МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
"Харківський політехнічний інститут"
Є. Є. Александров, Е. П. Козлов, Б. І. Кузнецов
АВТОМАТИЧНЕ
КЕРУВАННЯ РУХОМИМИ ОБ'ЄКТАМИ І ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
У чотирьох томах
За загальною
редакцією Є. Є. Александрова
ТОМ 2
Рекомендовано Міністерством освіти
і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
УДК 621.3.078.001
Рецензенти: В. М. Кунцевич, академік НАН
України, директор Інституту космічних досліджень НАН України та НКА України,
Я. Є. Айзенберг , д-р техн. наук, професор,
Генеральний конструктор України з ракетно-космічних систем, Генеральний
директор НВП "ХАРТРОН" Міністерства промислової політики України,
А. С. Кулік, д-р техн. наук, професор, завідувач
кафедри систем управління літальними апаратами ХНАКУ ім. М. Є. Жуковського
Александров Є. Є. та ін.
Автоматичне керування рухомими об'єктами і
технологічними процесами: Навч.
посібник: У 4 т. - Т. 2: Автоматичне
керування рухом літальних апаратів / Є. Є. Александров,
Е. П. Козлов, Б. І. Кузнецов; За заг. ред.
Є. Є. Александрова. - Харків: НТУ
"ХПІ", 2006. -528 с.
ISBN 966-593-433-3 (повне зібрання) ISBN 966-593-434-1 (том 2)
Другий том посібника присвячений теоретичному
обґрунтуванню структури системи керування безпілотного літального апарату, яким
є балістична ракета: принципам побудови автономного пристрою вимірювання
каналів наведення її центра мас на ціль і керування ракетою на активній ділянці
траєкторії, а також визначенню допустимих значень параметрів закону керування.
Кожний підрозділ супроводжується контрольними
запитаннями, а останній присвячений організації обчислювальної практики по
дослідженню динаміки замкненої системи «нестаціонарний об'єкт - регулятор».
ЗМІСТ
ПРИЙНЯТІ СКОРОЧЕННЯ І ПОЗНАЧЕННЯ
ГЛАВА 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО
СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ РАКЕТ
1.
ДЛЯ ЧОГО ПОТРІБНА СИСТЕМА КЕРУВАННЯ?
1.1. Роль системи керування в забезпеченні потрібної ефективності ракетного
удару
1.2. Системи координат, що використовуються в теорії систем керування ЛА
1.3. Завдання, що вирішуються системою керування
літальним апаратом (СКЛА). Канали системи керування
2.ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ АВТОНОМНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ
2.1. Акселерометри
2.2. Що вимірюють акселерометри? Поняття про "уявний" і "квазіуявний" параметри руху
2.3. Гіроскоп: визначення, класифікація, основні властивості
2.3.1. Властивості гіроскопічної реакції.
2.3.2. Властивість прецесії.
2.3.3. Властивість стійкості головної осі гіроскопа
2.3.4.Властивість
паралелізму
2.4.Гіроскопічні прилади систем керування ракет
2.4.1.Позиційні
гіроскопи
2.4.1.1. Гірогоризонт (ГГ)
2.4.1.2.Гіровертикант
(ГВ)
2.4.2. Важкий гіроскоп (гіроінтегратор
лінійних прискорень)
2.4.3. Двоступеневі гіроскопи як датчики кутової
швидкості або кутів повороту ЛА
2.5.Гіростабілізатори (ГС)
2.5.1.
Одноосьовий
гіростабілізатор. Принцип роботи гіроскопічної стабілізації.
2.5.2. Одноосьовий гіростабілізатор. Принцип силової
гіроскопічної стабілізації.
2.5.3. Трьохосьовий гіростабілізатор (ТГС)
2.5.4. Чотирьохосьовий гіростабілізатор
2.6. Випробування гіроприладів
ГЛАВА 2. СИСТЕМИ
НАВЕДЕННЯ РАКЕТ
3.ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПОБУДОВИ АВТОНОМНИХ СИСТЕМ НАВЕДЕННЯ
3.1.Загальні положення. Принцип наведення ракети на ціль та шляхи спрощення
цього завдання
3.2.Програмування руху
3.2.1.Жорстке
програмування
3.2.2.Гнучке
програмування
3.2.3.Вільне
програмування
3.3. Функціонали наведення, що ґрунтуються на лінеаризації функції дальності
поблизу розрахункової точки кінця АДТ
Рівняння керування дальністю
3.4. Використання функціонала наведення (3.63) для одержання методу
наведення в квазіуявних параметрах
3.5. Одержання функціонала наведення шляхом розкладання базових функцій відносно
розрахункової попадаючої траєкторії.
3.6. Про можливості керування параметрами орбіти космічних апаратів
3.7. Основи керування багатоелементними балістичними апаратами
3.8. Термінальне наведення
4.МЕТОДИ
НАВЕДЕННЯ. РЕАЛІЗАЦІЯ ФУНКЦІОНАЛІВ НАВЕДЕННЯ В АВТОМАТАХ КЕРУВАННЯ ДАЛЬНІСТЮ
4.1. Визначення. Загальні положення
4.2. Використання першої форми рівняння керування дальністю для створення АКД.
Реалізація λ - μ - методу
наведення
4.3.Використання другої форми рівняння керування
дальністю для створення АКД. Реалізація α
- β
- методу наведення
4.4.Реалізація функціонала наведення в квазіуявних
параметрах за допомогою БЦОМ
4.4.1.
Обчислення
частини функціонала на кожному такті.
4.4.2.
Розв'язання
задачі екстраполяції.
4.5. Обчислення дійсних параметрів руху на борту ракети
4.6.
Шляхи спрощення функціоналів наведення
4.6.1.
Однокоординатний метод
4.6.2.
Керуваня дальністю за допомогою гіроінтегратора,
вісь чутливості якого жорстко орієнтована відносно поздовжньої осі ОХ.
4.6.3.Модифікація λ - μ-методу наведення, інший варіант однокоординатного методу.
4.7.Наведення ракети за напрямом
5.ТОЧНІСТЬ СТРІЛЬБИ. ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ
ТОЧНОСТІ
5.1.Структура промаху (відхилення координат точки падіння ГЧ від координат
цілі)
5.2.Похибки пасивної ділянки траєкторії (ΔLПДТ)
5.2.1. Вплив
розкиду імпульсу післядії.
5.2.2 Вплив збурення при відділенні ступеня від ГЧ.
5.2.3. Вплив зовнішніх збурень на атмосферній ділянці
спуску.
5.3.Інструментальні похибки (ΔLI)
5.3.1. Помилки передстартового орієнтування ТГС.
5.3.2. Похибки ТГС, що не залежать від тривалості
польоту
5.3.3. Похибки, пропорційні тривалості польоту.
5.3.4.
Похибки,
пропорційні переобтяженню
5.3.5. Шляхи зменшення інструментальних похибок
вимірювачів
5.4. Методичні похибки систем наведення (ΔLI)
5.5. Групування приладів, як засіб зменшення інструментальних похибок
ГЛАВА З. СИСТЕМИ СТАБІЛІЗАЦІЇ РАКЕТ
6.ПРОБЛЕМИ СТАБІЛІЗАЦІЇ РАКЕТ У ПОЛЬОТІ
6.1. Особливості роботи системи стабілізації ракети
6.2. Допущення, що приймаються при аналізі систем стабілізації..
7.СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ УЯВНОЇ ШВИДКОСТІ
7.1. Призначення і структура системи
7.2. Дослідження динаміки лінійної системи регулювання уявної швидкості
7.2.1. Ракета як об'єкт керування
7.2.2. Камера згорання двигуна
7.2.3. Рухова установка та її автоматика
7.2.4. Привід регулятора швидкості.
7.2.5. Підсилювальний пристрій
7.2.6. Обчислювальний пристрій
7.2.7. Вимірювач і датчик.
7.2.8.
Аналіз стійкості лінійного
контуру РУШ.
7.3.
Дослідження динаміки нелінійної системи РУШ
7.3.1. Нелінійні ланки в РУШ.
7.3.2. Методи дослідження нелінійних систем
7.3.3. Метод гармонічної лінеаризації.
7.3.4.Дослідження стійкості нелінійної гармонічно лінеаризованої системи
7.3.5.Аналіз стійкості і шляхи синтезу параметрів нелінійної
системи РУШ.
8.ДИНАМІЧНІ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТИ ЯК ОБ'ЄКТА КАНАЛІВ СТАБІЛІЗАЦІЇ У
БІЧНІЙ ПЛОЩИНІ
8.1. Рівняння руху абсолютно жорсткої ракеті із затверділім паливом
8.2. Рівняння руху рідкого наповнення баків. Вплив руху рідини на динаміку
ракети
8.3. Вплив пружних деформацій
корпусу ракети на її динаміку.
Рівняння пружних поперечних коливань. Повна динамічна схема
9.СИСТЕМИ БОКОВОЇ І НОРМАЛЬНОЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ
9.1. Значення системи стабілізації центра маси для забезпечення високої точності
стрільби. Вимоги, що ставляться до виду закону керування контуру РБШ (РНШ)
9.2. Точність роботи каналу РБШ. Вплив каналу рискання на точність стабілізації
центра маси
10.РУЛЬОВИЙ ПРИВІД АВТОМАТА СТАБІЛІЗАЦІЇ
10.1.Рульові органи балістичних ракет
10.1.1.
Аеродинамічні
рульові органи
10.1.2.
Газодинамічні
рульові органи
10.2. Принцип функціонування
електрогідравлічного рульового привода
10.3.Статичні характеристики привода
10.4.Динамічні характеристики елементів лінійного рульового привода
10.4.1. Електромеханічний
перетворювач
Гідропідсилювач
10.4.2.
Силовий
циліндр
10.4.3.
Підсилювальні
пристрої.
10.4.4.
Елементи
зворотного зв 'язку
рульового привода
10.5. Аналіз динаміки замкненого лінійного рульового привода
10.6. Вплив неминучих не лінійностей рульового привода на його динамічні характеристики
10.7.Рульовий привод
цифрової системи стабілізації
11.
СТІЙКІСТЬ СИСТЕМИ КУТОВОЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ В ПОЛЬОТІ
11.1. Загальні положення
11.2. Стійкість руху абсолютно жорсткої ракети із затверділим паливом
11.2.1.Дослідження стійкості руху навколо центра маси (за
рисканням) на позаатмосферній ділянці без урахування контуру РБШ.
11.2.2.Дослідження стійкості руху ракети по рисканню з
урахуванням впливу атмосфери (контур РБШ відсутній)
11.2.3. Урахування впливу центра маси на стійкість
кутового руху по рисканню
11.2.4. Вплив параметрів закону керування Кż
і Kz контуру РБШ на стійкість кутового руху ракети
11.2.5. Вплив інерційності рульового привода
на стійкість руху по рисканню
11.2.6. Стабілізація ракети по крену.
11.3. Стійкість руху
ракети-носія з урахуванням коливань рідини в баках
11.4.
Стійкість руху ракети-носія
з урахуванням пружних коливань її корпусу
11.5.
Потрібні частотні
характеристики автомата стабілізації.
Частота нульової фази. Комутація параметрів автомата стабілізації в польоті
11.6. Вплив неминучих нелінійностей автомата
стабілізації на стійкість кутового руху
11.6.1.
Симетричні
граничні цикли
11.6.2.
Несиметричні
граничні цикли
11.7.Дискретні системи стабілізації
11.7.1. Особливості
дискретної системи стабілізації
11.7.2.Реалізація
закону керування в БЦОМ.
11.7.3.
Проблема стабілізації польоту
ЛА на гранично
малій висоті
12.ПАРАМЕТРИЧНИЙ
СИНТЕЗ АНАЛОГОВИХ І ЦИФРОВИХ СИСТЕМ СТАБІЛІЗАЦІЇ РАКЕТ- НОСІЇВ
12.1. Математична модель збуреного руху пружної ракети-носія
12.2. Постановка задачі параметричного синтезу системи стабілізації пружної
ракети-носія
12.3.Розв'язання задачі параметричного синтезу системи стабілізації ракет-носіїв
13.АВТОМАТ СТАБІЛІЗАЦІЇ,
ФУНКЦІОНАЛЬНА СТРУКТУРА, ПЕРЕВІРКИ.
13.1. Контур бокової (нормальної) стабілізації
13.2. Контур кутової стабілізації
13.3. Перевірки і регулювання автомата стабілізації
14.СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ СПОРОЖНЕННЯ
БАКІВ І ПРИПИНЕННЯ ПОЛЬОТУ
14.1.Система автоматичного регулювання спорожнення
баків
(САРСБ) призначення, структура, принцип дії
14.2. Алгоритм роботи САРСБ
14.3. Системи аварійного припинення польоту
15.ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПОБУДОВИ
СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ БАГАТОЕЛЕМЕНТНИМИ БАЛІСТИЧНИМИ АППАРАТАМИ (КОСМІЧНИМИ БОМБАРДУВАЛЬНИКАМИ)
15.1. Особливості керування багатоелементним балістичним апаратом на різних
ділянках його польоту
15.2. Функціональна схема системи керування космічним бомбардувальником
15.3. Принцип роботи системи керування космічним бомбардувальником
16.ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ ПРАКТИКУМ.
ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ БАЛІСТИЧНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ
16.1. Вступ
16.2. Програмування польоту БР на активній ділянці траєкторії Оцінка відхилення фактичних
параметрів руху ЛА від програмної траєкторії
16.3. Модель системи керування
16.3.
Дослідження № 1. Вплив методичних похибок системи наведення на точність стрільби
16.4. Дослідження № 2. Вплив якості роботи каналів стабілізації
центра маси на точність стрільби
16.7.Дослідження № 3. Вплив каналу стабілізації центра маси на стійкість кутового руху
16.8.
Дослідження № 4. Вплив коливань палива у баках та пружних коливань корпусу ракети на
стійкість польоту ракети і точність стабілізації траєкторії
16.9.
Дослідження № 5. Вплив інструментальних похибок вимірювачів кінематичних параметрів руху ЛА
на точність стрільби
16.10.
Дослідження № 6. Оцінка впливу якості
керування космічним бомбардувальником на влучність стрільби
ДОДАТОК 1
Отримання рівнянь руху ракети
(багатоелементного балістичного апарата) як твёрдого тіла
ДОДАТОК2
Отримання матриці напрямних косинусів
ДОДАТОКЗ
Визначення оптимальної орієнтації осей балістичної системи координат
АЛФАВІТНИЙ
ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЗЧИК
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ