CC BY
29
УДК 623.465.7
ДИНАМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ КОМАНДНОГО ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ БЕЗГИРОСКОПНЫМИ РАКЕТАМИ МИНИМАЛЬНОЙ СЛОЖНОСТИ
В.И. Морозов
Кратко излагается динамическая теория систем командного телеуправления безгироскопными ракетами минимальной сложности со смещенным трассером и простейшей бортовой аппаратурой управления (одноканальный воздушно-динамический привод руля и пиротехнический трассер). Разрабатывается структура и исследуется динамика наземной аппаратуры управления и контур управления такими ракетами.
Ключевые слова: командное телеуправление, безгироскопная ракета, способ формирования команд, динамический синтез, анализ, полунатурное моделирование.
Одной из важных задач совершенствования системы противотанковой обороны является разработка носимых комплексов управляемых снарядов, к которым, в частности, предъявляются требования высокой точности попадания в типовые цели и одновременно - низкой стоимости управляемого выстрела, приближающейся к стоимости неуправляемого. В связи с этим, разработка системы управления, обеспечивающей высокую точность наведения малогабаритной вращающейся ракеты (МВР) с принципиально упрощенной бортовой аппаратурой, является актуальной.
Добиться упрощения бортовой аппаратуры управления (БАУ) возможно посредством перераспределения функций между наземной и бортовой аппаратурами в направлении максимального их сокращения для бортовой и соответствующего расширения для наземной, а также упрощения функций, выполняемых элементами БАУ. Соответственно этому из БАУ исключаются все элементы управления, кроме одноканального релейного привода рулевого органа (руля) и элементов линии связи с наземной аппаратурой управления (НАУ), а трассер смещается на консоль стабилизатора для обеспечения возможности определения угла крена без гироскопического датчика на борту снаряда [9, 10, 11]. Такую безгироскопную МВР с принудительно упрощенной БАУ можно считать ракетой минимальной сложности (РМС).
Система управления включает НАУ, формирующую по данным об отклонении трассера от линии прицеливания (ЛП) одноканальный сигнал управления ракетой, и упрощенную БАУ, преобразующую этот сигнал в отклонения МВР со смещенным трассером руля (МВР-СТ). Предполагается, что простота функциональных задач, выполняемых элементами БАУ, предопределяет и конструктивную простоту этих элементов. Упрощенная БАУ включает двухпроводную линию связи (ПЛС), двухпозиционный релейный воздушно-динамический рулевой привод (РП) и пиротехнический
43
трассер с смодулированным излучением. Исследуемый объект относится к системам управления МВР со смещенным относительно оси вращения элементом конструкции, по которому определяются отклонение и угол крена снаряда. Для командных систем таким элементом является трассер, а для лучевых - фотоприемник. Известны работы по исследованию лучевых систем со смещенным фотоприемником [1, 2]. Содержащиеся в них результаты не могут быть перенесены в командную систему с упрощенной БАУ, так как в силу своей специфики предполагают использование информации, которая может быть получена только на борту МВР. Отличительной особенностью исследуемой САУ является то, что в ней команды управления РП с учетом угла крена ракеты должны быть сформированы на основе информации об одном только отклонении трассера от ЛП. Именно эта особенность обеспечивает возможность упрощения бортовой аппаратуры, но она же предъявляет и повышенные требования к наземной. Такая командная система исследована впервые в работе [3].
Цель работы - исследование динамической структуры наземной аппаратуры, обеспечивающей высокое качество системы телеуправления безгироскопной одноканальной МВР-СТ с принципиально упрощенной бортовой аппаратурой.
Под высоким качеством подразумевается такое качество, которым обладают в аналогичных условиях применения системы управления МВР того же или близкого класса с гироскопическими датчиками угла крена (ДУК) на борту.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- разработать принципы построения структуры и выявить динамические особенности системы управления безгироскопной одноканальной МВР-СТ;
- разработать структуру и исследовать динамику наземной аппаратуры управления безгироскопной МВР-СТ;
- разработать методические приемы динамического анализа и синтеза системы управления безгироскопной МВР-СТ с двухпозиционным релейным РП (РМС).
Основное содержание
При наведении МВР-СТ по методу совмещения отклонение трассера от ЛП в картинной плоскости характеризуется комплексной величиной
Кт = К + Ь • ехр(л), (1)
где К - отклонение центра масс ракеты (ЦМР); Ь - смещение трассера (база); } = 4-1; 7 - угол крена, причем частота вращения ракеты 7 существенно превышает частоту изменения К. Здесь и далее действительные составляющие (Яе) комплексных величин характеризуют отклонения по
44
оси ординат, мнимые (1т) - по оси аппликат, а ось абсцисс для НАУ совпадает с ЛП. Направления положительного отсчета углов приняты такими же, как и для отклонений - вправо, вверх.
Для удержания МВР на ЛП необходимо, чтобы угол 8с отклонения руля в связанной со снарядом системе координат (СК) изменялся по закону
5с = - Яе[5к ехрН7)] = -5к еов(7 - 7к), (2)
в котором 5к = 5к ехр(]фк) = ^^ (р)К, где р = —, а Wау(p) - ПФ аппара-
у &
туры управления по огибающей, определяющая закон управления рулем.
Известны два направления решения задачи формирования однока-нального сигнала (2): одноканальный принцип, основанный на выделении одноканальным координатором и преобразовании информации о векторе (1) вплоть до РП в одноканальной форме, и предложенный двухканально-одноканальный, основанный на выделении двухканальным координатором сигнала (1) в двухканальной форме, выделении из него по частотному признаку двухканального опорного сигнала, соответствующего колебательной составляющей Ь • ехр(]7), коррекции низкочастотной составляющей И сигнала (1) согласно принятому закону управления и последующего преобразования этих двухканальных сигналов в одноканальный.
Одноканальный принцип предполагает определение и коррекцию сигнала управления на несущей, что в условиях разброса частоты 7 требует установки на МВР-СТ датчика угловой скорости. Кроме того, отсутствие информации об угле крена в одноканальном сигнале принципиально затрудняет формирование программных команд и прогнозирование команд управления в случае даже кратковременных пропаданий сигнала от трассера на входе НАУ, что особенно опасно при наведении МВР носимого комплекса, траектория которого может располагаться на расстоянии 0,5.. .1 м от подстилающей поверхности. Двухканально-одноканальный принцип свободен от этих недостатков и обеспечивает возможность формирования в НАУ сигнала, пропорционального (2), по данным о векторе (1). Поэтому он принимается в качестве основы для разработки структуры системы управления безгироскопной МВР-СТ [3].
Первоначально, в целях выявления основных свойств этой системы, она рассматривается для случая, когда динамические свойства ее элементов (помимо модуляторов и демодуляторов) могут быть описаны линейными дифференциальными уравнениями. Структурная схема такой системы представлена на рис. 1, на котором 7 А - угол крена, а ША(р) - ПФ координатора НАУ, ШК(р) и (р) - ПФ корректирующего устройства и формирователя опорного сигнала (ФОС), С - оператор сопряжения, Гк -программная команда, Шо(р) - ПФ одноканальной части (ПЛС и РП), 7 о -угол фазирования, Шпп(р), ^Ъ(р) - ПФ планера МВР и кинематического звена, Р - кинематическое ускорение, И п - помехи.
Рис. 1. Структурная схема системы управления МВР-СТ
Совокупность звеньев, служащая для получения сигнала ик, канал
_ _ _*
управления, опорного сигнала и м (С и м = и м) - канал модуляции, их ПФ:
^ку (Р) = ехр(- а )Wа (РЖК (р).
(Р) = ехр(-]7а )Wа (p)Wм (р).
Эта САУ представляет новый класс двумерных систем с модуляцией, характеризуемых тем, что в них каналы формирования модулируемого и опорного сигналов имеют общий источник информации. Для отличия от систем, в которых канал модуляции автономен, автор называет их системами связанной модуляции [3].
Полагая, что каналы управления и модуляции достаточно широкополосны для колебательной составляющей (1), исходную схему рис. 1 можно преобразовать к более удобному для анализа виду, представленному на рис. 2: стационарный контур, на который воздействуют сигналы
х = - WKз (р)Р. К п.
* ь х ; К п ; К = Ь •
_* _ *
Ккм (7)4 + к км (7)4 ехр02у)
где К км (7) = Wкм 07) и модулированная опорным сигналом ехр^7) мультипликативная помеха
и п = М(К,К п Л ) =
= 2Яе<< Ккм (7) С (7) Ь2+Ку (р)(К+К п )]к*м (р)(К*+Кп)!+ 4 W*м (р)(К* +К*)}
где К ку (7) = Wку 07).
ПФ разомкнутого стационарного контура W(p)
где
К(р) = 2 ^ (Р)W0 (Р - ехр07о):
46
Я(р)
1 + Я (р - ]27)
Wk (p)=KKM (g)bWKy (p)
1+
Кку (g)WKM (p)
Ккм (g)WKy (p)
кУ
- ПФ НАУ.
Рис. 2. Преобразованная структурная схема системы управления МВР-СТ
Наличие зависящего от h сигнала ип = и п exp(jg) существенно затрудняет исследование САУ в общем виде. Поэтому дальнейший ее анализ разделен на два направления: при отсутствии помех в диапазоне частот, близком g, и при наличии их только в этом диапазоне. В качестве помех
рассматриваются круговые гармонические вида Ьп exp(jwH t), где Ьп = const.
Наложив ограничение g>6юс, где юс - частота среза W(jw) , полагая, что стационарный контур для воздействия и п является фильтром низких частот, и предполагая отсутствие помех с частотами в диапазонах Юп = g ± 4шс, влиянием сигнала ип на устойчивость САУ можно пренебречь и анализировать систему как стационарную [3].
В результате такого анализа установлено:
- комплексный коэффициент передачи (КП) наземной аппаратуры не зависит от угла g a , что является следствием выделения модулируемого и опорного сигналов в одной и той же СК и позволяет, как и в системах с одноканальным координатором, исключить из структуры НАУ стабилизатор ее крена без ухудшения устойчивости САУ;
- динамические характеристики НАУ зависят от соотношения КП каналов управления и модуляции на частоте g;
- инерционность канала модуляции существенно больше, чем в системах с гироскопическими ДУК, что создает трудности в обеспечении устойчивости, помехоустойчивости системы в условиях разброса частоты g ;
- обнуление постоянной составляющей сигнала и П достигается при относительном фазовом сдвиге каналов управления и модуляции на частоте 7 равном 90°.
Для обеспечения устойчивости в условиях отклонения частоты 7 от номинальной 7 0 предложена фазовая коррекция опорного сигнала посредством введения в канал модуляции узкополосного фильтра, резонансная частота Юп которого изменяется соответственно частоте опорного сигнала по зако- ну юп =7 + Л7 п, где Л7 п > 0, если Л7 п =7 - 7 о > 0; Л7 п £ 0, если Л7 £ 0 .
Система с выбранными параметрами, такими, что W(p) @ Я(р); _* _*
Ккм (7)Wку (р) >> Кку (7^км (р), затем анализируется в условиях воздействия помех с частотами Юп = -7 + Люп и =7 + Люп, где |Люп < 7 . Показано, что при воздействии помех с частотами Юп = -7 + Люп исследуемая САУ в пределах принятых допущений и ограничений приводится к линейной стационарной с ПФ приведенной разомкнутой системы
2 *
„, , , ^ л + (1 - пп )Я (р - ,]Люп)
Wп (р) = Я(р)—--^-——-——, в которой п п - отношение «помеха
1 + Я (р - ]Люп ) - сигнал» на опорных входах модулятора [3].
Анализ этой системы в частотной области (р = ]ю) при пп <1 показал:
- диапазон разностных частот Люп , для которых помеха существенно влияет на устойчивость, составляет 4юсп, где Юсп - частота среза
^ю), совпадающая с частотой среза Я^Сю), где
Як(р)=41 - пПЯ(р);
- наиболее опасны (в смысле снижения показателей устойчивости) разностные частоты Люп = 0 - снижение запаса устойчивости по модулю и Люп = 2юсп - по фазе; для случаев воздействия помех с этими частотами определены законы изменения запасов устойчивости в зависимости от соответствующих параметров системы без помех и соотношения п п;
- при воздействии помех с частотами Юд =7 + Люп анализируемая система приводится к стационарной только в случае ЛЮд = 0, для которого определены законы изменения показателей устойчивости в зависимости от соотношения «помеха - сигнал» на опорном входе модулятора;
- для Люп > 0 влияние помех на динамику уменьшается и при
Люп > 4юс становится несущественным даже в случае превышения помехи над сигналом;
- определено принципиальное направление защиты системы от искусственных помех, имитирующих колебательную составляющую Ьехр( ^) в поле зрения НАУ - изменение частоты 7 в процессе наведения
2
со скоростью 7 ~ юс [3].
После выявления и анализа принципиальных особенностей системы разрабатывается структура НАУ, способная обеспечить высокое качество управления безгироскопными МВР-СТ с релейным РП. В основе этой структуры лежат способы формирования сигналов управления снарядом, двухканальный координатор и соответствующий выработанным рекомендациям ФОС.
Сущность первого способа заключается в формировании в двухка-нальной части НАУ команд управления соответственно отношению низкочастотной составляющей Ь отклонения трассера от ЛП к амплитуде колебательной составляющей Ьехр(]7) этого отклонения [4]. Способ позволяет исключить влияние разбросов коэффициента передачи координатора на точность формируемых команд, а также исключить при определении линейных отклонений ЦМР операцию умножения угловых отклонений на программную дальность до МВР-СТ и реализующий эту операцию блок дальности. Примером устройства, реализующего способ, могут служить последовательно соединенные координатор, полосовой усилитель, КП которого на частоте 7 в п раз больше, чем на нулевой, и двухпозиционный релейный элемент с уровнем ограничения А. У формируемых таким устройством широтно-импульсных сигналов Ук постоянная (низкочастотно _ 2^
р п • Ь
КП полосового фильтра (в качестве которого может быть использовано,
например, корректирующее устройство с ПФ (р) _ Т1Р +1, где
Т2Р +1
Т > Т2 >1, служащее одновременно и для обеспечения устойчивости
7 _
САУ). Возможность формирования сигналов Ук в импульсной форме позволяет упростить структуру НАУ безгироскопным МВР-СТ с релейным РП, исключив из нее автономный генератор тактовых (линеаризующих) колебаний [5, 6].
Отличительной особенностью второго способа, основанного на последовательном выполнении широтно-импульсной модуляции (ШИМ) непрерывного сигнала, пропорционального отклонению ЦМР и последующей модуляции полученных импульсов опорным сигналом, соответствующим углу крена снаряда, является то, что частота тактового сигнала ШИМ устанавливается равной частоте опорного, а фазовый сдвиг между этими сигналами - равным 90°. Способ и реализующее его устройство поз-
49
ная) составляющая Уо _--- Ь не зависит ни от КП координатора, ни от
воляют сформировать при постоянных непрерывных командах периодический по углу крена одноканальный сигнал, содержащий только кратные, легко фильтруемые последующими элементами САУ гармоники, и тем самым добиться хорошей линеаризации релейного участка системы, обеспечивая при этом амплитуду первой гармоники угла отклонения руля не менее (0,9 - 1,27)5т, где 5т - максимальный угол отклонения руля [8].
В качестве датчика первичной информации об отклонении (1) используется двухканальный статический координатор, включающий оптический модулятор (ОМ) - радиально-секторный растр с N парами чередующихся прозрачных и непрозрачных секторов, сканирующий с постоянной угловой скоростью ф в фокальной плоскости объектива с фокусным расстоянием б изображение трассера, фотоприемник с усилителем, частотный дискриминатор (ЧД), избирательный усилитель (ИУ) с ПФ Wу (р), фазовый
детектор (ФД), на опорный вход которого поступает сигнал ехр[](ф + ф0)], и двухканальный фильтр с ПФ Wф (р). Динамика подобных устройств исследована достаточно подробно для случаев, когда частоты колебаний трассера малы по сравнению с частотой ф, либо малы индексы частотной модуляции (ЧМ), либо для частных случаев траекторий трассера.
На основе представления мгновенной частоты Юр = N— (где
¥ = а^(Я + г), Я = ЯехрОф) - траектория сканирования, г = е т Б - удаление МВР от НАУ) функциональным рядом
Б
8т = "Б"
Юр
1
I (-1)п+1Яе п = 1
ехр(-]пф)
( Т 11 + ] м
V
ЛЛ г лп
р
п уч
Я
где Т
м
1, получено для — < 1 уравнение, связывающее в общем виде без ф Я
ограничения на индекс ЧМ выход координатора и а с его входом ет
и А = ^(р>
I
п = 1
(-1)
п + 1 /Т7\п-1
п
е ? ехр] - п)ф] - (ет )п ехр[] (1 + п)ф]
1 Б
в котором WA(p) = -—Wом (p)Wу (р - jф)Wф (р)ехр(]ф0) - ПФ координа-
2 Я
тора, где ^^(р) = Км(1 + ]Тмр) - ПФ участка «растр - ЧД». Наличие в ПФ ^А(р) составляющей 1 + ]Тмр (двумерное звено с прямыми антисимметричными дифференцирующими перекрестными связями) отражает принцип получения ЧМ-сигналов посредством измерения относительной скорости перемещения изображения трассера и растра.
оо
Полученное уравнение позволяет оценить влияние методических помех (обусловленных типом растра), погрешностей, связанных с отклонением траектории сканирования от окружности, и внешних помех типа вибраций поля зрения на точность выделения координат и определить опасные для САУ частоты вибраций [3].
На основе анализа ПФ Мом (р) разработан способ определения угла крена МВР-СТ, основанный на сканировании изображения трассера в направлении, противоположном направлению вращения МВР-СТ, который дает возможность увеличить отношение сигнал - шум для колебательной составляющей, соответствующей (1) [13].
Для повышения точности выделения координат разработана структурная схема координатора, позволяющая подавлять помехи некоторых частот (например 2 ф) без увеличения инерционности координатора [12].
Обобщенная структура разработанного формирователя непрерывных опорных сигналов (рис. 3) включает разделительный фильтр РФ и СФК, который состоит из последовательно соединенных следящего фильтра СФ с изменяемыми параметрами, фильтра корректирующего ФК с ПФ Мфк (р), фазового детектора ФД, на второй вход которого поступает сигнал ир с выхода РФ, и интегрирующего элемента ИЭ с ПФ (р), выходной сигнал которого управляет СФ [15, 16, 17]. Параметры СФ с ПФ Мд(р,и) изменяются таким образом, что его амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧХ) с постоянной полосой пропускания 2Аюп и линейной в районе резонансной частоты Юд (и) фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) фп(ю) _-Тп(Ю-Юп), где Тп _—1—, перемещается по оси
Аюп
частот соответственно сигналу и . АФЧХ Мфк (]ю) соответствует полосовому фильтру с постоянной полосой пропускания 2АЮф и линейной в
районе частоты 7о ФЧХ фф(ю)_-Тф(ю-7о), для которой Тф _ —1— _ т,
Аюф
где т - суммарный 1 наклон ФЧХ координатора, РФ и РП в районе частоты 7 0 . Принцип действия СФК основан на обнулении суммарного фазового сдвига фх сигналов частоты 7 в СФ и ФК, в результате чего обеспечива-
о Т
ется фп (7, и) _ -фф (7) _ тА7 , юп _ юп _ 7 + — Ау и достигается фазовая
Тп
коррекция непрерывного опорного сигнала ип, а также его фильтрация, так как 2Аюп < Юа, где Юа - полоса пропускания координатора.
Рис. 3. Структура формирователя непрерывного опорного сигнала
Разработана динамическая модель СФК для двухполосного с ПФ
Шп (р,и) =-2АЮп р- и однополосного с ПФ
р2 + 2Аюп + о>2(и)
^ (р и) =_Ао)"_ вариантов СФ и, на основе определения динами-
п ' р - )®п (и) + АЮп ческой связи между изменениями фаз на выходах однополосных СФ и ФК с девиацией резонансной частоты Мп — 7 СФ при круговом гармоническом сигнале ир = ехр()7) на его входе, получена расчетная структурная схема
этого устройства, по которой анализируется динамика и выбираются обобщенные параметры СФК.
Помимо расчетов работа устройства исследуется моделированием, которое показывает, что при типовых входных сигналах точность выделения скорректированного по фазе опорного сигнала на выходе СФ (» 4...60) сравнима с точностью формирования опорных сигналов в системах с гироскопическим ДУК на борту МВР [3].
Структура НАУ безгироскопным МВР-СТ с релейным приводом рулевого органа представлена на рис. 4, на котором
(р) = ^'р (р^сф (р) = о - ПФ формирователя непрерывного опорно-
®п =®п
го сигнала, а Бм (им) и (ик) - характеристики нелинейных звеньев, преобразующих непрерывные сигналы иК12; иМ12 в релейные УК1>2; ^М1>2 [10, 19].
Рис. 4. Структура НАУ безгироскопной МВР-СТ с релейным РП
Структурная схема формирователя релейного одноканального сигнала V для действительных координат иК12; иМ12 представлена на рис. 5
[8]. Принято, что А = 1; В = 1; им = ип.
52
Рис. 5. Структурная схема формирователя релейного сигнала
Динамика ПЛС и РП характеризуется звеном с ПФ
2
^о(р) _ 8т ехр(-Тор), в которой То _ Т3 +—1 дв , где Т3 - чистое запаздывание РП при отработке сигнала V, 1 - время движения руля с упора на
ДВ
упор при параболическом законе изменения 8с, тз _тз (Э), 1 дв _ 1 дв(д),
где д
2
- скоростной напор. Остальные элементы САУ не отличаются
от системы, изображенной на рис. 1. На основе линеаризации участка системы с релейными элементами (включая РП) определяется ПФ аппаратуры управления ракетой и расчетная структурная схема динамики САУ, представленная на рис. 6, на котором ПФ аппаратуры управления (НАУ и БАУ)
2 (р)
Мау(р)_Мвл(р)Мо(р)ехр п К (у)Ь
JА (7)
где
Кку (?) _ Кку (7)
ку'
Мвл (р) _ 1 + Кку (7)Мкр (р); МКр (р) _ МКм (р)ехр
Ккр (7 )Мку (р)
J
4
V
р
Ккр(7) _ ЩрШ; А(7) _ 7о - 7ку 2 I п, ку
7п; 7ку _ argWку(л); 7п _ .
4
ПФ разомкнутой САУ, в которой 8о _—8тА7
где
р
р
А7_7ку + argWКр7) - отличие фазового сдвига каналов
управления и модуляции на частоте 7 от значения 9о° определяется выражением
М(р) _ Мау (рЖ пл(р)Мкз (р).
Эта структурная схема используется далее для динамического анализа и синтеза системы при низкочастотных управляющих и возмущаю-
53
щих воздействиях. Под динамическим синтезом подразумевается выбор корректирующих устройств, коэффициентов передачи и т.п., обеспечивающих устойчивость и динамическую точность.
Рис. 6. Расчетная структурная схема динамики САУ
Разработанные методические приемы, реализованные в системе автоматизированного расчета обобщенных параметров САУ, позволили по структуре НАУ, заданным характеристикам координатора, БАУ и планера определить параметры формирователя команд НАУ [19].
Математическое моделирование динамики синтезированной САУ в составе системы наведения показало ее высокие точностные характеристики, обеспечившие вероятность попадания в цели типа «танк» не ниже 0,9 как при стрельбе по подвижным, так и по неподвижным целям, в том числе и при пропаданиях сигнала на входе НАУ на время не более 0,25 с [3].
Полунатурное моделирование динамики системы управления МВР-СТ требует имитации в поле зрения координатора колебаний трассера в широком диапазоне частот. Разработанный способ моделирования перемещений трассера, основанный на представлении сложного моделируемого перемещения суммой простых: переносного, определяемого колебаниями ЦМР, и относительного, определяемого вращением МВР-СТ вокруг своей продольной оси, и реализующий этот способ комплекс, позволили решить эту задачу и провести надежную предполигонную отработку системы управления безгироскопной одноканальной МВР-СТ носимого комплекса «Метис» [17, 18]. Государственные испытания этого комплекса, в котором реализованы изложенные в данной работе идеи по динамической структуре НАУ, подтвердили их прогрессивный и перспективный характер и показали, в частности, хорошее совпадение результатов испытаний с результатами теоретического анализа и моделирования, точностные характеристики на уровне лучших отечественных комплексов близкого класса, а также существенные преимущества перед зарубежными аналогами как по точности наведения, так и по стоимости управляемой ракеты [3].
1. Двухканально-одноканальный принцип формирования однока-нального сигнала, обеспечивая возможность коррекции команд в двухка-нальной форме и программного управления, является рациональной основой разработки структуры системы управления безгироскопной МВР-СТ.
2. Разработанная структура системы управления позволяет формировать в наземной аппаратуре сигналы управления приводом рулевого органа МВР-СТ, используя информацию только об отклонении трассера от линии прицеливания.
3. Система управления безгироскопной МВР-СТ представляет новый класс двумерных систем с модуляцией - системы связанной модуляции, характеризуемые тем, что в них модулируемый и опорный сигналы имеют общий источник информации.
4. Разработанные методические приемы позволили определить требования к обобщенным параметрам, выработать рекомендации по построению структурных элементов, а также выявить и проанализировать динамические особенности систем связанной модуляции:
- отсутствие влияния постоянного угла крена двухканального координатора на устойчивость;
- повышенную инерционность канала формирования опорного сигнала по сравнению с системами, в которых этот канал автономен;
- зависимость динамических характеристик от соотношения коэффициентов передачи каналов формирования модулируемого и опорного сигналов;
- влияние на устойчивость помех с частотами, близкими частоте вращения снаряда.
5. Принципиальное направление обеспечения устойчивости САУ в условиях изменения частоты вращения снаряда в широком диапазоне при инерционном канале формирования опорного сигнала, а также повышение помехоустойчивости этого канала - фазовая коррекция и фильтрация опорных сигналов узкополосным следящим фильтром с резонансной частотой, изменяемой соответственно частоте опорного сигнала.
6. В результате анализа влияния на САУ круговых гармонических помех с частотами, близкими по величине частоте вращения снаряда, определены:
- частоты помех, наиболее существенно влияющих на динамику, и для помех с этими частотами - законы изменения запасов устойчивости от соответствующих параметров системы без помех и соотношения «помеха -сигнал» на опорных входах модулятора;
- принципиальное направление защиты от искусственных имитационных помех - быстрое изменение частоты вращения снаряда в процессе наведения.
7. Разработанный способ формирования сигнала управления МВР-СТ и реализующие этот способ устройства позволяют исключить:
- влияние разбросов коэффициента передачи координатора на точность формируемых команд;
- операцию умножения на программную дальность и реализующий эту операцию блок дальности;
- автономный генератор тактовых (линеаризующих) сигналов из структуры аппаратуры управления снарядом с релейным приводом рулевого органа.
8. Разработанный способ формирования одноканального релейного сигнала и реализующие этот способ устройства позволяют формировать при постоянных непрерывных командах управления периодический по углу крена снаряда сигнал, комплексная амплитуда которого линейно зависит от вектора непрерывной команды, обеспечивающий максимальную относительную амплитуду первой гармоники отклонения руля не менее о,9...1,27.
9. Разработанные способы пригодны для использования их не только в командных системах управления МВР-СТ, но и в лучевых системах управления МВР со смещенным относительно оси фотоприемником, а способ формирования одноканального релейного сигнала - и в системах, использующих автономный гироскопический ДУК на борту снаряда.
10. Для координатора с принципом действия, основанным на сканировании изображения трассера радиально-секторным растром, получены и разработаны:
- уравнение, связывающее без ограничения на индекс ЧМ выход координатора с его входом, позволяющее анализировать влияние помех и погрешностей на точность выделения координат;
- передаточная функция, учитывающая динамические свойства оптического модулятора, которые отражает двумерное звено с антисимметричными прямыми дифференцирующими перекрестными связями;
- способ измерения углов крена МВР-СТ, который позволяет уменьшить отношение шум-сигнал для колебательной составляющей отклонения трассера;
- структурная схема, обеспечивающая снижение уровня методических помех на выходе.
11. Для формирователя опорного сигнала:
- разработаны структура и динамическая модель двумерной системы фазовой автоподстройки резонансной частоты узкополосного следящего фильтра, обеспечивающего фазовую коррекцию и узкополосную фильтрацию опорного сигнала;
- определена динамическая связь между изменением фазы на выходе следящего фильтра с девиацией его резонансной частоты при круговом гармоническом сигнале на входе и разработана расчетная структурная схема, позволяющая проводить динамический анализ и выбор параметров следящего фильтра-компенсатора.
12. Определена передаточная функция аппаратуры управления, а на ее основе - структурная схема всей двумерной системы управления безги-роскопной МВР-СТ с двухпозиционным релейным приводом, пригодная для анализа устойчивости и динамической точности системы при низкочастотных управляющих и возмущающих воздействиях.
56
13. Разработаны методические приемы анализа точности и устойчивости, позволяющие по заданным характеристикам планера МВР, бортовой аппаратуры, координатора и структуре наземной аппаратуры определять параметры формирователя команд, обеспечивающего необходимое качество системы управления.
14. Математическое моделирование показало высокие точностные характеристики синтезированной САУ и системы наведения безгироскоп-ной одноканальной МВР-СТ, обеспечивающей вероятность попадания в цель типа «танк» не менее 0,9.
15. Разработан способ моделирования перемещений трассера телеуправляемого снаряда и реализующий этот способ комплекс полунатурного моделирования, позволяющий провести надежную предполигонную отработку системы управления МВР со смещенным трассером.
16. Государственные испытания системы наведения безгироскоп-ной МВР-СТ с принципиально упрощенной бортовой аппаратурой комплекса «Метис» показали:
- хорошее совпадение результатов с результатами моделирования;
- точностные характеристики на уровне лучших отечественных комплексов близкого класса;
- существенные преимущества перед зарубежными аналогами как по точности наведения, так и по стоимости управляемой ракеты.
Список литературы
1. System for remote control of missiles: пат. 3416751 США, Н.Кл. 244-3.13. заявл. 19.05.1967; опубл. 17/12/1968.
2. Improvements in guidance system for projectiles or missiles: пат. 1164272 Великобритании М.Кл. G 05 d 1/12. заявл. 01.12.1967; опубл. 17.09.1969.
3. Морозов В.И. Разработка структуры и анализ динамики системы управления малогабаритным вращающимся снарядом со смещенным относительно оси вращения трассером и упрощенной бортовой аппаратурой: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 1986. 174 с.
4. Способ формирования сигналов управления вращающимся снарядом: а.с. 123166 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.И. Морозов, Ю.Л. Парфенов, В.П. Тихонов, А.Г. Шипунов. 1977.
5. Устройство для измерения отклонения вращающегося снаряда со смещенным относительно оси трассером от заданной траектории полета: а.с. 128820 СССР, МКИ2 F 42 B 15/00, F 41 G 7/00 / В.И. Морозов, Ю.Д. Левачев. 1978.
6. Устройство для формирования широтно-импульсных команд управления вращающимся снарядом со смещенным относительно его продольной оси трассером: а.с. 147018 СССР, МКИ2 F 42 B 15/02 / В .В. Иванов, В.И. Морозов, Вяч.И. Морозов, С.А. Прудникова, В.П. Тихонов. 1979.
7. Способ формирования сигнала управления вращающимся снарядом: а.с. 132232 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00, F 42 B 15/02 / В.И. Морозов,
A.Г. Шипунов. 1978.
8. Устройство для формирования релейных команд управления вращающимся снарядом: а.с. 131982 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.И. Морозов, А.Г. Шипунов. 1978.
9. Система наведения вращающихся реактивных снарядов: а.с. 112051 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.Н. Бакалов, В.П. Тихонов, В.В. Иванов, В.И. Морозов и др. 1977.
10. Система наведения вращающегося снаряда: а.с. 128788 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.И. Морозов, Вяч.И. Морозов, Ю.Л. Парфенов, В.П. Тихонов, А.Г. Шипунов. 1978.
11. Устройство для наведения вращающихся управляемых снарядов: а.с. 92426 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.В. Иванов, К.Г. Кудзиев, В.Н. Кулешов, Вяч.И. Морозов, В.И. Морозов и др. 1975.
12. Устройство для измерения координат трассера телеуправляемого снаряда: а.с. 129301 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.И. Морозов, Ю.Л. Парфенов. 1978.
13. Способ измерения угла крена вращающегося реактивного снаряда: а.с. 101346 СССР, МКИ2 F 42 В 15/02 / В.В. Иванов, К.Г. Кудзиев,
B.В. Перелазный, В.И. Морозов. 1976.
14. Устройство для измерения угла крена вращающегося снаряда: а.с. 110575 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / Ю.Л. Парфенов, В.В. Перелазный, В.И. Морозов и др. 1977.
15. Устройство для измерения угла крена вращающегося снаряда: а.с. 131607 СССР, МКИ2 F 41 G 7/00 / В.И. Морозов, В.В. Иванов, В.В. Перелазный, Ю.Л. Парфенов. 1978.
16. Устройство для измерения угла крена вращающейся ракеты: а.с. 180411 СССР, МКИ3 F 42 B 15/02 / В.И. Морозов, А.Ф. Индюхин, И.И. По-лянцев, К.Г. Кудзиев. 1981.
17. Способ моделирования перемещений трассера телеуправляемого снаряда: а.с. 131640 СССР, МКИ2 G 06 G 7/78 / А.Г. Шипунов, В.Н. Кулешов, В.И. Морозов, Э.В. Чаусов, С.Н. Алехин. 1978.
18. Устройство для физического моделирования системы телеуправления снарядом: а.с. 134405 СССР, МКИ2 G 06 G 7/66 / В.Н. Бакалов, В.Н. Кулешов, В.И. Морозов, Э.В. Чаусов, С.Н. Алехин. 1978.
19. Технические предложения по упрощению наземной аппаратуры управления комплекса «Метис» / предприятие п/я А-3646; рук. А.Г. Шипунов; отв. исполн. В.И. Морозов. инв. № 913Н. Тула, 1976.
Морозов Владимир Иванович, канд. техн. наук, доц, зам. начальника отделения и начальник отдела, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, АО «КБП»
DYNAMIC SYNTHESIS AND ANALYSIS OF THE COMMAND REMOTE CONTROL SYSTEM OF GYROLESS MISSILES OF MINIMUM COMPLEXITY
V.I. Morozov 58
The article briefly sets forth the dynamic theory of command remote control systems of gyroless missiles of minimum complexity with a displaced flare and elementary onboard control equipment (single-channel aerodynamic actuator and pyrotechnic flare). The author develops the design and studies the dynamics of the ground-based control equipment and the control loop of such missiles.
Key words: command remote control, gyroless missile, command generation method, dynamic synthesis, analysis, semirealistic simulation.
Morozov Vladimir Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, Deputy Chief of Division and Chief of Section, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
УДК 623.41
УВЕЛИЧЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СНАРЯДОВ ПУТЕМ ПОВЫШЕНИЯ ИХ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ
Т.В. Денисова, Ю.М. Попова, Ю.С. Швыкин
Рассмотрены способы повышения дальности полета перспективных УАС за счет оптимизации формы, размеров пороха, массы метательного заряда с учетом ограничения по перегрузке.
Ключевые слова: артсистема, метательный заряд, марка пороха, начальная толщина горящего свода, перегрузка, УАС
Современная ствольная артиллерия калибра 152...155 мм, обладая высокой огневой мощью и маневренностью, сохраняет одно из ведущих мест в системе вооружения передовых военных стран.
В настоящее время взамен широко распространенных орудий с длиной ствола 39 и 45 калибров (Мста, М109А2, ЕЫ77Б, М198, 155ТЯ) активно разрабатываются и внедряются орудия нового поколения с длиной ствола 52 калибра. К ним относятся такие зарубежные артиллерийские системы, как М109А5/А6, 05/06 и др.
Перспективные орудия дают возможность существенно повысить дальность стрельбы УАС с 25.40 до 65.70 км. Это достигается как за счет применения более мощных метательных зарядов, так и введения в конструкцию снаряда донного газогенератора и ракетного двигателя (РДТТ) с увеличенной массой топливного заряда, из-за чего масса вновь спроектированного УАС возрастает с 50 до 65 кг.
В наибольшей степени вновь разрабатываемые артсистемы повлияли на характеристики метательных зарядов. Увеличение габаритов каморы орудия с 20 до 25 л позволило повысить массу порохового заряда, что в совокупности с удлинением ствола дает возможность увеличить начальную скорость снаряда и, как следствие, его дальность.
59
