книги из ГПНТБ / Преснухин, Леонид Николаевич. Основы теории и проектирования приборов управления учебное пособие для машиностроительных и энергетических вузов

ПРЕДИСЛОВИЕ

. В данной книге в форме учебного пособия для машинострои­ тельных и энергетических втузов приведены основы теории и про­ ектирования важнейших узлов счетно-решающих приборов управ­

ления.

При решении общей задачи встречи снаряда с целью первой

частной задачей следует считать наблюдение за движущейся целью и определение ее координат как входных данных для реше­ ния всех других вопросов управления. Этой задаче посвящаются две первые главы настоящей работы.

Второй частной задачей на начальной стадии управления можно считать преобразование координат в более удобную для ра­ боты систему. Стремление сократить общее количество приборов в системе приводит иногда к тому, что вся задача управления с на­

чала идо конца решается в той системе координат, в которой были проведены начальные наблюдения. Однако такое упрощение не­ редко влечет за собой усложнение уравнений для определения не­ известных.

Для решения следующих частных задач иногда бывает необхо­ димо рассчитать пройденный цедью путь, а для этого определить скорость ее движения. В этом случае, помимо обычного дифферен­ цирования переменных координат цели, часто приходится забо­ титься о плавности изменения определяемого параметра, т. е. о

сглаживании либо значений скорости, либо вычисленной по ним длины перемещения цели. Глава Ш настоящей книги содержит тео­ рию процессов сглаживания, т. е. выбор наиболее рационального метода сглаживания при проектировании системы управления.

Собственно решение задачи встречи приведено в главе IV. Оно состоит в механизированном решении системы трех уравнений с тремя неизвестными координатами при помощи так называемых «следящих» систем. При проектировании таких систем главная за­ дача состоит в возможно большем ослаблении их взаимных зави­ симостей. Идеальной была бы система трех независимых уравне­

4 Предисловие

ний, содержащих каждое по одному неизвестному. Надлежащими

Далее рассматривается переход от геометрических координат

точки встречи к необходимым углам, практически нужным для це­ лей управления. Учитываются также возможные отклонения дей­

ствительных условий задачи от идеальных, что требует внесения соответствующих поправок.

В главе VI приведены многообразные примеры приложения из­

ложенной теории и указаны возможные способы учета действий, не зависящих от управляющего, на основе применения новой от­ расли математической науки — теории игр.

Работа написана по инициативе Петра Петровича Чечулина

на основании материалов, собранных и систематизированных ав­ торами.

Главы I, II и V написаны Л. Н. Преснухиным, III и VI —

Д. Б. Юдиным, глава IV — Л. А. Серебровским.

Общая компоновка учебного пособия и редактирование прове­ дены Л. Н. Преснухиным.

Глава I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1. Цель и задачи курса

Целью курса является изложение ряда вопросов теории стати­ стической динамики применительно к конкретной задаче проекти­ рования счетно-решающих приборов управления.

Приборы управления различными производственными процес­ сами и военной техникой имеют ряд общих функций, определяю­

щих динамические качества этих систем. Для того чтобы управ­ лять каким-либо процессом, необходимо наблюдать за ним в тече­

ние некоторого времени. Отсюда следует, что важным элементом приборов управления являются системы слежения, обеспечиваю­ щие непрерывное измерение и ввод в прибор изменяющихся во времени аргументов (координат), характеризующих ход процесса.

Координаты, определяющие характер течения процесса во вре­

мени, обычно искажены случайными возмущениями. Поэтому пра­ вильное решение вопросов о динамике управления может быть принято лишь после сглаживания случайных помех и выявления основных закономерностей в ходе процесса управления. Отсюда вытекает необходимость вычисления и сглаживания параметров,

характеризующих изменения процессов, влияющих на динамику

управления.

Собственно управление заключается в том, что на основе изу­ чения закономерностей процессов, сопровождающих работу си­ стемы, вырабатывается решение, которое приведет систему через определенное время в некоторое рациональное в смысле решаемой

задачи состояние. Иными словами, всякая система управления

связана с экстраполяцией случайных процессов, выполняемой обычно при помощи нескольких совместно работающих следящих систем.

Так как книга является учебным пособием для студентов выс­ ших технических учебных заведений, изложение материала дово­ дится до решения конкретных инженерных задач. В связи с этим все содержание книги базируется на материалах наиболее разра­

ботанной области техники управления, а именно на базе прибо­

ров управления артиллерийским огнем (ПУАО). Такая конкретная форма изложения не ограничивает область применения основных выводов теории, делая их более доходчивыми.

6 Глава /. Общие сведения

При написании книги предполагалось, что читатель знаком со счетно-решающими устройствами, элементами автоматики и теле­ механики, а также с основами теории автоматического регулиро­ вания.

§ 2. История развития приборов управления

Ранее, чем в других областях техники, системы приборов управ­ ления появились в артиллерии. В период применения гладкостволь­ ной артиллерии разброс ядер получался очень большим. В этих условиях дальность прицельной стрельбы была мала, и поэтому осуществлялась лишь прямая наводка орудий с использованием

элементарного механического прицела, состоящего из прорези и

мушки.

Изобретение стволонарезной артиллерии привело к увеличению

дальности стрельбы с одновременным повышением точности. Это потребовало повысить точность наведения орудий на цели против­ ника. Создание оптических визиров и дальномеров решило эту задачу.

Повышение дальности и точности артиллерийского огня повли­ яло и на тактику использования артиллерии. Появилась возмож­

ность применять артиллерию для стрельбы с закрытых позиций и стрельбы по движущимся объектам.

Таким образом, перед приборостроителями были поставлены новые задачи: создание счетно-решающих приборов, учитывающих отстояние орудий от приборов, измеряющих координаты цели, и приборов, определяющих точку встречи снаряда с движущейся целью. Такие приборы в первую очередь были разработаны для бе­ реговой и корабельной артиллерии.

Появление самолетов на вооружении армии потребовало со­ здания зенитной артиллерии, оснащенной большим количеством различных приборов управления огнем. Были созданы приборы

для обнаружения зенитных целей и для целеуказания, На воору­ жении зенитных батарей появились оптические и радиолокацион­ ные приборы, измеряющие текущие координаты цели. Задача встречи снаряда с самолетом решается механическими или элек­ тромеханическими счетно-решающими приборами — ПУАЗО.

§ 3. Терминология и обозначения

Терминологию и обозначения, встречающиеся в приборах управления артиллерийским огнем, легко уяснить из следующих фигур. На фиг. 1: С — точка стояния прибора, измеряющего коор­

динаты цели; А—точка, в которой находится цель в данный мо­

мент времени; а — проекция точки А на горизонтальную плоскость, проведенную через точку С (горизонт прибора).

Вертикальная плоскость, проходящая через точки С и А, назы­ вается плоскостью визирования. Вертикальная плоскость, в кото­

условного направления. Закон движения цели в пространстве определяется параметрами: скоростью

движения цели V, курсовым углом цели q (угол между продолже­ нием горизонтальной дальности и вектором горизонтальной скоро­ сти), курсом цели или путевым углом цели К или Qh углом X, имеющим несколько названий: угол кабрирования при положитель­ ных значениях угла т'2АМ2-, угол планирования—при малых (до 7—

10°) отрицательных значениях и угол пикирования—при больших отрицательных значениях. Углы р, q и Q измеряются против часовой стрелки.

На фиг. 2 изображены: О—точка стояния орудия; Ду—точка встречи снаряда с целью (упрежденная точка);

ОК—ось канала ствола ору­ дия; ORAy — траектория

полета снаряда (баллисти­ ческая пространственная кривая).

Положение упрежденной точки Ау в пространстве опре­ деляется упрежденными ко­ ординатами: наклонной уп­

режденной дальностью Ду, горизонтальной упрежденной дальностью dy, упрежденной высотой Ну, упрежденным углом места бу, упрежден­ ным азимутом ру.

8 Глава I. Общие сведения.

Направление оси канала ствола орудия ОК определяется сле­ дующими углами: углом возвышения <р, углом прицеливания а, причем

жают дистанционным взрывателем, имеющим шкалу (кольцевую) для установки соответствующего отсчета. Величина установки ди­ станционного взрывателя, вырабатываемая ПУАО, обозначается буквой п.

Схема взаимного -расположения орудия или средней точки ба­ тареи (точка О) и прибора, измеряющего координаты цели (точ­ ка С), показана на фиг. 3. Отрезок СО обычно обозначается бук­ вой Б или П и называется параллаксом, базой или отстоянием.

Горизонтальная составляющая параллакса называется горизон­ тальным параллаксом и обозначается буквой 5Г, а вертикальная — вертикальным параллаксом и обозначается Бн.

Угол между направлением на юг или на ориентир и горизон­ тальным параллаксом (Z^Co) называется азимутом базы (рБ).

Если параллакс равен нулю или если его не учитывают в приборе, то разности между упрежденными и текущими координатами цели

называются упреждениями и обозначаются: АД— упреждение в наклонной дальности, Ad —упреждение в горизонтальной даль­ ности, Ар — упреждение в азимуте и т. д.

В системах ПУАО для корабельной артиллерии встречается еще ряд терминов и обозначений.

На фиг. 4 приведена схема взаимного расположения своего ко­

рабля (точка С) и корабля противника (точка А). Отрезок СА =