- •СТАБИЛИЗАЦИЯ МАШИН
- •Предисловие
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Математические основы теории линейных систем автоматического регулирования
- •1.2.2. Преобразования Лапласа и их свойства
- •1.4. Структурный анализ линейных САР
- •1.4.1. Структурная схема САР
- •1.4.3. Преобразование структурных схем
- •1.4.5. Обратные связи в САР
- •1.5.1. Типовые воздействия
- •1.5.2. Временные характеристики
- •1.5.3. Частотные характеристики
- •1.5.4. Временные и частотные характеристики типовых звеньев
- •1.6. Устойчивость САР. Критерии устойчивости
- •1.6.1. Условие устойчивости
- •1.6.2. Критерий Гурвица
- •1.6.3. Критерий Рауса
- •1.6.4. Критерий Михайлова
- •1.6.5. Критерий Найквиста
- •1.6.6. Определение устойчивости САР и запасов устойчивости
- •1.7. Оценка качества переходного процесса
- •1.7.1. Основные показатели качества
- •1.7.2. Оценка показателей качества переходного процесса по частотным характеристикам системы
- •1.7.3. Расчет установившихся ошибок САР
- •1.8. Коррекция динамических свойств САР
- •1.8.1. Метод последовательной коррекции
- •1.8.2. Метод параллельной коррекции
- •2.1. Эффективность стрельбы боевых машин
- •2.1.1. Особенности стрельбы с ходу
- •2.1.2. Анализ колебаний корпуса САО
- •2.1.3. Анализ колебаний корпуса морских кораблей
- •2.1.4. Способы повышения эффективности стрельбы
- •2.2. Анализ кинематических зависимостей при наведении и стабилизации
- •2.2.1. Кинематические схемы наведения и стабилизации установок
- •2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
- •2.2.5. Слежение за подвижной целью
- •2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
- •2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
- •2.3. Расчет и анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •2.3.2. Решение уравнения движения короба при П0=0
- •2.3.4. Решение уравнения движения короба при переменном темпе стрельбы
- •2.3.5. Расчет движения системы «оружие - установка» при стрельбе очередью
- •2.3.6. Анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •3.1. Классификация систем наведения и стабилизации установок
- •3.2. Система наведения артиллерийской установки
- •3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов
- •4.1. Свойства гироскопа
- •4.2. Учет сил трения в гироскопе
- •4.4. Двухстепенной гироскоп.
- •4.6. Скоростная характеристика наведения установки
- •5.1.1. Основные требования к приводам
- •5.1.2. Классификация силовых приводов
- •5.1.3. Принципиальные схемы некоторых приводов
- •5.2. Расчет электромашинного привода наведения
- •5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
- •5.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока
- •5.2.3. Торможение электромашинного привода
- •5.2.4. Выбор электродвигателя для неавтоматизированных приводов
- •5.2.5. Уравнение динамики электропривода
- •5.2.6. Расчет мощности электродвигателя для автоматизированных приводов
- •5.2.7. Усилительные устройства
- •5.3.1. Уравнения гидропривода с дроссельным регулированием
- •5.3.2. Структурная схема гидропривода
- •5.3.3. Устойчивость гидропривода
- •5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
- •5.4.1. Электромеханические преобразователи
- •5.4.2. Гидроусилители
- •6.1. Расчет механизмов вертикального наведения
- •6.2. Расчет механизмов горизонтального наведения
- •6.3. Выбор рациональной схемы установки коренных шестерен механизма поворота
углах возвышения следует использовать трехосную схему со ста билизацией осей цапф, при этом одновременно решается и задача стабилизации поперечной оси изделия. С точки зрения максималь ных нагрузок, которые преодолевает привод стабилизации, трехос ная схема со стабилизатором поперечной оси предпочтительнее, так как будут меньше моменты инерции поворотных частей, учи тывая относительно небольшой угол возвышения.
Следует также напомнить, что при трехосной схеме со стаби лизацией поперечной оси изделия ось наведения (линия выстрела) направлена независимо от направления поперечной оси изделия, поэтому скорости и ускорения как горизонтального, так и верти кального наведения для этой трехосной схемы изменяются в про цессе компенсации качки так же, как и при двухосной схеме, рас смотренной выше.
2.2.5. Слежение за подвижной целью
Для малоподвижных целей фактор одновременности движения цели и носителя не играет решающей роли в определении мощно сти силовых приводов наведения, так как скорости и ускорения при наведении относительно невелики.
Например, если два корабля, перемещаются навстречу парал лельными курсами и обстреливают друг друга. Наибольшая угло
вая скорость горизонтального на |
|
|
||||
ведения установок |
будет |
иметь |
|
|
||
место, |
когда |
корабли находятся |
|
|
||
на кратчайшем расстоянии друг |
|
|
||||
от друга (рис. 2.18): |
|
|
|
|
||
|
|
V +V |
|
|
|
|
|
|
1___ |
2 |
|
|
|
где у |
и у - |
линейные скорости |
|
|
||
1 |
2 |
|
^ |
|
Рис. 2.18. Взаимное расположение |
|
кораблей; L —кратчайшее рассто- |
противоборствующих кораблей |
|||||
яние между ними. |
|
|
|
|
||
Пусть у |
=У2 = 75 к м /ч ; |
L=5 к м . Тогда |
|
|||
|
|
\i/ |
75 + 75 57,3 |
град |
||
|
|
= -------------------— = 0 ,4 7 5 —— . |
||||
|
|
max |
5 |
3600 |
С |
В наиболее реальных условиях морского боя одновременность движения противников не требует больших скоростей наведения установок. Здесь потребная мощность силовых приводов, как пра
вило, определяется режимами быстрого переброса установки из одного положения в другое [23].
При рассмотрении вопросов слежения за воздушной целью следует прежде всего принять закон перемещения цели. Учитывая, что время наведения относительно невелико и сам процесс наведе ния в данном случае рассматривается до момента выстрела (схода снаряда с установки), можно принять гипотезу о равномерном и прямолинейном перемещении цели в горизонтальной плоскости.
Для вывода кинематических зависимостей наведения требу ется составить расчетную схему (рис. 2.19), где в процессе сле жения за воздушной целью продольная ось снаряда всегда направлена на цель (линия ОА).
В текущий момент времени положения цели и установки определяются точками О и А. Отрезок ОА - наклонная даль
ность до цели; ОВ - горизонтальная дальность (проекция наклон ной дальности на горизонтальную плоскость); OD - наименьшая горизонтальная дальность или курсовой параметр цели (р); АВ = Н - высота цели; V - скорость перемещения цели; q - курсовой угол, определяющий и угол горизонтального наведения установки у; ср - угол места цели, определяющий углы возвышения установки и ее вертикального наведения. Для простоты вывода необходимых кинематических зависимостей за начало отсчета перемещения цели примем точку С.
Как видно из расчетной схемы, при увеличении курсового угла q при прочих равных условиях вектор скорости V будет отрицатель ным. Зависимость для горизонтального наведения можно опреде
лить, рассмотрев прямоугольный треугольник OBD: |
|
|
|||
|
BD |
х |
|
|
|
|
ctg q —-----= - . |
|
|
|
|
|
OD |
р |
|
|
|
Дифференцирование этого выражения дает |
1 |
•_ |
V |
||
|
|
|
2 |
Ч |
* |
|
|
|
sin |
q |
Р |
откуда |
. V . |
2 |
|
|
(2.19) |
q =—sm^q. |
|
|
Р
Анализ зависимости (2.19):
1) при q = 0 <7 = 0 (стрельба на самооборону);
2 ) при <7=90° q - h = Y. (стрельба на сопровождение).
^^шах р
Дифференцируя выражение (2.19), можно определить зависи
мость и для угловых ускорений: q = 2 —sing cos<7 |
<7 |
|
После преобразований будет: |
Р |
|
|
|
|
V2 |
, |
(2.20) |
4 = — sin |
q sin 2 q. |
|
P2 |
|
|
Из анализа выражения (2.20) следует 4 =0 как при q - Q , так и |
||
при q = E. |
|
|
2 |
|
|
Следовательно, значение 4 |
будет находиться в интервале уг- |
|
^шах |
|
|
лов q =0...90° • Определить тот курсовой угол q, при котором п =п
для чего продифференцировать выражение (2 .2 0 ) и результат при равнять нулю:
_d_ V |
2 |
g s in 2 g |
= 0; |
— sin |
|
||
dq |
|
|
|
V |
|
V |
9 |
2 — sin g c o sg sin 2 g g + 2 — sin q cos2q-q=0. |
|||
P2 |
|
P2 |
|
После преобразований: |
2 cos2 g+cos2 g -l+ c o s2g = 0 или |
cos2 q = — что будет при q = —. Следовательно максимальное угло-
4 ’ |
з’ |
|
|
|
|
|
вое ускорение горизонтального наведения будет равно:*4 |
|
|
||||
4 =— sin3 —« 0,65— . |
|
|
|
(2-21) |
||
Р2 |
3 |
Р2 |
|
|
|
|
Зависимости для вертикального наведения определяются из рас- |
||||||
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
X _ f £ _ |
|
|
|
|
|
АВ |
Н |
|
После дифференцирования будет: |
1 ф_ |
1 |
1 |
->v.v |
||
|
|
sin2 ср |
2Я |
2 |
, Л |
|
|
|
Vх"+ р |
|
Поскольку х = —V; C0S(? |
|
|
|
то |
|
ф = —sin |
2 |
ф-cosq. |
(2.22) |
||
• |
V |
• |
|
|
Анализ данного выражения:
1) при <7 = 0 |
ф = —sin2<p. В случае, если ф = 0, то ф = 0, а если |
||
ф = * |
то ф = ф |
|
V |
|
|
||
2 |
max |
Я |
|
1 |
|
2) при q = * ф = 0.
2
Подобным образом (как и для горизонтального наведения) можно получить соответствующую зависимость углового ускоре ния и для вертикального наведения:
(2.23)
Используя зависимости (2.19-2.23), можно рассмотреть вопрос о методике определения «мертвых» зон приводов наведения как по угловым скоростям, так и по угловым ускорениям.
2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
«Мертвой» зоной привода наведения называют участки (зоны) в пространстве, в которых, как правило, по условиям недостатка мощности привод не в состоянии обеспечить непрерывное слеже ние за целью. С учетом множества различных факторов и парамет ров существует достаточно большое количество «мертвых» зон. Предлагается рассмотреть методику определения «мертвой» зоны, например, по угловым скоростям, для зенитной стационарной пус ковой установки.
Допустим, что приводы установки по условиям их мощности могут обеспечить максимальные значения угловых скоростей раз
ворота установки для горизонтального наведения со |
, для вер |
|
|
ГНшах |
|
тикального наведения со |
• Из анализа выражений (2.19) и (2.22) |
ВНтах
непрерывное слежение за целью возможно:
для горизонтального наведения - при р > Y. со
для вертикального наведения - при Н >
со
В Н тах
Таким образом, существуют предельные значения параметров р и Я, при которых непрерывное слежение еще возможно, а именно:
р = |
У |
иЯп= V |
0 |
со |
со |
|
Г Н та х |
ВНшах |
В целом участки пути перемещения цели, на которых не обес печивается непрерывное слежение за целью, оказываются различ ными в зависимости от параметров р и Н.
Построить «мертвую» зону для привода горизонтального наве дения, предварительно получив соответствующее уравнение, опи сывающее эту зону.
Было |
|
. |
V . |
2 |
|
|
q =—s |
i n q. |
|
||
|
|
|
Р |
|
|
Принять л = (0 |
=¥_ В |
соответствии с |
расчетной схемой |
||
** |
ГНшах |
Q |
|
|
|
|
|
Н0 |
|
|
|
о |
о |
|
|
о |
или *2+р2-рр0 =0. |
(рис.2.19) sinz q= |
/ |
2 , отсюда_^ =^ __ Р _ |
|||
|
х~+р |
|
Ро |
р х2+р2 |
|
Добавить в левую и правую части последнего выражения [ Ро |
получить уравнение, описывающее «мертвую» зону. Его можно представить в виде
x2 + ^p _ ^ J = ^ J |
(2.24) |
В координатах х, р выраже ния (2.24) есть уравнение окруж ности радиусом ро / 2 с центром, отстоящим от оси х на величи ну р0/2 . Используя уравнение (2.24), можно построить график (рис. 2.20), иллюстрирующий по нятие «мертвой» зоны. Пусть цель перемещается со скоростью V и курсовым параметром р < ро. В то чке А непрерывное слежение за целью прекращается. В точке В
Рис. 2.20. Построение «мертвой» зоны по скоростям
можно было бы следить за целью, но в этом случае, учитывая не прерывные движения цели и установки в одном направлении, ли ния визирования еще отстает от линии цели, поэтому необходимо некоторое время, чтобы снова догнать (и поймать) цель. Это про исходит в некоторой точке С. Для определения места положения точки С можно использовать временное условие (баланс времен), то есть равенство времен полета цели от точки А до точки С и по ворота пусковой установки на угол \j/ =
Полетное время цели, согласно рис. 2.20:
<ц = ^ ^ 5 . = £ Ц |
+ 18>|,2), |
при этом время поворота установки будет: |
|
со |
|
ГНшах |
|
Таким образом, можно записать: |
|
+ tg v 2)= ~ -(v 1+ v 2) или tg\]/2 |
+ у v 2 - tg v , (2‘25) |
Уравнение (2.25) решается методом подбора. Задаваясь рядом значений р и зная р0, последовательно определяют \|/ь \|/2 и, нако нец, *2, то есть местоположения точек С. Можно определить и ве
личину х |
=Vt |
|
|
|
2 max |
Umax |
|
|
|
Так как t |
_ |
п _ яро |
то х |
- к р |
|
Umax путах ^ |
у ’ |
^тах |
0 |
|
|
ГНтах |
|
|
Если при различных значениях р определять положения то чек С, то можно получить и кривую «мертвой» зоны. В действи тельности эта зона будет еще больше, так как приводы к син хронному отслеживанию после догонки цели подвержены коле баниям линии визирования в переходных процессах. Часто имеет смысл стрельба только в переднюю зону, ибо стрельба вдогонку малоэффективна (можно цель не догнать). Аналогично можно по строить и кривую «мертвой» зоны по угловым скоростям для при вода вертикального наведения.
Имеются также «мертвые» зоны и по угловым ускорениям, ко торые не совпадают с «мертвыми» зонами по угловым скоростям наведения.