Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

Титульный лист, содержащий название предмета, номер и название работы, фамилии студента и преподавателя;

- цель работы;

- результаты вычислений основных параметров;

- схему моделирования;

- результаты моделирования без обратных связей и с обратными связями;

- результаты подбора коэффициентов обратных связей.

Контрольные вопросы

1. Физические процессы при маневрировании крестокрылого ЛА;

2. Математическая модель крестокрылого ЛА;

3. Датчики обратных связей;

4. Измерение перегрузки ;

5. Влияние обратных связей на характеристики маневренности ЛА.

Лабораторная работа №2

Моделирование контура управления системы радиотеленаведения.

Цель работы: исследование характеристик контура наведения и оптимизация параметров с целью достижения максимальной точности.

Задачи исследований:

1. Составить модель контура наведения системы радиотеленаведения (РТН), используя характеристики звена УО-АП, полученные в работе №1.

2. Провести оптимизацию контура по критерию минимизации статической и динамической ошибок.

3. Исследовать флуктуационную ошибку контура наведения.

Основные теоретические сведения

Системами радиотеленаведения называются системы наведения в радиолуче. Пункт управления формирует электромагнитное поле, параметры которого функционально связаны с координатными точками пространства. Частным случаем такого поля является радиолуч, имеющий равносигнальное направление, указывающее точку прицеливания. Параметры поля измеряются на управляемом объекте и по результатам измерения вырабатываются команды управления, заставляющие управляемый объект двигаться вдоль равносигнального направления.

В общем случае контур наведения состоит из:

- измерительного звена;

- звена выработки команд;

-звена управляемый объект-автопилот;

-кинематического звена.

Измерительное звено и звено выработки команд в системе РТН находятся на борту УО. Кинематическое звено является чисто модельным звеном, связывающим параметры движения УО с направлением радиолуча.

Структурная схема контура РТН может быть представлена в виде рис.2.1.

Передаточная функция измерительного звена может быть представлена инерционным звеном. Основную инерционность составляет фазовый детектор, обрабатывающий низкочастотный сигнал. Его постоянная времени соизмерима с периодом частоты сканирования антенны, формирующей радиолуч. Если принять частоту сканирования f_ск = 10 Гц, то постоянная времени измерительного звена составит 0,1 с. Таким образом

(2.1)

K_iz – статический коэффициент передачи измерительного звена.

Передаточная функция звена управляемый объект-автопилот рассмотрена в работе №1. Входным сигналом здесь является угол отклонения рулей , а выходным – угол курса . Для ограничения перегрузки введем в состав звена УО-АП ограничитель. Для упрощения модели оставлена только одна обратная связь – через скоростной гироскоп, как наиболее эффективная.

Передаточную функцию кинематического звена выведем из геометрических соотношений рис.2.2.

Радиолуч соединяет ПУ с точкой прицеливания (ТП). Будем рассматривать движение УО в стартовой системе координат, в которой ось ОХ совпадает с направлением пуска. Здесь _л - угол между осью ОХ и направлением луча, _уо – угол между осью ОХ и направлением на УО (линией дальности),  - угол вектора скорости УО относительно линии линия дальности. Кинематическое звено связывает между собой углы _уо и . Угол _уо образуется путем интегрирования угловой скорости линии дальности .

.

Угловая скорость определяется через нормальную составляющую вектора скорости V_н (т.е. перпендикулярную линии дальности)

 = V_н /r = V_уоsin /r  V_уо /r.

где r – текущая дальность ПУ-УО.

Дальность r является переменной величиной и определяется относительной скоростью ПУ-УО: r = V_от t,

где t – текущее время от момента пуска.

V_отн – относительная скорость УО-ПУ (V_отн = V_уо – V_пу);

Тогда

.

Перейдя через преобразование Лапласа к операторной форме, получим

Тогда

, (2.2)

Как видно из выражения (2.2), кинематическое звено нестационарное, т.к. его параметр зависит от текущей дальности r.

Для компенсации нестационарности кинематического звена в звено формирования команд введено умножение на текущую дальность r. Необходимость данной операции иллюстрируется рис.2.2. С увеличением дальности ПУ-УО при одном и том же угле рассогласования  увеличивается текущий промах l. Следовательно, для стабилизации контура наведения коэффициент передачи ЗВК должен постоянно возрастать. Звено выработки команд может быть представлено безынерционным нестационарным звеном с коэффициентом передачи

К_звк = К_zvk r = К_zvk V_отн t. (2.3)

Где К_zvk – статический коэффициент передачи. Поскольку в системах РТН расстояние между ПУ и УО не измеряется, оно заменяется оценкой V_отнt в предположении, что V_отн = const. Поскольку моделируемая система имеет астатизм второго порядка и без дополнительных мер будет неустойчивой, в состав ЗВК включена корректирующая цепь с передаточной функцией

К_кор= (1+К_к р) (2.4)

Общая схема моделирования представлена на рис.2.3.

В данной схеме измерительное звено представлено сумматором и передаточной функцией Transfer Fcn2. Звено выработки команд моделируется блоками Derivative1, Gain4, Product1, Gain6, сумматором. Силовой привод моделируется блоком Saturation, ограничивающим угол отклонения рулей с целью непревышения располагаемой перегрузки. В состав модели УО входят блоки Transfer Fcn1, Transfer Fcn , Derivative, Gain1 и два сумматора. В состав кинематического звена входят блоки Product, Integrator2. Блок Product2 совместно с сумматором формирует текущий промах в картинной плоскости (т.е. плоскости, нормальной направлению луча). Блоки Product4, Gain2, Derivative2 формируют перегрузку УО. Блоки Product3, Clock, Constant1 производят оценку текущей дальности ПУ-УО. Блок Constant задает скорость УО.

Входное воздействие формируется блоками Step, Ramp, Band-Limited White Noise.

Фиксация результатов моделирования осуществляется трехлучевым осциллографом Scope. Первым лучом регистрируется угол курса , вторым – промах, третьим – перегрузка УО.