Содержание

Введение	3
1 Техническое задание	4
2 Выбор элементной базы	6
2.1 Выбор микропроцессорной системы	6
2.2 Выбор двигателя	8
2.3 Выбор редуктора	11
2.4 Выбор датчика обратной связи	12
2.5 Выбор усилителя для ДПТ	13
3 Расчет датчика обратной связи	15
4 Расчет устойчивости системы	17
5 Построение логарифмической характеристик САУ	20
5.1 Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ САУ	21
5.2 Построение желаемой ЛАЧХ и ЛФЧХ	23
6 Синтез корректирующих звеньев	26
6.1 Синтез параллельного корректирующего звена	26
6.2 Синтез программного корректирующего устройства	28
6.3 Выбор корректирующего устройства	30
Заключение	31
Список использованной литературы	32
Приложение А	33

Введение

Целью курсового проекта является разработка системы автоматического управления наведением наземных пусковых установок ЗРК «Круг».

Эпоха боевой электроники уже наступила. В высокотехнологичных войнах XXI века ударной силой станут роботизированные комплексы.

Уже во Второй мировой войне для своевременного обнаружения самолетов противника и наведения на них зенитной артиллерии начали применяться новые средства - радиолокационные станции (РЛС), что сразу же позволило резко повысить эффективность поражения самолетов противника. Это вынудило искать средства нейтрализации РЛС, что привело к разработке и производству самолетных станций помех, а также аппаратуры постановки так называемых пассивных помех в виде выброса металлизированных лент-диполей, которые "ослепляли" экраны РЛС, нарушая их нормальную работу.

Однако радикальное противостояние между авиацией и средствами ПВО возникло с появлением зенитно-ракетных средств и комплексов, как стационарных, так и подвижных, способных действовать и прикрывать не только важные государственные и военные объекты, но и группировки войск. Резко возросли зоны поражения (высота и дальность стрельбы), а главное - эффективность поражения целей. Для наведения (самонаведения) ракет на самолеты противника стали использоваться не только РЛС широкого спектра частот, но и ракеты с инфракрасными (тепловыми) головками самонаведения.

1 Техническое задание

Зенитный ракетный комплекс "КРУГ" предназначен для противовоздушной обороны войсковых группировок и объектов. Он способен поражать самолеты армейской, тактической и стратегической авиации, вертолеты огневой поддержки, крылатые ракеты и дистанционные пилотируемые летательные аппараты, летящие на малых и средних высотах со скоростью до 600 м/с.

Необходимо разработать систему автоматического управления, позволяющая осуществлять наведение наземных пусковых установок ЗРК «Круг». Структурная схема данной системы приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема САУ наведения ЗРК «Круг».

В состав САУ входят следующие основные устройства:

- микропроцессорная система (МПС);

- усилитель напряжения (У);

- двигатель постоянного тока (Дв);

- редуктор (Р);

- датчик обратной связи (Д) - тахогенератор;

Работает система следующим образом.

Значение переменной со­стояния объекта с помощью ­датчика угла поворота вводится в микроконтроллер, сравнивается с заданным зна­чением. Микроконтроллер в соответствии с алгоритмом управления формирует переменное управление U, которое через усилитель (предназначен для преобразования маломощного сигнала управления с МК до необходимого уровня) воздей­ствует на скорость вращения двига­теля и через редуктор скорость вращения платформы.

Параметры регулируемой системы:

- скорость вращения в нагрузке Ω_Н = 22 с^-1;

- ускорение в нагрузке ε_Н =2,1 с^-2;

- скорость ускорения в нагрузке g_H =0,9 с^-3;

- момент инерции нагрузки J_Н = 6,3 кгּм²;

- вращающий момент в нагрузке M_Н = 810³ Нּм;

- максимальный интервал обновления данных (период дискретности)

T₀ = 1 сек;

- масса платформы m=320 кг.

- скорость поворота платформы, град./с 36

Требования к проектируемому регулятору:

1. Время регулирования t_p  0.5 c;

2. Колебательность М  1,2;

3. Перерегулирование   20 %;

4. Максимально допустимое отклонение регулируемой величины в установившемся режиме  4%;

4 РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

Подставим найденные передаточные функции в структурную схему системы (рисунок 4).

Рисунок 4 – Структурная схема САУ наведения ЗРК «Круг».

Передаточная функция замкнутой системы:

(24)

Построим переходный процесс САУ. Для этого проведем обратное преобразование Лапласа от передаточной функции САУ.

(25)

Т.е. , (26)

График переходного процесса приведен на рисунке 5

t_п

t_н,

h_уст

Рисунок 5 – График переходного процесса САУ

По полученному переходному процессу определим показатели качества САР:

1. Установившееся значение h_уст=4.55

Тогда 5% интервал отклонения от установившегося значения будет соответствовать следующей величине.

2. Перерегулирование

(27)

3) Время переходного процесса t_п=3 с.

4. Время нарастания регулируемой величины t_н=5,7 c.

5) Время первого согласования (время, когда регулируемая величина в первый раз достигает своего установившегося значения) t₁=5,7 c.

6. Период колебаний Т=∞.

7. Частота колебаний .

8. Колебательность (число колебаний за время колебательного процесса) n=0.

9. Декремент затухания .

Определим косвенные оценки качества. Для этого построим амплитудно-частотную характеристику (рисунок 6).

(28)

А_max

Рисунок 6 – амплитудно-частотная функция САУ

1) Резонансная частота (частота при которой АЧХ достигает своего максимального значения) ω_Р=0

2) Показатель колебательности . (29)

3) Частота среза – частота, при которой АЧХ достигает значения, равного 1. Следовательно _ср=4.

Проверим устойчивость САУ по критерию Шур-Кона.

Для того, чтобы импульсная САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы определители Шур-Кона с четным индексом были положительны, а с нечетным – отрицательны.

Проведем z-преобразование передаточной функции САУ.

(30)

Для этого разложим передаточную функцию замкнутой системы на элементарные дроби:

Для каждой дроби запишем соответствующие z-преобразования, получим:

(31)

их сумму умножим на , и после подстановки времени дискретизации Т=1 с и упрощений получим следующий вид передаточной функции:

(32)

Таким образом, получили характеристическое уравнение в z – форме вида:

Или (33)

Составим определители Шур-Кона

Так как нечетный определитель отрицателен, а четный со знаком плюс, следовательно, система является устойчивой.

5 ПОСТРОЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САУ

5.1 Построение ЛАЧХ и ФЧХ САУ

Для дальнейшего исследования, передаточную функцию разомкнутой системы подвергаем z – преобразованию.

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

W_р(p) = (34)

Запишем для каждой дроби соответствующее z-преобразование и умножим на при Т=1,2 с, получим:

(35)

Заменим z на выражение от псевдочастоты : z=, где , получим:

Упростив выражение, получим:

(36)

Определим точки излома ЛАЧХ.

, (37)

где Т₁=0,5 , ;

, (38)

где Т₂=0,43 , ;

20lg(0.94)= -0.53 дБ - ордината начальной точки ЛАЧХ.

Полученная ЛАЧХ приведена на рисунке 7

-20 дБ/дк

-40 дБ/дк

0 дБ/дк

λ₁

λ₂

Рисунок 7 – ЛАЧХ разомкнутой системы

Построение ЛФЧХ производят по выражению:

(39)

ЛФЧХ разомкнутой системы приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 – ЛФЧХ разомкнутой системы управления

5.2 Построение желаемой ЛАЧХ

Желаемой называют асимптотическую ЛАЧХ разомкнутой системы, имеющей желаемые (требуемые) статические и динамические свойства. ЖЛАЧХ состоит из трех основных асимптот: низкочастотной, среднечастотной и высокочастотной. Среднечастотная асимптота ЛАЧХ разомкнутой системы и ее сопряжение с низкочастотной определяют динамические свойства системы – устойчивость и показатели качества переходной характеристики.

Поскольку в исходной САУ присутствует дискретное устройство, построение желаемой ЛАЧХ (ЖЛАЧХ) ведется методом запретных зон.

Построение ЖЛАЧХ начинаем с построения запретной зоны, геометрия которой определяется положением рабочей точки.

Частота рабочей точки определяется выражением.

lg(0.43)= -0.4( с^-1) (40)

Значения (=0,9 - скорость обработки сигнала; =2,1 – ускорение) заданы в техническом задании.

Найдем значение амплитуды рабочей точки:

(41)

Определим координаты рабочей точки:

20lоg(A_р)=21 (дБ)

Следовательно, рабочая точка имеет координаты (0,4; 21). Через полученную точку А_р проводим прямую с наклоном –20 дБ/дек. Данная прямая ограничивает сверху «запретную зону».

По номограмме Солодовникова (Рисунок 9) и желаемому перерегулированию , колебательности (М=1,2) и времени регулирования (t_р=0.5 c) определяем частоту среза:

, где b=2,5. (42)

lg(15.7)=1.2 (с^-1).

Рисунок 9 - Номограмма Солодовникова

Определим среднечастотную область, с верхней границей (дБ) и с нижней границей (дБ).

Наклон ЖЛАЧХ в среднечастотной области равен –20 дБ/дек. Наклон ЖЛАЧХ в высокочастотной области должен быть близким к наклону исходной ЛАЧХ. ЖЛАЧХ приведена на рисунке 10.

Построенная желаемая ЛАЧХ лежит выше точки А_р, то есть не попадает в запретную область.

Передаточная функция полученной желаемой ЛАЧХ запишется в виде:

(43)

РТ

Рисунок 10 – ЛАЧХ, ЖЛАЧХ разомкнутой системы

ЖЛФЧХ разомкнутой системы приведена на рисунке 10

Рисунок 11 – ЖЛФЧХ разомкнутой системы

6 СИНТЕЗ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЗВЕНЬЕВ

6.1 Синтез параллельного корректирующего звена

Коррекция динамических свойств САР осуществляется для выполнения требований по точности, устойчивости и качеству переходных процессов.

Коррекция применяется также как средство обеспечения устойчивости неустойчивой системы или расширения области устойчивости, а также повышения качества переходного процесса.

Осуществляется коррекция с помощью введения в систему специальных корректирующих звеньев с особо подобранной передаточной функцией. Принципиально корректирующие звенья могут включаться либо последовательно с основными звеньями САУ, либо параллельно им (существуют и комбинированные способы включения). Соответственно, по способу включения в систему корректирующие звенья делятся на последовательные и параллельные.

Для обеспечения необходимой точности наведения зенитной установки в разомкнутую цепь необходимо параллельно включить корректирующее устройство, т.е. необходимо произвести синтез параллельного корректирующего устройства.

Передаточная функция параллельного корректирующего устройства находится по выражению:

W_k(λ)=1/W_ж(λ) (44)

Это значит, что ЛАЧХ параллельного корректирующего звена может быть получена из ЖЛАЧХ домножением ее на минус 1.

(45)

Следовательно, получаем передаточную функцию параллельного корректирующего звена в виде:

(46)

Построим ЛАЧХ корректирующего устройства.

Рисунок 12 – ЛАЧХ параллельного корректирующего устройства

По найденной W_к подбирается соответствующее корректирующее устройство, представленное на рисунке 13.

Рисунок 13 - Параллельное корректирующее устройство

Р

;

;

(47)

ассчитаем параметры корректирующего устройства:

С₁ = 10мкФ; ; Ом;

Ом