УДК 692.7.016 ББК 39.67 Ж27

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Е.В. Славное; исполняющий директор ПНППК В.С. Ермаков

Жанжеров Е.Г.

Ж27 Системы управления летательными аппаратами и их силовыми установками: Учеб, пособие / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2005.- 124 с.

Приведены общие сведения о системах стабилизации летательных ап­ паратов (ДА), уравнения движения ЛА. Рассмотрены вопросы, касающиеся исследования динамики системы стабилизации при учете углового движе­ ния ЛА, упругих колебаний корпуса ЛА, колебаний жидкого топлива в ба­ ках ЛА. Представлен материал по анализу устойчивости и точности системы стабилизации движения центра масс ЛА. Изложена методика выбора зако­ нов управления, обеспечивающих удовлетворение требований, предъявляе­ мых к качеству регулирования процессов в системах стабилизации. Рас­ смотрены вопросы учета влияния нелинейностей автомата стабилизации на работу системы.

УДК 692.7.016 ББК 39.67

© Пермский государственный технический университет, 2005

ВВЕДЕНИЕ

Современная техника управления движущимися объектами достигла весьма высокого уровня совершенства. Особенно наглядны достижения в области построения систем управления летательными аппаратами различ­ ных классов и различного назначения, которые обусловлены высоким уровнем развития теории управления (методов анализа и синтеза подоб­ ных систем), элементной базы систем управления, электроники, средств автоматики, цифровых вычислительных средств.

Задача, решаемая при управлении полетом летательных аппаратов, за­ ключается в обеспечении доставки полезного груза из начальной точки в конечную, которая может быть расположена на земной поверхности, в воздушном или космическом пространстве. В соответствии с вышеизло­ женным система управления должна выполнять следующие функции: на­ ведения (навигации) и стабилизации. Под наведением (навигацией) пони­ мается задание в процессе полета летательного аппарата программного движения, под стабилизацией - отработка программного движения. Сис­ тема управления летательными аппаратами состоит из системы наведения для баллистических и зенитных ракет, системы навигации для самолетов, крылатых ракет и системы стабилизации.

В настоящем учебном пособии изложен материал, посвященный принципам построения, а также методам анализа и синтеза систем стаби­ лизации летательных аппаратов.

Системы стабилизации летательных аппаратов представляют собой системы автоматического управления с обратной связью. В их состав вхо­ дят чувствительные элементы, вычислительные и исполнительные устрой­ ства. В качестве чувствительных элементов, как правило, используются гироскопические Приборы и акселерометры. Они решают задачу измере­ ния угловых и линейных параметров движения летательных аппаратов, та­ ких как углы рыскания, тангажа, крена, а также продольных, вертикальных и боковых ускорений и скоростей. Вычислительные устройства, в качестве которых используются бортовые вычислительные машины (бортовые ком­ пьютеры), предназначены для реализации в них алгоритмов управления, обеспечивающих устойчивость системы и требуемую точность отработки программного движения. Вопросам синтеза данных алгоритмов в настоя­ щем учебном поспбИи уделено основное внимание. Значительное место в пособии занимает Материал, посвященный рулевым приводам - исполни­ тельным элементам систем стабилизации. Рассмотрены типы рулевых при­ водов, используемЫХ в системах стабилизации, влияние их инерционности

инелинейности статических характеристик на динамику системы. Для ис­ следования динамики системы используются частотные методы, основан­ ные на применении современного математического аппарата z- и w-npe- образований. При изложении материала реализован принцип «от простого к сложному», поэтому пособие в равной степени может быть использовано как студентами аэрокосмических и авиационных вузов, так и аспирантами

инаучными работниками, занимающимися исследованием и проектирова­ нием систем управления летательных аппаратов.

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫ Х АППАРАТОВ

1.1. Назначение системы стабилизации летательных аппаратов

Система стабилизации летательных аппаратов (Л А ) выполняет сле­

дующие основные функции:

1. Осуществляет программные развороты по углам тангажа и враще­

ния.

2.Стабилизирует движение ЛА относительно центра масс.

3.Подавляет упругие колебания корпуса ЛА.

4.Подавляет колебания жидкого наполнения баков Л А при использо­ вании жидкостного реактивного двигателя.

5.Стабилизирует движение центра масс ЛА.

Поясним подробнее данные функции.

В процессе полета Л А с целью его определенной ориентации осуще­ ствляется программный разворот по углам тангажа и вращения.

Программный разворот по углу тангажа производится либо в функции времени t (рис. 1.1, а), либо в функции кажущейся скорости w (рис. 1.1, б). В первом случае полет ЛА осуществляется по жесткой траек­ тории, во втором - по гибкой. Разворот по углу вращения ф выполняется в функции времени.

Рис. 1.1

В полете на Л А действуют различные возмущения, которые приводят к отклонениям углов разворота ЛА, а также параметров движения (скоро­ стей, координат) от программных значений. Следует уменьшать данные отклонения до допустимых пределов.

В процессе полета Л А под действием различных сил его корпус может изгибаться, что приводит к возникновению упругих колебаний корпуса. Эти колебания могут иметь расходящийся характер, в результате чего в конечном счете может произойти деформация и излом корпуса ЛА. Возни­ кает задача эффективного подавления этих колебаний. При наличии на