Файл: С. В. Кондаков 2019 г.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.01.2024

Просмотров: 276

Скачиваний: 10

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Система управления движением летательного аппарата представляет собой группу устройств и программных средств, расположенных на борту ракеты, предназначенных для управления движением и состоянием ракеты на всех этапах ее функционирования с целью обеспечения требуемой эффективности целевого применения.
Основные задачи, которые при этом решает система управления движения:
- управление движением центра масс или задачи навигации и наведения;
- управление движением относительно центра масс или задача ориентации и стабилизации;
- управление расходом топлива.
Важно отметить отличие навигации и наведения: навигация – это определение положения центра масс ЛА относительно некоторой инерциальной системы коор- динат без учёта расположения цели, а наведение – это вычисление способа дости- жения цели [3].
С ростом требований к тактико-техническим характеристикам современных ракет и развитием теории управлении происходит существенное усложнение задач, решаемых СУ. Необходимо обеспечивать точность наведения, требуемый вид траектории, оптимальность статических и динамических характеристик реакции ракеты на сигнал управления, так же необходимо выполнять подавление внешних воздействий.
Автоматическое управление ЛА обеспечивает возможность полностью автономного полета БПЛА по заданной траектории на заданной высоте с заданной скоростью и со стабилизацией углов ориентации.
Систему управления полётом ЛА можно представить общей блок-схемой
(рисунок 2).

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
14
24.05.06.2019.356.00
ПЗ ВКР
Рисунок 2 – Обобщенная блок-схема СУ ЛА
Рассмотрим подсистемы управления ЛА ракетного типа в порядке усложнения, учитывая, что каждая последующая подсистема включает в себя предыдущую.
Выделяют пять основных подсистем [1]:
1. Летательный аппарат как объект управления. Математическая модель ОУ сводится к уравнениям механики полета твердого тела в атмосфере. Входом дина- мического объекта являются углы отклонения органов управления
δ, выходом – ŷ совокупность параметров, характеризующих движение ракеты (линейные и угло- вые координаты, скорости, ускорения и т.д.)
2. Расширенный объект. При переходе от объекта к расширенному объекту ма- тематическая модель дополняется уравнениями приводов рулевых органов, отра- жающих их физический принцип (электромеханика, газодинамика, гидравлика) и конструктивную схему. Входом подсистемы служит
δ̂
отн
– набор заданных углов отклонения рулей, реализованных в виде электрических сигналов
3. Контур стабилизации или автопилот. Дополним расширенный объект сово- купностью устройств, осуществляющих измерение параметров ŷ и формирование сигналов с учетом требуемых и реальных значений параметров абсолютного дви- жения. Данные устройства образуют систему управления абсолютным движением.
Совокупность указанной системы и расширенного объекта представляет собой кон- тур стабилизации, входом которого служит совокупность заданных параметров аб- солютного движения – ŷ
зад
δ̂
отн


Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
15
24.05.06.2019.356.00
ПЗ ВКР
4. Автономный контур включает контур стабилизации и систему управления от- носительным движением и представляет собой систему, дополняющую уравнения кинематической связи ракеты с целью для замкнутой системы.
5. Контур наведения. Совокупность устройств, осуществляющих измерение па- раметров относительного движения
????̂
отн и формирование на их основе сигналов
????̂
зад с учетом задаваемых
????̂
зад отн
, называется СУ относительным движением. Кон- тур наведения будет включать контур стабилизации и СУ относительным движе- нием. Входами являются
????̂
зад отн и
????̂
ц
, выходом –
????̂
отн
Как мы видим, системы управления летательного аппарата (ЛА) – это сложная иерархическая система и наведение является одной из её ключевых подсистем.
Задача наведения ЛА состоит в организации и осуществлении пуска и наведения одной или нескольких ракет на одну или несколько целей с точностью, обеспечивающей срабатывание боевого снаряжения и поражение целей с вероятностью, не ниже заданной [17]. Алгоритмы наведения служат для расчета таких команд управления, чтобы она попадала в цель, то есть для выработки траекторий, при которых относительные координаты ракеты и цели одновременно обращались бы в ноль в некоторый заключительный момент времени полета.
Задача исследования алгоритмов наведения актуальна, как для летательных аппаратов атмосферного типа, так и для летательных аппаратов, способных совершать полет вне атмосферы Земли. Совершенствование методов самонаведения ракет атмосферного типа связано не только с разработкой новых видов высокоточного оружия и средств нападения, но и с повышением требований к точности наведения на цель и летным характеристикам. Необходимость создания систем самонаведения для космических ракет вызвана бурным развитием коммерческой космической инфраструктуры. Не исключено, что воздушно- космическое пространство в ближайшем будущем станет новым местом военных действий. В связи с этим мировые державы занимаются разработками оружия, способного функционировать как в атмосфере, так и за её пределами.
Целью данной работы является исследование алгоритмов и траекторий наведения беспилотных летательных аппаратов атмосферного типа и космического назначения. К задачам исследования относятся изучение систем наведения; анализ существующих методов наведения ракет и космических аппаратов; моделирование кинематических и динамических траекторий для классических непрерывных методов наведения; анализ возможности применения непрерывных методов наведения на объекты космического типа; разработка рекомендаций по использованию алгоритмов наведения космических аппаратов.


Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
24.05.06.2019.356.00
ПЗ ВКР
1 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ И ТРАЕКТОРИЙ НАВЕДЕНИЯ
1.1 Задача наведения как разновидность управления движением. Этап самонаведения на цель
Система управления летательным аппаратом - совокупность технических устройств, необходимых для изменения и стабилизации параметров движения ЛА.
Под автоматическим управлениемпонимается процесс изменения параметров ЛА с помощью средств автоматики без воздействия человека на органы управления. В основу процесса управления положены следующие этапы:
- получение информации о целях управления;
- получение данных о состоянии системы;
- анализ полученных результатов и выработка управляющего воздействия;
- реализация принятого решения.
На рисунке 3 представлены основные задачи системы управления полетом ЛА и место систем наведения в её составе [2].
Рисунок 3 – Классификация задач, решаемых СУ ЛА
Управление движением центра масс необходимо для полета ЛА по заданной траектории, для этого в БЦВМ реализуют алгоритмы навигации и наведения. Ал- горитмы навигации отвечают за определение в каждый текущий момент времени
Управление полетом ЛА
Управление движением центра масс
Управление движением относительно центра масс
Навигация
Наведение
Ориентация
Стабилизация
Определение требуемой траектории
Определение требуемых управляющих воздействий
Определение требуемого алгоритма управления

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
17
24.05.06.2019.356.00
ПЗ ВКР
пространственного углового положения ЛА и счисление скорости и координат. Ал- горитмы наведения служат для расчета таких управляющих воздействий, чтобы ко- ординаты ЛА и цели одновременно обращались бы в ноль в некоторый заключи- тельный момент времени полета.
Значительный класс задач, выполняемых ЛА, сводится к обеспечению встречи с целью. Под целью будем понимать точку пространства (на земле, в воздухе или космическом пространстве), являющуюся конечной точкой траектории полета ЛА.
Это может быть может управляемая ракета, истребитель, космический корабль, находящийся в аварийном состоянии; орбитальная космическая станция; малый космический объект и т.д.; в процессе сближения цель может бездействовать, нахо- дится в пассивном состоянии, в других же случаях цель может активно участвовать в процессе наведения [4].
При организации встречи ЛА с целью приходится решать ряд задач, которые сводятся к получению информации о движении цели и ЛА, передаче информации на пункты управления и ее переработке, формированию команд управления, наве- дению и самонаведению ЛА аппарата и др.
Систему наведения можно рассматривать как автоматическую систему управления движением ЛА относительно некоторой расчетной траектории, определяемой методом наведения. При этом под методом наведения понимают заданный закон сближения ракеты с целью, который в зависимости от координат и параметров движения цели определяет требуемое движение ракеты, обеспечивающее попадание ЗУР в цель.
Выделяют два основных вида систем наведения - программные (метод «жестких» траекторий) и получающие информацию от цели (метод «гибких» траекторий) [5].
В первых программа полета задается перед пуском ЛА. Какая-либо информация о координатах цели во время полета в систему наведения не поступает, и траектория
ЛА, заданная перед пуском программа, в процессе полета не может изменяться. Эти системы отличаются простыми алгоритмами и аппаратурной реализацией. К недостаткам относится трудность оперативного перехода на новую траекторию при изменении условий полета. Управляющим воздействием служит сигнал, который обеспечивает движение ЛА по номинальной траектории.
Второй тип систем строится на принципах терминального управления. Системы наведения, имеющие устройства для получения информации о положении цели, самостоятельно формируют во время полета программу управления ЛА в соответствии с движением цели. В этом случае управляющим воздействием для системы наведения служат параметры движения цели или ее координаты.
В зависимости от способа получения информации для выработки сигнала


Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
24.05.06.2019.356.00
ПЗ ВКР
наведения и его физической реализации, в том числе определения координат аппарата и цели, различают:
- автономные системы;
- системы самонаведения;
- системы теленаведения;
- комбинированные системы.
Автономные (программные) системы - системы управления, которые получают информацию о цели управления только заранее перед пуском и не получают дополнительной информации о цели управления во время полёта ракеты. Системы автономного (программного) управления измеряют текущие значения параметров движения, сравнивают их с программными и создают такие управляющие воздействия, которые приближают реальную траекторию полета ракеты к расчетной.
Самонаведениемназывается такой метод управления, при котором на борту ЛА измеряются параметры движения цели и формируются команды управления, обеспечивающие наведение ЛА на цель.Особенность системы самонаведения в том, что абсолютные ошибки в определении взаимного положения ракеты и цели уменьшаются с уменьшением расстояния между ракетой и целью. Система самонаведения применяется на зенитных, противотанковых и авиационных ракетах в качестве основной, а на самолетах-снарядах и антиракетах в качестве дополнительной.
В зависимости от вида энергии, излучаемой или отражаемой целью, подразде- ляют самонаводящиеся системы на радиотехнические, оптические, инфракрасные
(тепловые) и другие.
Радиотехнические системы работают в радиодиапазоне в окнах прозрачности атмосферы (интервал длин волн, при котором электромагнитное излучение не поглощается или поглощается незначительно при прохождении сквозь земную атмосферу). Радиоволны, отраженные от цели, рассеиваются во всех направлениях примерно равномерно. Благодаря этому самонаведение радиотехнических систем возможно с любого направления. Относительно большая длина волны исключает влияние на работу радиотехнических систем метеоусловий. Но она же порождает более широкие диаграммы направленности антенн в этих системах. Как следствие, радиотехнические системы обладают более низкой точностью и разрешающей способностью по сравнению с тепловыми и оптическими системами .
Тепловые системы используются в инфракрасном диапазоне волн. Они, как правило, пассивные и более простые по сравнению с радиотехническими. Их точность и разрешающая способность выше. Однако эффективность работы


Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
24.05.06.2019.356.00
ПЗ ВКР
тепловых систем сильно зависит от метеоусловий. Кроме того, интенсивность теплового излучения у многих целей существенно различаются в зависимости от направления. Поэтому дальность действия тепловых систем сильно меняется при изменении направления наведения.
В оптических системах самонаведения используются видимые лучи (длина волны 0,76…0,4 мкм). Такие системы строятся на основе телевизионных, оптических и лазерных устройств. Их отличает очень высокая точность и разрешающая способность, особенно характерные для лазерных устройств. Однако зависимость работоспособности оптических систем от метеорологических условий еще более сильна [7].
В системах теленаведения бортовые устройства получают информацию
(командные сигналы или опорные сигналы) от источника, находящегося вне ЛА: с командного пункта, радиомаяков и т. п. Системы теленаведения в свою очередь можно разбить на три подкласса:
- командные системы наведения;
- системы наведения по лучу;
- радионавигационные системы.
Наиболее характерной чертой командной системы является наведение ЛА с помощью сигналов (команд), которые формируются на командном пункте и по линии связи передаются на борт ЛА.
В системе наведения по лучу сигналы наведения вырабатываются на борту ЛА по измеренным отклонениям аппарата от оси луча радиолокатора, перемещающегося в пространстве в соответствии с принятым методом наведения.
В зависимости от способа управления перемещением луча системы наведения по лучу могут быть двух вариантов: однолучевые и двулучевые.
К системе наведения по лучу примыкают радионавигационные системы наведе- ния. Несколько наземных станций наведения передают синхронизированные сиг- налы, задающие определенным образом траекторию ЛА. Бортовая аппаратура наведения, сравнивая эти сигналы, определяет отклонение ЛА от заданной траек- тории и вырабатывает сигналы наведения, корректирующие движение аппарата.
Рассмотренные выше системы теле- и самонаведения могут быть объединены в комбинированные системы. Выбор системы наведения определяется тактическими соображениями применения ЛА, техническими возможностями каждой системы наведения (главным образом дальностью действия и точностью наведения) и техническими характеристиками пусковых устройств. Часто для того чтобы удовлетворить сложным тактико-техническим требованиям, применяют комбинированные системы наведения. В комбинированных системах различные