времени программное управляющее воздействие с погрешностью, необходимой для достижения 
требуемой точности наведения. Функциональная схема простейшей 
СН в режиме автосопровождения представлена на рис. 1, соответствующая ей структурная схема представлена на рис. 2. Выражение 
ошибки СН имеет вид 
 
( )
( )
( ),
n
t
t
t




  
(1) 
где 
( )
( ) ( )





t
p
t  – составляющая ошибки от входного управляющего воздействия (t); 
( )
n t

 – составляющая ошибки от помехи 
приемного устройства n(t);  
1

W
p
p
 
1
( )
( )
,
( )
p





    
( )
( )
n p
p


 
(2) 
– передаточные функции СН по входному управляющему воздействию (t) и по помехе приемного устройства n(t). Здесь 
1( )

W
p  – 
обратная передаточная функция разомкнутой системы; 
1( )
p


 
1
1
( )
W
p


 – обратная передаточная функция замкнутой системы. 
 
4 

Из анализа выражений (1), (2) следует, что для уменьшения составляющей ошибки от входного управляющего воздействия необходимо увеличивать частоту среза (полосу пропускания) привода, а 
для уменьшения составляющей ошибки от помехи приемного устройства – уменьшать ее. Следовательно, имеет место противоречие, 
которое и ограничивает точность наведения. Повысить точность 
наведения в общем случае можно тремя способами: 
 введением производных от управляющего воздействия (см. 
п. 7.1 в первой части учебного пособия); 
 введением в прямую цепь сигнала рассогласования изодромного звена; 
 переходом от одноканального принципа управления к двухканальному. 
 
 
Рис. 1 
 
 
Рис. 2 
 
Первый способ повышения точности наведения в режиме автосопровождения невозможен. Второй не устраняет указанного выше 
противоречия, в силу чего малоэффективен. Реальным является третий способ. Он предполагает использование двухканальных систем 
в режиме автосопровождения. 
 
5 

1.2. Двухканальные системы 
Под двухканальными системами (ДС) понимаются системы, 
имеющие два канала (грубый и точный) распространения силового 
воздействия на объект регулирования. Сущность ДС состоит в том, 
что точный канал отрабатывает ошибку грубого канала. Двухканальные системы представляют собой частный случай многоканальных итерационных систем. Итерационные системы позволяют 
решить задачу прецизионного воспроизведения полезного сигнала 
последовательными приближениями: каждый из каналов вносит 
поправку в измеренное предшествующими каналами значение полезного сигнала. На рис. 3 представлены два варианта итерационных систем.  
 
 
Рис. 3 
 
По способу суммирования каналов все многообразие ДС может 
быть сведено к одному из четырех типов:  
 ДС с силовым дифференциалом; 
 ДС с суммированием в силовой части (с несиловым дифференциалом); 
 ДС с общей силовой частью; 
 ДС с разделенной нагрузкой; 
 
6 

1.2.1. Двухканальная система с силовым дифференциалом 
Функциональная схема ДС с силовым дифференциалом представлена на рис. 4. Система содержит привод грубого канала (ПГК), 
замкнутый по положению через датчик угла (ДУ), и привод точного 
канала (ПТК), которые складывают свои перемещения в силовом 
дифференциале (СД) и перемещают объект регулирования через 
редуктор (Р). В системах наведения рассматриваемых комплексов 
такая система в настоящее время практически не используется. 
 
 
Рис. 4 
1.2.2. Двухканальная система с суммированием в силовой части 
Функциональная схема ДС с суммированием в силовой части 
представлена на рис. 5. Система содержит чувствительные элементы (ЧЭ1, ЧЭ2), осуществляющие формирование сигналов рассогласования грубого и точного каналов, и элемент ЧЭ3, являющийся 
нагрузкой привода точного канала. Сложение сигналов каналов 
производится с помощью несилового дифференциала (Д). В системах наведения рассматриваемых комплексов такая система не используется. 
 
 
Рис. 5 
 
7 

1.2.3. Двухканальная система с общей силовой частью 
Функциональная схема ДС с общей силовой частью представлена на рис. 6. Каждый из каналов содержит свое корректирующее 
устройство (КУ1, КУ2) и свой усилитель мощности (УМ1, УМ2). 
Общим является свой исполнительный двигатель (ИД). В системах 
наведения рассматриваемых комплексов не используется. 
 
 
Рис. 6 
 
1.2.4. Двухканальная система с разделенной нагрузкой 
В системах наведения радио- и оптических комплексов широко 
используется именно этот тип ДС. Сущность разделенной нагрузки 
состоит в том, что объекты регулирования приводов грубого и точного каналов представляют собой отдельные устройства, относительные перемещения которых не зависят друг от друга, а сложение 
выходных координат каналов происходит посредством механического воздействия этих устройств на геометрическую ось приема и 
излучения комплекса. 
Пример функциональной схемы ДС с разделенной нагрузкой 
радиотехнического комплекса приведен на рис. 7. Объект регулирования СН представляет собой антенну Кассегрена (см. п. 3.1 в первой части учебного пособия). При этом объектом регулирования 
грубого канала является главное зеркало антенны (рефлектор Р), а 
объектом регулирования точного канала – вспомогательное зеркало 
(контррефлектор КР). 
Далее будем рассматривать только ДС с разделенной нагрузкой.  
 
8 

1.3. Двухканальные системы наведения 
с разделенной нагрузкой 
1.3.1. Простейшая двухканальная система наведения 
Структурная схема простейшей двухканальной системы наведения (ДСН), соответствующая функциональной схеме на рис. 7, 
представлена на рис. 8, где обозначено: 
1
2
( ),
( )
t
t


 – входные управляющие воздействия грубого и 
точного каналов; 
о
1 ( )

t  – относительный угол поворота ПГК; 
a
1 ( )
t

 
– абсолютная выходная координата грубого канала; 
о
2( )

t  – относительный угол поворота ПТК; 
a
2( )
t

 – выходная координата ДСН; 
к
в
( ),
( )
t
t


 – качка и вибрация подвижного основания; 
( )
P t  – 
кинематическая 
погрешность 
механической 
передачи 
ПГК; 
1
2
( ),
( )
W p
W
p  – передаточные функции ПГК и ПТК.  
Следует заметить, что в точном канале обычно используют безредукторные исполнительные механизмы, в силу чего кинематическая погрешность в точном канале отсутствует. 
 
 
Рис. 7 
 
Для исследования динамики ДСН необходимо связать между 
собой входные управляющие воздействия каналов. Для этого целесообразно использовать погрешность формирования программного 
целеуказания 
( ):
PR t
 
 
1
2
( )
( )
( )


PR
t
t
t .  
(3) 
 
9 

 
Рис. 8 
 
В случае косвенной стабилизации (см. п. 2.3 в первой части 
учебного пособия) управляющее воздействие 
1( )
t  должно также 
содержать составляющую для парирования качки, причем под выражением 
( )
PR t  в этом случае следует понимать сумму собственно 
погрешности формирования программного целеуказания и погрешности формирования составляющей для парирования качки: 
 
1
2
к
( )
( )
( )
( )
PR
t
t
t
t




.  
(4) 
Уравнения простейшей ДСН имеют вид 
( )
( )
( )
( ),
t
t
t
t




a
о
1
1
к
в
( )
( )
( ),
t
t
t



a
о
а
2
2
1

( )
( )
( )(
( )
( )),
t
t
W
t
t
t
  
(5) 
 





a
1
о
1
1
1
1
P

( )
( )
( )
( )
( ),
t
n
t
t
W
p
t





a
1
о
2
2
2
2
2
( )
( )
( ).
t
t
t



a
2
2
2
Ошибкой наведения является значение 
2( ).

t  На основании выражений (4), (5) можно определить передаточные функции ДСН для 
различных воздействий. Рассмотрим их: 
 входное управляющее воздействие 


 
2
p
W
p W
p
p
p
p
p
;  
(6) 
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )










1
1
2
1
2
1
1
2
1
2
 
10