Добавил:

student_tipo Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Балаковский институт техники, технологии и управления

Предмет:

Теория автоматического управления

Файл:

1 Лекция

.doc

Скачиваний:

Добавлен:

22.02.2014

Размер:

570.88 Кб

Скачать

☆

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Введение.

Содержание дисциплины.

Решаемые задачи.

Историческая справка.

Цель дисциплины – специалисты по динамике полета и управлению движением должны знать методы анализа и синтеза комплексов и систем управления ЛА.

Задача дисциплины – научить методам исследования, расчета и решения задач анализа и синтеза динамических систем.

Содержание дисциплины:

Дискретные системы: импульсные, цифровые, релейные. Виды модуляции. Решетчатая функция.
Математические основы теории импульсных систем.
Математические модели импульсных систем в виде разностных уравнений и структурных схем. Идеальный импульсный элемент. Передаточные функции.
Частотные характеристики импульсных систем. W – преобразование. Логарифмические частотные характеристики.
Устойчивость импульсных систем.
Точность и коррекция импульсных систем.

Лабораторные занятия.

Лаб. 1. Исследование дискретных моделей контуров стабилизации ЛА.
Лаб. 2. Исследование точности и устойчивости контуров стабилизации ЛА с импульсным элементом.
Лаб. 3. Исследование качества контуров стабилизации ЛА с импульсным элементом.

Литература по курсу:

Основная литература

Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978г.
Воронов А.А. и др. Основы теории автоматического регулирования и управления. Учеб. Пособие для вузов. М.: Высш.Школа, 1997г.
Полонская Л.В. Импульсные и цифровые системы автоматического управления. Учеб.пособие. Л.: ЛМИ, 1979г.
Под ред.Бесекерского В.А. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978г.
Шалыгин А.С., Кабанов С.А., Толпегин О.А. Расчет динамических характеристик систем автоматического управления на ЭВМ. Л.:ЛМИ, 19896г.

Дополнительная литература

Шалыгин А.С., Санников В.А. Методы исследования устойчивости динамических систем. Спб.: БГТУ, 1996г.
Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. М.: Наука, 1976г.
Математические основы теории автоматического регулирования. /Под ред.Б.К.Чемодановва. М.: Высшая школа, 1977г.
Под ред. Красовского А.А. Справочник по теории автоматического управления. М.: Наука, 1985г.

Дискретные системы автоматического управления

В технике управления наряду с непрерывными широко применяются дискретные системы, в которых контур управления замыкается только на определенные промежутки времени, осуществляя воздействие на исполнительный орган импульсами.

В паузах между импульсами цепь управления остается разомкнутой.

Дискретные регуляторы появились в прошлом столетии «на отсечки пара».

Наиболее полное изложение результатов исследований первого этапа было дано в книге Н.Е.Жуковского «Теория регулирования хода машин» (1909).

Рассмотрим некоторые примеры дискретных автоматических систем управления.

Автодальномер. Рассмотрим автоматическую систему определения дальности до обнаруженного объекта, применяемую в радиолокационных станциях импульсного типа. Упрощенная функциональная схема автодальномера приведена на рис.1.

АП

СД

ВД

ПР

БРЗ

Рис.1.

Схема состоит из следующих блоков: АП – антенны с антенным переключателем, П – приемника, СД – селектора дальности, ВД – временного дискриминатора (различителя), БРЗ – блока регулируемого запаздывания (временного модулятора), С – синхронизатора, ПР – передатчика.

Синхронизатор С предназначен для выработки управляющих импульсов с периодом следования . Эти импульсы запускают передатчик ПР, создающий зондирующие импульсы ЗИ с тем же периодом . Одновременно импульсы ЗИ поступают на вход блока БРЗ, где они задерживаются на время , зависящее от управляющего напряжения и. Антенный переключатель АП служит для поочередного подключения антенны радиолокатора то к передатчику ПР (для излучения зондирующего импульса с целью обнаружения объекта), то к приемнику П (для приема отраженного от объекта импульса). Для исключения ошибок в работе дальномера предусмотрен селектор дальности СД, который пропускает с приемника только сигналы, отраженные от облучаемого объекта. Этот отраженный импульс ОИ (эхо-импульс) поступает на один из входов временного дискриминатора ВД.

СС1

ВД

Эхо

импульс

СС2

СФСИ

(от БРЗ)

рис.2 (а)

Принцип радиолокационного измерения дальности основан на определении промежутка времени от момента посылки зондирующего импульса ЗИ передатчиком ПР до момента прихода отраженного импульса от объекта (эхо-импульса). , где L – дальность до объекта, с – скорость распространения электромагнитного излучения. Отсюда следует, что определение дальности может быть сведено к измерению промежутка времени , на который отраженный от объекта радиоимпульс запаздывает относительно импульса, излученного передатчиком. Измерение временного интервала сводится к сравнению его с другим временным промежутком , на который запаздывает выходной импульс , снимаемый с блока БРЗ, относительно управляющего сигнала . Как указывалось выше, зондирующий импульс поступает на вход БРЗ одновременно с посылкой зондирующего импульса ЗИ к объекту. Задержанный импульс поступает на второй вход ВД и запускает генератор СФСИ, который вырабатывает два селекторных импульса СИ1 и СИ2 (рис.2) одинаковой амплитуды и длительности, симметрично расположенных относительно переднего фронта выходного импульса блока регулируемого запаздывания БРЗ. Значение выходного сигнала

где - коэффициент пропорциональности. В качестве блока БРЗ используются специальные электронные схемы.

Если обеспечить (с той или иной степенью точности) выполнение равенства , то управляющий сигнал БРЗ будет служить количественной оценкой дальности до цели с коэффициентом пропорциональности . Поэтому рассматриваемый радиодальномер представляет собой своеобразную импульсную следящую систему, в которой обеспечивается слежение величины за величиной .

Для определения ошибки используется ВД. Он представляет собой сложное электронное устройство, состоящее из двух блоков совпадения СС1 и СС2, интегратора И и схемы формирования стробирующих импульсов СФСИ. Функциональная схема ВД представлена на рис.2 (а). Каждый из блоков СС1 и СС» имеет два входа, на один из которых поступает отраженный от объекта импульс ОИ (эхо-импульс), на второй – селекторные импульсы СИ1 и СИ2. Каждый из блоков совпадения формирует выходной импульс И лишь при условии одновременного наличия обоих входных сигналов. Выходные импульсы И1 и И2 представляют собой части отраженного импульса ОИ, совпадающие с первым СИ1 и вторымСИ2 селекторными импульсами. Разность длительностей И1 и И2 пропорциональна . Импульсы И1 и И2 подаются на блок интегратора И, который содержит две ключевые схемы и интегрирующую RC цепочку с большой постоянной времени. Можно считать, что напряжение на конденсаторе изменяется при наличии импульса И1 или И2 по линейному закону. После окончания импульсов И1 и И2 приращение напряжения u пропорционально рассогласованию . На рис.2 (б), приведены временные диаграммы, поясняющие работу автодальномера в течение одного периода . При на вход блока БРЗ подается сигнал u, стремящийся ликвидировать ошибку .

ЗИ

СИ СИ1 СИ2

ОИ

И1,И2 И1

И2

Рис.2 (б)

Импульсные системы регулирования широко применяются в радиолокационных установках, предназначенных для обнаружения подвижных объектов и определения их координат. Использование импульсного радиоизлучения позволяет увеличить дальность обнаружения и резко сократить габариты и вес радиолокационной аппаратуры, что особенно важно для бортовых радиолокационных систем.

Цифровая комплексно-автоматизированная система управления.

Рассмотрим коротко основные задачи, которые решает бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) в процессе подготовки пуска и в течение полета летательного аппарата (ЛА).

В задачу автоматического управления движением ЛА входит траекторное управление и угловая стабилизация движения ЛА. В соответствии с этим систему управления ЛА принято делить на две части: систему траекторного управления и систему стабилизации. Система стабилизации состоит из трех автоматов угловой стабилизации (для каждой из осей вращения – тангажа, рыскания и крена) и двух автоматов стабилизации движения центра масс в продольной и боковой плоскостях. Таким образом, на БЦВМ возлагается задача обслуживания целого ряда зависимых и независимых каналов управления. При этом БЦВМ выполняет как бы функции многоканального регулятора, обслуживающего последовательно во времени отдельные подсистемы, образующие в совокупности комплексно-автоматизированную систему управления. Кроме того, во время предстартовой подготовки БЦВМ используется для проверки самого ЛА и его системы управления.

Функциональная схема ЛА приведена на рис.3. Во время полета ЛА на входы БЦВМ поступают сигналы с различных датчиков, которые характеризуют угловое и пространственное положение аппарата. Одни из этих датчиков, такие, как датчики углов ДУ и акселерометры, установлены на гиростабилизированной платформе, другие, например датчики угловой скорости ДУС и датчики поперечных ускорений, крепятся непосредственно на корпусе ЛА. Информация об угловом положении ЛА поступает с ДУ тангажа, рыскания и крена, установленных по всем трем осям гиростабилизированной платформы. Информация об угловых перемещениях снимается с ДУС. Эта информация используется, как правило, для стабилизации упругих колебаний корпуса ЛА. Сигналы с датчиков поперечных ускорений предназначены для уменьшения нагрузок на конструкцию ЛА в плотных слоях атмосферы. Информация движения центра массы рассчитывается по сигналам с трех интегрирующих акселерометров. В запоминающем устройстве БЦВМ хранятся программные законы изменения каждой из линейных и угловых координат ЛА, а также алгоритмы обработки информации по каждому из каналов угловой стабилизации и стабилизации движения центра масс. Машина сравнивает фактическое значение каждой из координат с ее программным значением для текущего момента времени, определяет сигнал ошибки и вычисляет управляющее воздействие последовательно для всех каналов управления. Сформированные БЦВМ управляющие сигналы преобразуются в непрерывные и поступают на рулевые приводы управляющих органов самого ЛА, в результате чего обеспечивается движение по заданной траектории с требуемой точностью.

Управление вектором тяги нулевой ступени

игналы об