- •СТАБИЛИЗАЦИЯ МАШИН
- •Предисловие
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Математические основы теории линейных систем автоматического регулирования
- •1.2.2. Преобразования Лапласа и их свойства
- •1.4. Структурный анализ линейных САР
- •1.4.1. Структурная схема САР
- •1.4.3. Преобразование структурных схем
- •1.4.5. Обратные связи в САР
- •1.5.1. Типовые воздействия
- •1.5.2. Временные характеристики
- •1.5.3. Частотные характеристики
- •1.5.4. Временные и частотные характеристики типовых звеньев
- •1.6. Устойчивость САР. Критерии устойчивости
- •1.6.1. Условие устойчивости
- •1.6.2. Критерий Гурвица
- •1.6.3. Критерий Рауса
- •1.6.4. Критерий Михайлова
- •1.6.5. Критерий Найквиста
- •1.6.6. Определение устойчивости САР и запасов устойчивости
- •1.7. Оценка качества переходного процесса
- •1.7.1. Основные показатели качества
- •1.7.2. Оценка показателей качества переходного процесса по частотным характеристикам системы
- •1.7.3. Расчет установившихся ошибок САР
- •1.8. Коррекция динамических свойств САР
- •1.8.1. Метод последовательной коррекции
- •1.8.2. Метод параллельной коррекции
- •2.1. Эффективность стрельбы боевых машин
- •2.1.1. Особенности стрельбы с ходу
- •2.1.2. Анализ колебаний корпуса САО
- •2.1.3. Анализ колебаний корпуса морских кораблей
- •2.1.4. Способы повышения эффективности стрельбы
- •2.2. Анализ кинематических зависимостей при наведении и стабилизации
- •2.2.1. Кинематические схемы наведения и стабилизации установок
- •2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
- •2.2.5. Слежение за подвижной целью
- •2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
- •2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
- •2.3. Расчет и анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •2.3.2. Решение уравнения движения короба при П0=0
- •2.3.4. Решение уравнения движения короба при переменном темпе стрельбы
- •2.3.5. Расчет движения системы «оружие - установка» при стрельбе очередью
- •2.3.6. Анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •3.1. Классификация систем наведения и стабилизации установок
- •3.2. Система наведения артиллерийской установки
- •3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов
- •4.1. Свойства гироскопа
- •4.2. Учет сил трения в гироскопе
- •4.4. Двухстепенной гироскоп.
- •4.6. Скоростная характеристика наведения установки
- •5.1.1. Основные требования к приводам
- •5.1.2. Классификация силовых приводов
- •5.1.3. Принципиальные схемы некоторых приводов
- •5.2. Расчет электромашинного привода наведения
- •5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
- •5.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока
- •5.2.3. Торможение электромашинного привода
- •5.2.4. Выбор электродвигателя для неавтоматизированных приводов
- •5.2.5. Уравнение динамики электропривода
- •5.2.6. Расчет мощности электродвигателя для автоматизированных приводов
- •5.2.7. Усилительные устройства
- •5.3.1. Уравнения гидропривода с дроссельным регулированием
- •5.3.2. Структурная схема гидропривода
- •5.3.3. Устойчивость гидропривода
- •5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
- •5.4.1. Электромеханические преобразователи
- •5.4.2. Гидроусилители
- •6.1. Расчет механизмов вертикального наведения
- •6.2. Расчет механизмов горизонтального наведения
- •6.3. Выбор рациональной схемы установки коренных шестерен механизма поворота
Эти зоны можно получить, ис пользуя, например, для горизонталь ного наведения, зависимость (2.20). Если по условиям мощности привод
горизонтального |
наведения в |
состо |
|||
янии |
обеспечить |
максимальное уг |
|||
ловое |
ускорение |
£ |
то, |
учиты- |
|
|
|
|
ГНтах’ |
|
|
вая, что |
в пределе п =г |
будет |
|||
|
|
|
^ |
ГНтах ’ |
|
|
= |
s i n q j ^ 2 j |
в ячестве ис- |
ГНтах
ходного уравнения для получения «мертвой» зоны по ускорениям. Форма этой кривой представлена на рис. 2.21. Точка D соответствует пре дельному курсовому параметру р'о,
при котором непрерывное слежение
Рис. 2.21. Построение «мертвой» зоны по ускорениям
за целью еще возможно. Так как у. |
>0,65^-, то р'0 =0,8-=^ |
|
Чшах |
||
|
Р |
VеГНтах |
2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
Пусковые установки могут быть с постоянными и переменны ми углами заряжания. Для установок с переменными углами заря жания принятая схема заряжания, как правило, не оказывает влия ния на скорости и ускорения наводки, так как и вертикальное и го ризонтальное наведения осуществляются независимо от операций по заряжанию установки. В этом случае мощность привода также не зависит от схемы заряжания.
Для установок с постоянными углами заряжания наведение ус тановки не может совмещаться с операциями по досылке снаряда на установку и для сохранения заданной скорострельности должно производиться за весьма короткий промежуток времени. Так как время на переброску установки ограничено, то часто приходится решать задачу по оптимизации скоростей и ускорений наведения с целью уменьшения потребной мощности силового привода. Это довольно сложная задача, поэтому рассматриваются только основ ные предпосылки и рекомендации. С этой целью на рис. 2.22 пред
ставлена принципиальная циклограмма процесса выстрела для установок с постоянными углами заряжания.
‘ в > |
< |
ц |
> |
Вы ст рел |
|
|
|
Верт икальное |
|
|
|
наведение |
ж |
|
|
Вертикальное |
|
|
|
наведение |
|
|
|
■ |
|
||
Горизонтальное |
c t„ |
1 |
|
наведение |
|
|
|
Вертикальное |
|
|
|
наведение |
|
Ш |
|
Горизонтальное |
|
Ш |
|
|
|
|
|
наведение |
|
|
*п>; |
Вы ст рел |
|
< |
|
|
|
Рис. 2.22. Циклограмма выстрела:
Гц - полное время цикла; гв - время проведения пуска (выстрела); г„ - время переброски установки с угла стре льбы на угол заряжания и, наоборот (как правило, сумма этих времен составляет основную часть времени цикла); г3 - время заряжания.
Все другие операции (открытие люков, подача снарядов внутри боекомплекта и т. д.) должны совершаться параллельно и не влиять на параметры наведения и мощности приводов наведения.
Все приводы наведения работа ют в режимах разгона гр, установив шегося движения гу и торможения гт скорости переброски (рис. 2.23). На графике режим разгона и торможе ния показан с учетом постоянных
значений |
ускорений при разгоне |
|
е |
= const |
и торможении е = const; |
Р |
|
т |
со |
- угловая скорость наведения в |
|
|
п |
|
Рис. 2.23. График разгона и торможения
установившемся движении; у - путь переброски в градусах (на рис. 2.23 -
площадь трапеции). Для задаваемых значений f и 0 можно постро-
П
ить множество трапеций. Однако необходимо выбрать такие пара метры движения (такую трапецию), при которых требуемая мощ ность привода наведения была бы минимальной.
С этой целью следует провести краткий анализ. В соответствии со схемой, показанной на рис. 2.23, можно записать:
|
|
|
y= t |
со |
-со -5— -. |
(2.26) |
||
|
|
|
П |
П |
|
П |
о |
|
Исключить из последнего выражения величину гт, для чего вве |
||||||||
сти обозначения |
|
и 1+w |
. Тогда выражение (2.26) примет |
|||||
|
|
г |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
вид у - t |
со -под t , откуда |
|
|
|
|
|
||
1 |
п п |
п р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
СО - у |
(2.27) |
|
|
|
|
t |
п |
п |
|
||
|
|
|
|
/гео |
|
|
||
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
Для |
определения |
рационального |
соотношения |
берется |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
уравнение момента разгона установки относительно оси наведения
М - М |
+ / |
е |
, гДе е |
~ угловое ускорение при разгоне; / |
- |
р |
ст |
0 |
р ’ |
р |
О |
приведенный к оси наведения момент инерции установки и эле
ментов привода; м - статический момент сопротивления.
ст
|
При |
равноускоренном |
разгоне |
£ |
_ ^п_ и, |
следовательно, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
р |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
М |
- М |
+ / |
Юп ■ Учитывая |
(2.27), |
получается |
момент на оси |
|||
р |
ст |
0 |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
наведения при разгоне: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
М =М |
+1пп |
СО |
|
(2.28) |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
- у |
|
||||
|
|
|
р |
ст |
О t |
СО |
|
||
|
|
|
|
|
п |
п |
|
|
|
|
Потребная мощность привода при разгоне определяется фор |
||||||||
мулой: |
|
N - М |
со |
+ 1п |
|
СО |
(2.29) |
||
|
/ |
со |
- у |
||||||
|
|
|
ст п |
О |
|
||||
|
|
|
|
|
|
п |
|
п |
|
Для определения оптимального режима разгона (разгон с ми нимальной мощностью) дифференцируется выражение (2.29), при равнивается результат дифференцирования нулю, затем ищется не обходимая при этом величина со,,:
d N |
и |
Зсо2(г |
со |
-у)-Г |
|
со3 |
------ М + / |
П 4 п |
П |
' |
п |
П = 0. |
|
ст |
О |
t 2Cl)2 - 2 t |
СО Y+Y2 |
|||
|
|
п п |
|
п п |
|
|
Преобразовав последнее выражение, можно получить уравне ние третьего порядка относительно со,,:
|
|
|
со3 +снв2 —b(j) +с = 0, |
(2.30) |
|||
|
|
|
п |
|
п |
п |
|
где |
М |
Т |
М д |
|
М |
у2 |
|
а = _ с т _ П; |
Ь = _от_ |
С = |
СТ |
|
|||
|
21 |
п |
I n |
21 |
nt |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
0 |
|
0 |
П |
|
Таким образом, для решения задачи оптимизации необходимо решить кубическое уравнение (2.30).
Задачу можно упростить, используя способ последовательно го приближения, а именно: поскольку из выражения (2.30)
с = со (b-aco |
п |
-со2\ то |
п1 |
п ) |
со |
= ----- S---- v |
(2-31) |
|
п |
Ъ-со Ь+со ) |
|
|
|
п ' |
п ' |
|
Задаваясь величиной С0п, подставляют ее в правую часть (2.31) |
и сравнивают с левой частью, определяют степень приближения.
Можно принять i |
=t , тогда m = п = 1 и все формулы упро- |
р |
т |
щаются.
Можно также ввести допущение, что М =0 (пренебречь тре
ст
нием, ветровой нагрузкой, остаточным моментом неуравновешен ности и т. д.). В этом случае значения коэффициентов я, b и с су щественно упрощаются: и 2.JL-, Ъ = 0; с = 0. Следовательно,
2 /
п
выражение (2.30) примет вид: |
ю3 _2._2<и2 _ g |
|
|
п 2 / п |
’ |
|
П |
|
откуда |
_ 2 .Х |
(2.32) |
п 2 t
Это выражение определяет значение угловой скорости, при ко торой мощность привода наведения будет минимальной. Но далеко
не всегда можно пренебрегать величиной м |
Поэтому вначале |
ст |
|
решают задачу по определению (Оп с учетом м |
=0 (первое при |
|
ст |
ближение), а затем, используя формулу 2.31, находят близкое (с за данной степенью точности) к оптимальному значение С0п.
2.2.8. Влияние наклона оси цапф орудия на точность наводки
Негоризонтальность оси цапф качающейся части орудия при ведет к тому, что угол прицеливания а будет находиться в наклон ной плоскости, что приведет к ошибкам и в вертикальной, и в гори зонтальной наводке, то есть к ошибкам в дальности и направлении стрельбы.
На рис. 2.24 представлены расчетные схемы при наклоне оси цапф: АВ - горизонтальное положение оси цапф; СД - вертикаль ное положение прицела; AjBi и С1Д - наклонные положения оси цапф и прицела на угол у.
При наклоне оси цапф на угол у угол прицеливания а остается без изменения в наклонной плоскости С1ДО (рис. 2.24, б), но в дей ствительности орудию придан угол прицеливания oci (угол С1ОД1), а в горизонтальной плоскости направляющая линия сместится на
угол 8 (угол ДОД1). |
|
Необходимо определить зависимости |
= /(а ,у ) и 5 = /(а ,у ), |
при этом используется прямая наводка непосредственным визиро-
с
А
А,
О
а |
б |
Рис. 2.24. Расчетные схемы при наклоне оси цапф
ванием в цель, причем угол места цели 6 = 0. Из рассмотрения тре угольников ДД1О; С1Д 1Д и СДО будет:
tg5=M i ; |
ДЦ =С Д -siny, С Д ^ Д О -tga, |
|||
|
ДО |
1 |
1 |
1 |
откуда |
|
tgS= tga • siny. |
(2.33) |
|
|
|
|||
Из рассмотрения треугольников СД1О; С1Д 1Д и СДО: |
||||
sina |
= ^ ^ - ; |
С Д =С Д с о з у ; |
C fl = C O s i n a , |
|
1 |
CjO |
i |
l l |
1 1 |
откуда |
|
|
|
|
|
|
sinotj = sin a cosy. |
(2.34) |
Выражения 2.33 и 2.34 для непрямой наводки аналогичны, только углы прицеливания а необходимо заменить на углы возвы шения ср:
tg8 = tgcp• siny; sinoCj = sin ср• cosy.
Расчеты показывают, что наиболее существенно наклон оси цапф влияет на точность наводки по направлению. Эти ошибки возрастают с увеличением угла прицеливания а и угла наклона оси цапф у. Например: при a =10° и у = 5° ошибка по направлению 8=15 делений угломера, в то время как ошибка по дальности пренебре жимо мала и составляет Аа = ( а - а ]) = 0,7 делений угломера.
Для уменьшения влияния наклона оси цапф на точность навод ки большинство панорамных прицелов имеет механизмы попереч ного качания прицела, с помощью которого прицел устанавливает ся в вертикальное положение независимо от положения оси цапф орудия. При этом ошибка 5 (в боковом направлении) исключается, ошибка же по дальности Да остается. Чтобы исключить и эту ошибку, необходимо во всех случаях орудие устанавливать на го ризонтальную позицию (где у = 0).
Отклонение направляющей (прицельной) линии от плоскости стрельбы, то есть перемещение линии выстрела в некоторой наклонной плоскости при придании орудию углов возвышения, может вызываться изгибом кронштейна и оси цапф самого прице ла, хотя наклон оси цапф орудия и будет отсутствовать. Для устра нения этой ошибки необходимо регулярно проверять состояние прицела и установку его на орудии.