Управление и стабилизация ЛА. . Физические основы управления

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

10. Управление и стабилизация ЛА.

4.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ

Управление летательным аппаратом есть совокупность способов и устройств, действия которых обеспечивают требуемое положение БЛА в пространстве или поддерживают заданное его положение при наличии различных возмущений.

На борту БЛА управление полетом осуществляет система автоматического управления (САУ), которую на практике обычно представляют в виде двух тесно связанных между собою подсистем (контуров) – контура управления и контура стабилизации. Такое расчленение единой системы управления связано с различием функциональных задач каждой подсистемы и существующей практикой разделения требований технических заданий, предъявляемых отдельно к каждой из этих составных частей общей системы управления.

Функции контура управления  состоят в формировании и реализации закона управления в виде аналитических команд управления λ, отражающих рассогласование между потребными и фактическими параметрами движения БЛА. Команда управления является функцией законов движения БЛА (т.е. функцией параметров траекторий), принятого способа наведения и характеристик аппаратуры управления.

Чтобы сформировать команду управления, нужно реализовать на борту БЛА инерциальную систему координат (ИСК), т.е. измерять углы разворота связанной системы координат (ССК) относительно выбранной системы отсчета. В условиях автономного полета такой системой отсчета является ИСК.

Эту задачу в бортовой системе управления решает инерциальная система управления (ИСУ), которая содержит три датчика угловой скорости (ДУС), каждый из которых измеряет одну из трех проекций угловой скорости вращения БЛА относительно центра масс на оси связанной системы координат и три датчика линейных ускорений (ДЛУ), измеряющих линейное ускорение БЛА относительно заданной траектории полета.

Если в БЛА предыдущего поколения (1960–1980 гг.) для этих целей ДУС и ДЛУ размещались на гироплатформе, неизменное положение которой в пространстве обеспечивалось свободными гироскопами, расположенными в кардановом подвесе, то в настоящее время используется так называемое бескарданное гироустройство в сочетании с ДУС, ДЛУ и бортовой цифровой вычислительной машиной (БЦВМ) (подробнее см. гл. 9, п. 9.2.2).

Аналоговые сигналы, измеряемые ДУС, переводятся в цифровую информацию цифро-аналоговыми преобразователями и в цифровом виде поступают в БЦВМ.

В БЦВМ производится интегрирование уравнений кинематики, связывающих производные углов разворота осей ССК относительно ИСК с угловыми скоростями (в виде кватернионов), и определение соответствующих углов разворота ССК относительно ИСК. Тем самым в ИСУ реализуется инерциальная система координат, согласованная с ИСК управляющего комплекса.

Параллельно с нахождением угловых координат ИСУ определяет проекции скорости и текущие координаты на оси ИСК. Для этого в ИСУ по связанным осям ССК устанавливаются ДЛУ (акселерометры), которые измеряют три соответствующие проекции линейного ускорения БЛА. Далее эти аналоговые измерения переводятся в цифровой вид и поступают в БЦВМ ИСУ, где они интегрируются.
В результате с помощью ИСУ в дополнение к угловым координатам в ССК получают еще три проекции скорости и три координаты БЛА.

На участках теле- и самонаведения реализуется та же схема определения положения БЛА в пространстве, что и в условиях автономного полета. Отличие лишь в том, что на базе реализованной в ИСУ инерциальной системы координат создается дополнительная система отсчета в виде кинематической траектории наведения. При этом текущую информацию о взаимном положении «БЛА–цель» обеспе-чивает радиолокатор сопровождения и наведения (при теленаведении) или ГСН (при самонаведении). Кроме того, на всех участках полета может использоваться бортовой приемоответчик, который периодически получает с управляющего комплекса координаты и проекции скорости цели. Обратно приемоответчик передает координаты и проекции скорости БЛА, а также информацию, измеряемую ГСН.

Аналитические модели законов управления для различных условий полета БЛА рассматриваются в п. 4.3.

Функции контура стабилизации состоят в формировании управляющих воздействий, корректирующих (стабилизирующих) движение БЛА. Непосредственное воздействие на движение БЛА осуществляют силы и моменты, создаваемые аэродинамическим и (или) газодинамическим способами. Управление траекторией движения центра масс БЛА осуществляется изменением действующих на него сил; управление движением относительно центра масс (управление угловым положением) выполняется изменением вектора момента сил относительно центра масс.

Требуемые значения сил и моментов определяет команда управления λ. Очевидно, что силы и моменты должны изменять ускорение W летательного аппарата, приводящее к требуемому его перемещению в пространстве. Цикл λ–W реализуется контуром стабилизации, представляющим собой замкнутую систему регулирования. Эта система включает в себя собственно БЛА как объект регулирования, обратные связи, устройства отображения уравнений управления (стабилизации) и исполнительные устройства (рулевые приводы, двигатели управления).

Обратим внимание на то, что характер цикла управления λ–W определяется не только свойствами БЛА, но и параметрами контура стабилизации (в первую очередь – характеристиками обратных связей). Реакция изолированного БЛА (без системы стабилизации) на входную команду управления обычно представляет собой длительно незатухающий процесс с большими перерегулированиями, что приводит к колебательной форме траектории полета, а в итоге – к большим промахам. Контур стабилизации качественно изменяет реакцию БЛА на команду управления: увеличивается быстродействие, уменьшается перерегулирование, снижается время затухания переходных процессов.  

Формирование связи λ–W наиболее сложная задача, подлежащая решению при разработке системы стабилизации, поскольку требуется решение нелинейной в общем случае системы уравнений движения БЛА с учетом особенностей данного аппарата, условий полета, метода наведения и т.д. Результатом такого решения должна быть зависимость , где _р – обобщенная характеристика отклонения органов управления полетом. На практике используют приближенные решения, особенно на первом этапе проектирования при формировании облика системы управления. На этом этапе система уравнений, описывающая движение БЛА, рассматривается в линейном приближении, в пренебрежении перекрестными членами, вызывающими взаимосвязанное движение. Методологически для анализа функционирования контура стабилизации используется частотный метод, передаточные функции и частотные характеристики БЛА и элементов контура.

Функциональные модели контура стабилизации, соответствующие указанным допущениям, приведены в п. 4.4 настоящей главы.

В обобщенном виде степень совершенства управления БЛА характеризуется двумя факторами: объемом информации о векторах состояния цели и БЛА и способом создания управляющих сил и моментов. Первый фактор называют уровнем информационности, второй – уровнем маневренности БЛА. Эти два фактора полностью определяют диапазон реализуемых ошибок наведения по заданным типам целей. В свою очередь, точность наведения диктует выбор боевого снаряжения, эффективность поражения целей и в сочетании с размерами зоны поражения и требованиями по боевому применению формируют облик БЛА в целом.

Кардинальное повышение точности наведения, снижение массы БЛА с одновременным увеличением дальности и высоты поражения целей достигается за счет применения новых ключевых технологий, обеспечивших качественно более высокие уровни информационности и маневренности БЛА благодаря прогрессу в создании малогабаритных активных головок самонаведения, бортовых инерциальных систем, бортовых компьютеров и ракетных двигателей управления.

Применение активной радиолокационной головки самонаведения (АРГС) или комбинированной радиолокационной и оптической головки самонаведения (КГС) в сочетании с ИСУ переместило информационный центр управления конечной фазой полета на борт БЛА. Это позволило повысить точность информации о цели, используемой для управления. Появилась потенциальная возможность кинетического поражения маневренных целей путем прямого попадания.

Превращение потенциальной возможности в высокоточное наведение обеспечивается режимом сверхманевренности БЛА, который реализуется совместным аэродинамическим и газодинамическим или чисто газодинамическим способами создания сил и моментов. Использование газодинамического управления позволяет на порядок уменьшить время отработки команды управления и увеличить перегрузки БЛА (на предельных высотах полета), в сравнении с традиционным аэродинамическим способом создания сил и моментов.

В результате применения новых ключевых технологий на борту БЛА в единую управляющую систему объединяются информационные средства (АРГС или КГС, ИСУ), бортовые вычислительные средства (БЦВМ), газодинамические и аэродинамические устройства управления. Задача управления решается на борту БЛА, а радиолокатор КП управления является источником информации о координатах и скорости цели (возможно, о координатах и скорости БЛА на начальной фазе полета, предшествующей самонаведению), передаваемых на борт аппарата по радиолинии.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте