Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 1.11. ОДНОМЕРНЫЕ И МНОГОМЕРНЫЕ СИСТЕМЫВ зависимости от числа регулируемых величин САР принято подразделять на одномерные и многомерные. Одномерными называются системы с одной регулируемой величи ной. Примеры таких систем рассмотрены ранее. Системы с несколькими регулируемыми величинами называются многомерными. Многомерные САР используются для управления многомерными объектами регулирования, нормальное функционирование которых требует изменения по заданному закону не менее чем двух физических величин. Например, в генераторах переменного тока требуется регулировать величину напряжения и его частоту; в паровых машинах — скорость вращения выходного вала и давление пара в котле; в турбореактивных двигателях — скорость вращения и температуру выхлопных газов и т. д. Многомерные объекты управления имеют несколько регулирующих органов, для перемещения каждого из которых используется одна или несколько одномерных систем регулирования. При этом в многомерных объектах число регулирующих органов обычно не превосходит числа регулируемых величин. Пример 1.15. Рассмотрим управление полетом баллистической ракеты [4, 25, 26, 73]. Боевые баллистические ракеты предназначены для доставки обычного или термоядерного боевого заряда из точки старта в точку цели. Баллистические ракеты применяются в основном для стрельбы по неподвижным наземным целям. Это позволяет наводить ракету на цель путем задания жесткой программной траектории, проходящей через цель. В качестве программной выбирается траектория, достаточно удобная с точки зрения управления и близкая к
Рис. 1.24. Программная траектория полета баллистической ракеты: С — точка старта; К — точка выключения двигательной установки; Ц — цель
Рис. 1.25. Связанная (а), программная (б) и путевая (в) системы координат оптимальной траектории, соответствующей наименьшему расходу топлива при заданных значениях дальности и веса боевого заряда. Типичная программная траектория баллистической ракеты изображена на рис. 1.24 и состоит из активного участка Траектория движения ракеты обычно рассматривается в стартовой системе координат С баллистической ракетой жестко связывается система координат Угловое положение связанной системы координат (т. е. ракеты) относительно стартовой определяется тремя углами Эйлера: Программное положение ракеты задается при помощи программной системы координат опхиупгп (рис. 1.25, б), начало которой Угловое положение программной системы координат относительно стартовой определяется программными значениями угла тангажа Отклонения угловых координат ракеты от их программных значений в дальнейшем будем обозначать через Рассмотрим еще путевую систему координат Существует много возмущений, отклоняющих движение ракеты от программного (порывы ветра, флюктуации тяги двигательной установки, отклонение конструктивных параметров ракеты от расчетных значений и др.). Для возвращения ракеты на программную траекторию необходимо иметь возможность изменять равнодействующую сил, приложенных к ракете. Основными силами, действующие на ракету при полете на активном участке траектории, являются сила веса
Рис. 1.26. Взаимная угловая ориентация различных систем координат: а — связанной и стартовой; б — путевой и стартовой; в — связанной и путевой
Рис. 1.27. Управляющие органы ракеты одновременно отклоняют все четыре камеры сгорания на один и тот же угол таким образом, что в каждой паре (1,3 и 2, 4) управляющие органы отклоняются в противоположные стороны. Управляющие моменты зависят от величины тяги поворотных камер, расстояния между камерами и центром масс (для Мул и
Здесь коэффициенты пропорциональности Управляющие органы типа поворотных камер сгорания позволяют менять направление вектора тяги двигательной установки ракеты. В ракетах с жидкостными реактивными двигателями можно менять и величину тяги, управляя работой турбонасосного агрегата
Рис. 1.28. Условное изображение баллистической ракеты как объекта регулирования В общем случае можно считать, что баллистическая ракета БР имеет пять управляющих органов (1, 2, 3, 4 и Регулируемыми величинами у баллистической ракеты являются три угловые координаты Приближенно можно считать, что траектория ракеты на пассивном участке определяется параметрами ее движения в конце активного участка траектории. Это позволяет автоматически управлять полетом ракеты только на активном участке и считать целью управления достижение заданных значений параметров движения ракеты в момент Регулятор, автоматически обеспечивающий движение ракеты по программной траектории на активном участке полета, называется системой управления баллистической ракеты. Она представляет собой сложный комплекс приборов и устройств, автоматически управляющих движением ракеты и работой двигательной установки. Совместно с ракетой и двигателем система управления образует весьма сложную динамическую систему, движение которой определяется большим количеством одновременно протекающих и самых различных В ракетах большой дальности чаще всего используются так называемые автономные системы управления, в которых вся информация, необходимая для управления движением ракеты, вырабатывается бортовыми приборами.
Рис. 1.29. Функциональные схемы систем регулирования угла тангажа (а), рыскания (б) и вращения (в) баллистической ракеты Обычно автономная система управления полетом баллистических ракет состоит из нескольких автоматических регуляторов, каждый из которых решает некоторые частные задачи управления. Основными из них являются регулятор углового движения ракеты (сокращенно — автомат угловой стабилизации), регулятор движения центра масс (или автомат стабилизации движения центра масс) и регулятор момента выключения двигательной установки (или автомат управления дальностью полета). Автомат управления дальностью предназначен для выключения двигательной установки ракеты в момент времени Автоматы стабилизации углового движения и движения центра масс из-за большого числа возмущений, действующих на ракету, строятся на базе принципа регулирования по отклонению. Применяемый в ракетной технике термин «автомат стабилизации» не совсем удачен, так как на самом деле речь идет не о стабилизации, а о программном регулировании параметров движения ракеты.
Рис. 1.30. Упрощенная схема гирогоризонта баллистической ракеты
Рис. 1.31. Упрощенная схема гировертиканта баллистической ракеты Автомат угловой стабилизации совместно с ракетой образует замкнутую многомерную систему регулирования, предназначенную для изменения угловых координат ракеты по программному закону: Функциональные схемы систем регулирования угловых координат ракеты показаны на рис. 1.29 и представляют собой частный случай общей функциональной схемы системы регулирования, работающей по отклонению (см. рис. 1.7). В качестве чувствительных элементов используются гироскопические измерители углов Гирогоризонт (рис. 1.30) устанавливается на ракете таким образом, чтобы при старте ракеты вектор кинетического момента гироскопа Г был параллелен плоскости стрельбы, плоскость наружной рамки гироскопа перпендикулярна плоскости стрельбы, а оси внутренней и наружной рамок параллельны осям После старта вектор кинетического момента и плоскость наружной рамки сохраняют неизменными свое положение в пространстве, вследствие чего при колебаниях ракеты относительно связанной оси Аналогично работает и гировертикант (см. рис. 1.31). В отличие от гирогоризонта он имеет два датчика угла, с одного из которых снимается напряжение Сигналы с датчиков углов поступают на усилители-преобразователи УП (см. рис. 1.29), в которых усиливаются по мощности и преобразуются. С выхода усилителей-преобразователей управляющие сигналы Поворот управляющих органов ракеты требует значительных усилий, поэтому для их привода широко применяются электрогидравлические устройства. Чтобы обеспечить пропорциональность угла отклонения управляющих органов входному сигналу Электромагнитный преобразователь состоит из ярма, на котором размещены две включенные последовательно поляризующие обмотки, подключенные к источнику постоянного напряжения, и якоря 1, несущего на себе обмотку управления, на которую подается выходной сигнал усилителя мощности. С якорем жестко связано подвешенное на пружинах коромысло 2, соединенное с дросселирующими заслонками 3. Схема работает следующим образом. При связанного с ним коромысла 2 относительно оси, перпендикулярной плоскости чертежа, на угол, величина которого пропорциональна (в определенных пределах) величине тока
Рис. 1.32. Функциональная схема рулевого привода (а) и упрощенная схема рулевого привода электрогидравлического типа (б) Автомат угловой стабилизации даже при идеально точной его работе не может обеспечить полет ракеты по программной траектории при наличии возмущений, так как его чувствительные элементы не реагируют на перемещение центра масс ракеты. Поэтому при повышенных требованиях, предъявляемых к точности стрельбы, в состав системы управления вводится, кроме автомата угловой стабилизации, автомат стабилизации движения центра масс. Автомат стабилизации движения центра масс совместно с ракетой образует замкнутую многомерную систему регулирования, предназначенную для изменения координат центра масс ракеты по программному закону: случаев интегратор ускорения, ИУ конструктивно и схемно объединяется с акселерометром в одном устройстве, называемом интегрирующим акселерометром И А, а интегратор скорости ИС чаще всего выполняется в виде самостоятельного устройства. В общем случае для стабилизации движения центра масс ракеты необходимы три акселерометра, оси чувствительности которых стабилизируются в требуемом направлении при помощи гироскопических устройств. Требования к точности работы акселерометров предъявляются очень высокие (предельная относительная погрешность порядка Что же касается проекции полного ускорения ракеты на программную ось опхп (или направление, близкое к ней), то она измеряется гироскопическими устройствами типа тяжелого гироскопа, обладающими высокой точностью при больших пределах измерения.
Рис. 1.33. Функциональная схема измерения одной из координат движения центра масс ракеты Любые акселерометры используют в качестве чувствительного элемента некоторую массу, которая перемещается относительно основания при движении последнего с ускорением. Силы тяготения приложены как к массе, так и к основанию акселерометра и не могут вызвать их относительного перемещения при движении в поле тяготения. Поэтому при помощи акселерометров может быть измерено не истинное, а только так называемое кажущееся ускорение центра масс ракеты, обусловленное силами негравитационного характера. Одно- двукратное интегрирование кажущегося ускорения дает кажущиеся скорость и координату. Использование кажущихся ускорений, скоростей и координат вместо истинных приводит к появлению методической ошибки, имеющей сравнительно небольшую величину. Существование этой ошибки оправдывается значительным упрощением системы управления, которое дает применение кажущихся параметров движения вместо истинных. Обозначим через Для ракет с жидкостными реактивными двигателями автомат стабилизации движения центра масс состоит из трех одномерных регуляторов, каждый из которых обеспечивает программное изменение одной из координат центра масс ракеты. Эти регуляторы называются каналами нормальной стабилизации, боковой стабилизации и стабилизации скорости. Канал нормальной стабилизации вместе с каналом тангажа автомата угловой стабилизации ликвидирует отклонения движения центра масс ракеты от программного в направлении программной оси опуп (которое достаточно близко к направлению нормали к программной траектории вследствие малости программного угла атаки), т. е. с требуемой степенью точности обеспечивает выполнение равенства стабилизации является интегрирующий акселерометр Канал нормальной стабилизации и канал тангажа в совокупности образуют систему управления нормальным движением ракеты, под которым понимается движение ракеты в плоскости, параллельной плоскости стрельбы. Канал боковой стабилизации вместе с каналом рыскания автомата угловой стабилизации ликвидирует отклонения центра масс ракеты от плоскости стрельбы, т. е. с требуемой степенью точности обеспечивает выполнение равенства
Рис. 1.34. Ликвидация отклонения центра масс ракеты от программного положения: а - ракета отклонилась от программного положения в направлении оси
Рис. 1.35. Упрощенные функциональные схемы систем управления нормальным (а) и боковым (б) движениями баллистической ракеты (рис. 1.35, б) отличается от схемы канала нормальной стабилизации лишь тем, что ось чувствительности акселерометра Канал боковой стабилизации и канал рыскания в совокупности образуют систему управления боковым движением ракеты, под которым понимается движение ракеты в плоскости, параллельной плоскости Смысл разделения полного движения ракеты на нормальное и боковое состоит в том, что при достаточно качественной стабилизации ракеты по углу вращения нормальное и боковое движения могут рассматриваться независимо друг от друга. Теоретические исследования и экспериментальные пуски баллистических ракет показывают, что отклонение х в конце активного участка полета мало влияет на точность стрельбы по сравнению с отклонением величины скорости ракеты V от ее программного значения
Рис. 1.36. Функциональная схема регулятора кажущейся скорости ракеты Ось чувствительности измерителя обычно стабилизируется в плоскости стрельбы по некоторому направлению Ранее рассмотрены основные регуляторы, входящие в состав системы управления полетом баллистической ракеты. Кроме них, в состав бортовой аппаратуры ракеты входит большое число разнообразных автоматических устройств и систем, выполняющих функции, не связанные непосредственно с задачей управления движением (устройства энергоснабжения, коммутационная аппаратура и др.). Приведенный пример показывает, что многомерные системы регулирования существенно сложнее одномерных систем. Однако во многих практически важных случаях исследования многомерных систем удается свести к изолированному рассмотрению одномерных систем, входящих в их состав. Поэтому первые главы книги посвящены рассмотрению более простого для понимания одномерного случая. По своей структуре все многомерные системы являются многоконтурными.
|
1 |
Оглавление
|