Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по курсу моделирование и эффективность радиосистем управления

Требования к отчету Отчет по лабораторной работе должен содержать: Титульный лист, содержащий название предмета, номер и название работы, фамилии студента и преподавателя; - цель работы; - результаты вычислений основных параметров; - схему моделирования; - результаты моделирования без обратных связей и с обратными связями; - результаты подбора коэффициентов обратных связей. Контрольные вопросы Физические процессы при маневрировании крестокрылого ЛА; Математическая модель крестокрылого ЛА; Датчики обратных связей; Измерение перегрузки ; Влияние обратных связей на характеристики маневренности ЛА. Лабораторная работа №2 Моделирование контура управления системы радиотеленаведения. Цель работы: исследование характеристик контура наведения и оптимизация параметров с целью достижения максимальной точности. Задачи исследований: Составить модель контура наведения системы радиотеленаведения (РТН), используя характеристики звена УО-АП, полученные в работе №1. Провести оптимизацию контура по критерию минимизации статической и динамической ошибок. Исследовать флуктуационную ошибку контура наведения. Основные теоретические сведения Системами радиотеленаведения называются системы наведения в радиолуче. Пункт управления формирует электромагнитное поле, параметры которого функционально связаны с координатными точками пространства. Частным случаем такого поля является радиолуч, имеющий равносигнальное направление, указывающее точку прицеливания. Параметры поля измеряются на управляемом объекте и по результатам измерения вырабатываются команды управления, заставляющие управляемый объект двигаться вдоль равносигнального направления. В общем случае контур наведения состоит из: - измерительного звена; - звена выработки команд; -звена управляемый объект-автопилот; -кинематического звена. Измерительное звено и звено выработки команд в системе РТН находятся на борту УО. Кинематическое звено является чисто модельным звеном, связывающим параметры движения УО с направлением радиолуча. Структурная схема контура РТН может быть представлена в виде рис.2.1. Передаточная функция измерительного звена может быть представлена инерционным звеном. Основную инерционность составляет фазовый детектор, обрабатывающий низкочастотный сигнал. Его постоянная времени соизмерима с периодом частоты сканирования антенны, формирующей радиолуч. Если принять частоту сканирования fск = 10 Гц, то постоянная времени измерительного звена составит 0,1 с. Таким образом (2.1) Kiz – статический коэффициент передачи измерительного звена. Передаточная функция звена управляемый объект-автопилот рассмотрена в работе №1. Входным сигналом здесь является угол отклонения рулей , а выходным – угол курса . Для ограничения перегрузки введем в состав звена УО-АП ограничитель. Для упрощения модели оставлена только одна обратная связь – через скоростной гироскоп, как наиболее эффективная. Передаточную функцию кинематического звена выведем из геометрических соотношений рис.2.2. Радиолуч соединяет ПУ с точкой прицеливания (ТП). Будем рассматривать движение УО в стартовой системе координат, в которой ось ОХ совпадает с направлением пуска. Здесь л - угол между осью ОХ и направлением луча, уо – угол между осью ОХ и направлением на УО (линией дальности),  - угол вектора скорости УО относительно линии линия дальности. Кинематическое звено связывает между собой углы уо и . Угол уо образуется путем интегрирования угловой скорости линии дальности . . Угловая скорость определяется через нормальную составляющую вектора скорости Vн (т.е. перпендикулярную линии дальности)  = Vн /r = Vуоsin /r  Vуо /r. где r – текущая дальность ПУ-УО. Дальность r является переменной величиной и определяется относительной скоростью ПУ-УО: r = Vот t, где t – текущее время от момента пуска. Vотн – относительная скорость УО-ПУ (Vотн = Vуо – Vпу); Тогда . Перейдя через преобразование Лапласа к операторной форме, получим Тогда , (2.2) Как видно из выражения (2.2), кинематическое звено нестационарное, т.к. его параметр зависит от текущей дальности r. Для компенсации нестационарности кинематического звена в звено формирования команд введено умножение на текущую дальность r. Необходимость данной операции иллюстрируется рис.2.2. С увеличением дальности ПУ-УО при одном и том же угле рассогласования  увеличивается текущий промах l. Следовательно, для стабилизации контура наведения коэффициент передачи ЗВК должен постоянно возрастать. Звено выработки команд может быть представлено безынерционным нестационарным звеном с коэффициентом передачи Кзвк = Кzvk r = Кzvk Vотн t. (2.3) Где Кzvk – статический коэффициент передачи. Поскольку в системах РТН расстояние между ПУ и УО не измеряется, оно заменяется оценкой Vотнt в предположении, что Vотн = const. Поскольку моделируемая система имеет астатизм второго порядка и без дополнительных мер будет неустойчивой, в состав ЗВК включена корректирующая цепь с передаточной функцией Ккор= (1+Кк р) (2.4) Общая схема моделирования представлена на рис.2.3. В данной схеме измерительное звено представлено сумматором и передаточной функцией Transfer Fcn2. Звено выработки команд моделируется блоками Derivative1, Gain4, Product1, Gain6, сумматором. Силовой привод моделируется блоком Saturation, ограничивающим угол отклонения рулей с целью непревышения располагаемой перегрузки. В состав модели УО входят блоки Transfer Fcn1, Transfer Fcn , Derivative, Gain1 и два сумматора. В состав кинематического звена входят блоки Product, Integrator2. Блок Product2 совместно с сумматором формирует текущий промах в картинной плоскости (т.е. плоскости, нормальной направлению луча). Блоки Product4, Gain2, Derivative2 формируют перегрузку УО. Блоки Product3, Clock, Constant1 производят оценку текущей дальности ПУ-УО. Блок Constant задает скорость УО. Входное воздействие формируется блоками Step, Ramp, Band-Limited White Noise. Фиксация результатов моделирования осуществляется трехлучевым осциллографом Scope. Первым лучом регистрируется угол курса , вторым – промах, третьим – перегрузка УО. Методические рекомендации Моделирование системы проводится по индивидуальным заданиям. При этом в качестве исходных данных для моделирования звена УО-АП используются результаты, полученные в работе №1. В частности, в колебательное звено входят параметры ad, dlt, w2, в интегрирующем звене – параметр tv. Коэффициент обратной связи по скоростному гироскопу Koc выбирается по результатам работы №1. Параметры ограничителя Saturation выбираются исходя из непревышения перегрузки значения 20 ед. Константой задается скорость УО – Vуо. Константа Vот – относительная скорость ПУ-УО задается исходя из соотношения Vот = Vуо – Vн , где Vн – скорость носителя, рекомендуемое значение – 200-250 м/с. В зависимости от исходных данных следует произвести настройку контура путем экспериментального подбора коэффициентов. В качестве начальных значений коэффициентов рекомендуются следующие: Kiz = 30 – статический коэффициент передачи измерительного звена; Kk = 2 – коэффициент корректирующей цепи; Коэффициенты, указанные цифрами, модифицировать не рекомендуется. В результате выполнения работы исследуется три режима: - отработка статического воздействия, задаваемого генератором перепада напряжения Step. Напряжение генератора имеет физический смысл начального угла рассогласования, выраженного в радианах. Перепад задается значениями: начальный уровень 0, конечный уровень 0.2. Момент перепада 0. - исследование работы системы при воздействии шумов. Шум генерируется генератором белого шума. При этом задается спектральная плотность S0 (параметр Noise Power) и дискрет времени t (параметр Sample time). Дисперсия шума рассчитывается по формуле D = S0/t. - Исследование динамической ошибки, т.е. ошибки, вызванной перемещением цели. Угловое перемещение цели имитируется генератором линейно-изменяющегося напряжения Ramp. Рекомендуемое значение скорости изменения напряжения (параметр Slope) – 0.01 В/с, начиная с момента времени 0. При настройке системы следует добиваться минимального промаха, минимума переколебаний и недопущения превышения заданной перегрузки. Порядок выполнения работы Собрать схему рис.2.3 в среде Simulink. Задать начальные значения коэффициентов в соответствии с методическими рекомендациями. Установить спектральную плотность шума и скорость изменения напряжения Ramp равными нулю. Рассчитать время моделирования из условия tм = D/Vуо , где D – начальная дальность до цели (рекомендуемое значение 50000 м). Время моделирования задать в меню Simulation\Simulation parametres. При этом начальное время задать 0,1 с во избежания деления на ноль. Экспериментальным подбором коэффициентов добиться отработки рассогласования с нулевым статическим промахом. Не допускается изменения коэффициентов, характеризующих конструктивные качества УО (ad, dlt, w2,tv). Подключить генератор шума, задав начальную спектральную плотность S0 = 10-4 при временном дискрете 0,01 с. Экспериментальным путем подобрать максимальное значение спектральной плотности, при которой обеспечивается промах не более 30 м. Рассчитать дисперсию допустимого шума. Отключить генератор шума, задав значение спектральной плотности 0. Задать скорость изменения линейно-изменяющегося напряжения 0,01 В/с. Зафиксировать значение динамической ошибки. Экспериментальным путем установить максимальную угловую скорость цели, при которой обеспечивается ошибка не более 10 м. Требования к отчету Отчет по лабораторной работе должен содержать: Титульный лист, содержащий название предмета, номер и название работы, фамилии студента и преподавателя; - цель работы; - схему моделирования с указанием всех коэффициентов передаточных функций; - результаты моделирования при статическом положении цели; - вычисленное значение максимально допустимой дисперсии шума; - максимально допустимую угловую скорость цели. Контрольные вопросы Принципы работы системы радиотеленаведения; Состав контура наведения и назначение основных звеньев; Модель измерительного звена ; модель звена формирования команд в системе РТН; Модель кинематического звена. Лабораторная работа №3 Моделирование контура самонаведения при наведении методами погони и прямого наведения. Цель работы: исследование характеристик контура самонаведения и оптимизация параметров с целью достижения максимальной точности. Задачи исследований: Составить модель контура самонаведения, используя характеристики звена УО-АП, полученные в работе №1. Провести оптимизацию контура по критерию минимизации промаха. Исследовать характеристики контура при различных ракурсах пуска. Основные теоретические сведения Самонаведением называется такой способ радиоуправления, при котором на борту УО измеряются параметры движения цели и формируются команды управления. В зависимости от места расположения первичного источника электромагнитного излучения различают активные, полуактивные, пассивные и комбинированные системы самонаведения. Структура контура наведения не зависит от типа системы и определяется методом наведения. Для самонаведения характерны следующие методы наведения: - прямое наведение; - метод погони; метод пропорционального наведения (пропорциональной навигации); метод параллельного сближения. В методе прямого наведения выполняется требование о совмещении линии визирования с продольной осью УО, т.е. информационным признаком является угол  между линией визирования цели и продольной осью УО (рис.3.1а). Угол линии визирования  вырабатывается кинематическим звеном, а угол продольной оси  берется из модели УО-АП. В методе погони информационным признаком является рассогласование между линией визирования и вектором скорости УО. Угол вектора скорости отличается от угла продольной оси на угол скольжения (атаки) . Определение угла вектора скорости напрямую невозможно, поэтому команда управления вырабатывается путем добавления к углу  между осью антенны и продольной осью УО, определяемому пеленгатором, угла скольжения , определяемого флюгерным датчиком. Поэтому в звено выработки команд добавлен сумматор и преобразователь угол-напряжение с коэффициентом передачи, равным Кm. Измерительным звеном является радиопеленгатор, который может быть неподвижным (совмещенным с продольной осью ракеты), либо подвижным (следящим), стремящимся совместить ось антенны с линией визирования. Будем рассматривать систему со следящим пеленгатором. В данном случае информационным признаком будет угол  между продольной осью ракеты и осью антенны, формируемый датчиком угла (ДУ), преобразующим угол рассогласования в напряжение Uк. В состав пеленгатора входит силовой привод (СП), обладающий инерционностью, в результате чего при определении угла  будет наблюдаться динамическая ошибка . Модель пеленгатора может быть представлена моделью рис.3.2 б. б) Модель звена УО-АП аналогична модели, исследуемой в работе 1. Модель кинематического звена составим из геометрических соотношений рис.3.2. Будем рассматривать движение УО и цели в стартовой системе координат. Будем считать, что УО и цель движутся равномерно со скоростями Vр и Vц с курсовыми углами р и ц соответственно. Спроецируем скорости УО и цели на линию визирования и нормаль к ней. Проекция скоростей на линию визирования дает относительную скорость движения, которая может быть представлена как производная вектора дальности r. Поскольку УО и цель непрерывно сближаются, величина будет всегда отрицательной. Тогда будет иметь место соотношение (3.1) Проекция скоростей на нормаль к линии визирования позволяет записать уравнение для угловой скорости . С учетом проекций, получим . (3.2) Соотношения (3.1), (3.2) составляют систему уравнений, описывающих кинематическое звено. Схема, реализующая ее решение, входит в состав схемы моделирования рис.3.3. Модель звена выработки команд зависит от метода наведения. Для метода прямого наведения это может быть безынерционное звено с коэффициентом передачи Кт. Контур управления для метода погони аналогичен контуру управления для прямого наведения и отличается только наличием блока Кm. Для унификации модели переход от метода погони к прямому наведению может осуществляться путем задания Кm = 0. Метод прямого наведения характерен тем, что при приближении УО к цели резко возрастает угол атаки, а следовательно, перегрузка УО. Теоретически возрастание потребной перегрузки возможно до бесконечности. Это приводит к сходу УО с кинематической траектории и образованию большого промаха, т.е. метод может работать до определенного расстояния до цели, определяемого скоростью сближения. Данный метод применим только при малых скоростях УО и цели. Метод погони также обладает свойством возрастания перегрузки при приближении к цели, зависящей от ракурса стрельбы. Так, прямое попадание ракеты возможно только при движении ракеты точно навстречу или точно в хвост цели. Причем, траектория, располагающаяся в передней полусфере (при q=), является неустойчивой, т.е. при небольшом отклонении ракеты от нее угол q начнет монотонно изменяться, пока не примет значения, равного нулю. Полная схема моделирования представлена на рис.3.3. В состав кинематического звена входят блоки Trigonometric Function 0..3, пять умножителей Product 0..4, интеграторы Integrator, Integrator2 и два сумматора. В состав измерительного звена входят два сумматора и инерционное звено Transfer Fcn1. Модель звена выработки команд состоит из сумматора и блоков Gain4, Gain2. С помощью блоков Gain1, Derivative1, Product5 измеряется перегрузка УО. Блок Gain6 служит для преобразования угла линии визирования из радианной меры в градусную, а блок Gain – для преобразования курсового угла цели из градусов в радианы. Введение последних двух блоков позволяет повысить удобство задания и считывания информации.

Похожие:

	Методическое пособие по выполнению практических работ по междисциплинарному курсу Методическое пособие предназначено для обучающихся по специальности 151901 Технология машиностроения		Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине... Изыскания и основы проектирования, автомобильных дорог. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы...
	Методические указания по выполнению практических и лабораторных работ... Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит...		Автор, заглавие (дата поступления) Арестова, Анна Владимировна. Теоретические основы автоматизированного управления. Автоматизация обогатительных фабрик [Текст] : учебно-методическое...
	Автор, заглавие (дата поступления) Арестова, Анна Владимировна. Теоретические основы автоматизированного управления. Автоматизация обогатительных фабрик [Текст] : учебно-методическое...		Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для... Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов по специальности 13. 02. 11 «Техническая эксплуатация...
	Стандартное задание 7 Расширенное задание 8 Рекомендации по выполнению... Данное методическое пособие представляет собой руководство по установке и настройке необходимого программного обеспечения и выполнению...		Методическое пособие по выполнению лабораторных работ Томск, 2014 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Методическое пособие по выполнению практических работ по междисциплинарному курсу Планирование численности и рациональной расстановки работников структурного подразделения по рабочим местам		Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу... ...
	Составление энергетического паспорта предприятия Учебно-методическое пособие по выполнению практических и лабораторных работ для студентов по специальности 13. 02. 11 «Техническая...		Учебно-методическое пособие по выполнению письменных работ по учебной дисциплине Красноярск Б 948 Преступления против общественной безопасности и общественного порядка: Учебно-методическое пособие по выполнению письменных...
	Учебно-методическое пособие Дисциплина- «Микробиология» Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ по курсу «Микробиология»...		Учебное пособие по выполнению лабораторных работ разработано в соответствии... Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства: учебное пособие по выполнению лабораторных работ / И. П. Машкарева,...
	Коновалов В. М. К64 Пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине... К64 Пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладное программное обеспечение». Выпуск М.: Мгту га, 2002 г. 36 с		Методическое пособие по выполнению курсовых работ по дисциплине «web-дизайн... Методическое пособие по выполнению курсовых работ по дисциплине «Web-дизайн и Web-программирование» для студентов очной и заочной...