Проектирование систем наведения радиотехнических и оптических комплексов. Часть 2
Покупка
Новинка
Тематика:
Теоретическая радиотехника
Год издания: 2009
Кол-во страниц: 48
Дополнительно
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».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
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 6084/16. 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