12.8.Структура автомата стабилизации.

Система управления (СУ) ракетой выполняет две функции:

1. Предотвращает случайное отклонение ракеты от заданной траектории;

2. Наводит ракету на цель путём вырабатывания и ввода управляющих сигналов.

Поэтому СУ делится на две части – систему стабилизации и систему наведения, которую для баллистической ракеты называют также системой управления.

Идеальная расчётная траектория баллистической ракеты – это плоская кривая, лежащая в вертикальной плоскости – в плоскости тангажа. Силами, которые действуют на ракету на активном участке траектории полёта, являются сила тяги двигательной установки, сила веса и аэродинамические силы. Закон изменения силы веса во времени известен. Аэродинамические силы изменяются с изменением скоростного напора и угла атаки, который определяется углом между продольной осью ракеты и касательной к траектории. Направление силы тяги определяется наклоном корпуса ракеты. Таким образом, чтобы обеспечить полёт ракеты по заданной траектории, нужно управлять поворотом корпуса ракеты в плоскости тангажа, то есть управлять поворотом вектором силы тяги двигательной установки.

Исходными уравнениями для решения задачи управления служат уравнения (171).

Система стабилизации предназначена для обеспечения устойчивого углового движения корпуса ракеты и сведения к минимуму отклонения центра масс ракеты от расчётной траектории.

Эти задачи решаются при помощи установленных на борту ракеты автоматов угловой стабилизации относительно центра масс и автоматов стабилизации центра масс. Автоматы стабилизации центра масс относительно расчётной траектории можно устанавливать как в плоскости тангажа, так и в плоскости рыскания. Угловая стабилизация обычно осуществляется раздельно в каждой из трёх плоскостей – тангажа, рыскания и крена.

Исходными уравнениями для решения задачи стабилизации служат уравнения возмущённого движения (179), (183), (184), (188), (189).

В автомат стабилизации ракеты входят:

1. Чувствительные элементы для измерения сигналов рассогласования (свободные гироскопы, датчики угловых скоростей, датчики ускорений и т.д.);

2. Счётно-решающие устройства (или корректирующий контур) и усилители;

3. Исполнительные органы (рулевые машины).

На фиг.84 представлена типичная структурная схема одного из каналов– канала угловой стабилизации в плоскости рыскания.

Фиг.84

Где U_ψ – входное напряжение,

i₁ – выходной ток,

i_ос – ток обратной связи

Часть автомата стабилизации, состоящую из усилителя, рулевой машины и обратной связи, идущей от выходного вала рулевой машины к усилителю, называют сервоприводом. Один и тот же сервопривод может служить исполнительным органом одновременно для двух каналов стабилизации, например, канала угловой стабилизации относительно центра масс и канала боковой стабилизации центра масс в плоскости рыскания или в плоскости тангажа.

В качестве корректирующего контура используют, в частности, дифференцирующие RC контуры первого или второго порядка с индукционной L и омической r нагрузками(обмотки усилителя). На фиг.85 показан дифференцирующий контур первого порядка, в котором вырабатывается опережение по фазе для сигнала рассогласования.

Фиг.85

Имеются различные схемы автоматов стабилизации:

• без внутренней обратной связи и с внутренней жесткой или гибкой обратной связью;

• работающие в непрерывном режиме или релейном режиме;

• самонастраивающиеся автоматы стабилизации.

Для ракет, динамические свойства которых значительно сложнее, чем твердого тела, обеспечить устойчивость движения с помощью автоматов стабилизации перечисленных схем не всегда удается. В таких случаях в качестве счетно–решающих устройств используются бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ), которые обладают логикой и широкими возможностями корректировать сигнал рассогласования.

Автомат стабилизации является частью замкнутой системы, без которой методически нельзя провести анализ динамических свойств ракеты, поэтому далее свойства автомата стабилизации будем выражать дифференциальными уравнениями или амплитудно-фазовыми характеристиками.

Линеаризованное уравнение канала угловой стабилизации для изображений, например, в плоскости рыскания можно представить в общем виде:

(211)

Где , – изображения выходной и входной величин;

, – полиномы, которые определяются на основании системы уравнений А.С.

Передаточная функция автомата угловой стабилизации на основании уравнения (211) будет иметь вид

Обычно А.С. проектируют так, чтобы собственное движение было устойчивым. Т.е., характеристический полином Автомата угловой Стабилизации не имеет корней с положительной вещественной частью.

Амплитудно-фазовую частотную характеристику А.С. по любому каналу можно представить как

(212)

Эту характеристику получают расчетом или экспериментально.

А.С. имеет звенья с ярко выраженными нелинейными свойствами. К ним относятся, прежде всего, рулевая машина и усилитель. Нелинейность характеристики магнитного усилителя (с насыщением) обусловлена ферромагнитными свойствами сердечника. Нелинейность рулевой машины вызвана нелинейной зависимостью скорости истечения жидкости от перепада давления и ограниченной мощностью привода. Кроме того, в механических соединениях рулевой машины с органами управления могут быть моорты. Итак, окончательно заключение о свойствах А.С. делается по его амплитудно-фазовым частотным характеристикам, полученным экспериментально при различных амплитудах входного сигнала.