Проектирование систем управления объектов мехатроники (1800,00 руб.)

Стр.2

Стр.248

Стр.249

Стр.250

Стр.251

УДК 62-526 ББК 34.423 О-31 Издание доступно в электронном виде по адресу https://bmstu.press/catalog/item/7020/ Факультет «Специальное машиностроение» Кафедра «Роботехнические системы и мехатроника» Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия О-31 Овсянников, С. В. Проектирование систем управления объектов мехатроники : учебное пособие / С. В. Овсянников, А. А. Бошляков. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2021. — 251, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5474-7 Описано проектирование систем управления объектов мехатроники на примере систем наведения радиотехнических и оптических комплексов. Подробно рассмотрены вопросы структурного и функционального построения высокоточных систем управления с использованием принципа двухканального управления, а также их анализ и синтез с учетом различных помех и возмущающих воздействий. Приведены принципы и особенности построения и реализации систем управления, обусловленные цифровыми технологиями обработки информации. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 15.04.06. УДК 62-526 ББК 34.423 ISBN 978-5-7038-5474-7 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021

Стр.2

Оглавление Предисловие .................................................................................................. 3 Основные сокращения ................................................................................. 4 Введение ......................................................................................................... 6 1. Особенности систем наведения радиотехнических и оптических комплексов................................................................................................. 9 1.1. Классификация систем наведения ................................................... 9 1.2. Виды управления и режимы работы систем наведения ................... 10 1.3. Опорно-поворотные устройства ........................................................ 14 1.3.1. Двухосные опорно-поворотные устройства ................................. 14 1.3.2. Трехосные опорно-поворотные устройства ................................. 15 1.3.3. Четырехосное опорно-поворотное устройство ........................... 16 1.4. Виды стабилизации ............................................................................ 16 1.5. Особенности работы систем наведения радиотехнических комплексов .......................................................................................... 17 1.5.1. Основные типы антенн и их характеристики.............................. 17 1.5.2. Формирование сигнала рассогласования радиолокационного приемного устройства ................................................................... 19 1.5.3. Характеристики радиолокационного приемного устройства ..... 22 1.6. Особенности работы систем наведения оптических комплексов .... 24 1.6.1. Многозеркальные системы ........................................................... 24 1.6.2. Оптическая редукция .................................................................... 26 1.6.3. Характеристика оптического приемного устройства ................. 27 Контрольные вопросы . ................................................................................. 27 Задачи . ........................................................................................................... 28 2. Управляющие и возмущающие воздействия систем наведения ............. 29 2.1. Управляющие воздействия ................................................................. 29 2.1.1. Гармонический сигнал .................................................................. 29 2.1.2. Прямолинейное и равномерное движение цели ......................... 30 2.2. Возмущающие воздействия (помехи) ................................................ 33 2.2.1. Ветровая нагрузка .......................................................................... 33 2.2.2. Качка подвижного основания ...................................................... 35 2.2.3. Вибрация подвижного основания ................................................ 36 2.2.4. Кинематическая погрешность механического редуктора ........... 36 2.2.5. Помехи приемных устройств ........................................................ 44

Стр.248

249 2.2.6. Параллактическое смещение и разъюстировка приемных устройств ........................................................................................ 44 Контрольные вопросы. .................................................................................. 46 Задачи ............................................................................................................. 46 3. Кинематика систем наведения ................................................................. 47 3.1. Преобразование координат систем наведения на подвижном основании ............................................................................................ 47 3.2. Кинематика двухосного опорно-поворотного устройства с азимутальной монтировкой при косвенной стабилизации ........... 49 3.3. Кинематика двухосного опорно-поворотного устройства с карданной монтировкой при косвенной стабилизации ................ 52 3.4. Преобразование координат систем наведения при автосопровождении...................................................................... 54 3.4.1. Двухосное опорно-поворотное устройство с азимутальной монтировкой .................................................................................. 54 3.4.2. Двухосное опорно-поворотное устройство с карданной монтировкой ................................................................................... 56 Контрольные вопросы . ................................................................................. 58 Задачи . ........................................................................................................... 58 4. Способы повышения точности систем наведения радиотехнических и оптических комплексов .............................................................................. 59 4.1. Комбинированное управление ........................................................... 59 4.1.1. Теоретическое обоснование .......................................................... 59 4.1.2. Реализация канала по первой производной ................................ 64 4.2. Двухканальное управление систем наведения .................................. 70 4.2.1. Особенности работы систем наведения в режиме автосопровождения ....................................................................... 70 4.2.2. Двухканальные системы................................................................ 72 4.2.3. Функциональное построение двухканальной системы наведения с силовым дифференциалом ...................................... 73 4.2.4. Функциональное построение двухканальной системы наведения с разделенной нагрузкой ............................................ 74 Контрольные вопросы . ................................................................................. 75 Задачи ............................................................................................................. 75 5. Принципы построения двухканальных систем наведения с разделенной нагрузкой ........................................................................................................ 76 5.1. Простейшая двухканальная система наведения ................................ 76 5.2. Двухканальная система наведения с компенсацией ошибки грубого канала ..................................................................................... 80 5.3. Двухканальная система наведения с компенсацией относительного угла поворота привода точного канала .............................................. 84

Стр.249

250 5.4. Двухканальные системы наведения с компенсацией ошибки грубого канала и относительного угла поворота привода точного канала (системы с обобщенными структурами) ................. 87 5.5. Режим двухканального автосопровождения ...................................... 88 5.5.1. Организация процесса наведения ................................................ 88 5.5.2. Двухканальная система наведения с двумя компенсирующими связями из грубого канала в точный ........................................... 90 5.6. Электронные фильтры частотной селекции в компенсирующих связях ................................................................................................... 96 5.6.1. Классификация электронных фильтров частотной селекции .... 96 5.6.2. Идеальные и реальные фильтры .................................................. 98 5.6.3. Фильтр Баттерворта .......................................................................100 5.6.4. Фильтр Чебышева ..........................................................................102 5.6.5. Обратный фильтр Чебышева ........................................................103 5.6.6. Эллиптический фильтр .................................................................104 5.6.7. Фильтр Бесселя ..............................................................................105 5.6.8. Сравнение фильтров низких частот .............................................107 5.6.9. Передаточная функция фильтра по ошибке................................107 5.6.10. Получение фильтра из прототипа — фильтра низких частот ...110 5.6.11. Реализация электронных фильтров в цифровом виде ..............111 Контрольные вопросы . .................................................................................124 Задачи . ...........................................................................................................124 6. Анализ динамики двухканальных систем наведения с разделенной нагрузкой ........................................................................................................125 6.1. Уравнения динамики двухканальных систем наведения с разделенной нагрузкой .....................................................................125 6.1.1. Уравнения механической части двухканальной системы наведения, расположенной на подвижном основании ..............125 6.1.2. Уравнения динамики двухканальных систем наведения с компенсирующими связями без учета упругих свойств объекта регулирования ..................................................................130 6.1.3. Уравнения динамики двухканальных систем наведения с компенсирующими связями с учетом упругих свойств объекта регулирования грубого канала .......................................132 6.2. Анализ динамики двухканальных систем наведения с компенсирующими связями ............................................................137 6.2.1. Анализ передаточных функций двухканальных систем наведения с компенсирующими связями без учета упругих свойств объекта регулирования и динамического взаимодействия между каналами и подвижным основанием. ...137 6.2.2. Оценка влияния динамического взаимодействия каналов на динамику двухканальных систем наведения с компенсирующими связями. ....................................................148

Стр.250

251 6.2.3. Анализ влияния упругих свойств объекта регулирования грубого канала на динамику двухканальных систем наведения с компенсирующими связями. ...................................156 6.2.4. Повышение помехозащищенности двухканальных систем наведения при наличии упругих деформаций в грубом канале. ..167 Контрольные вопросы . .................................................................................172 Задачи .............................................................................................................173 7. Синтез двухканальных систем наведения с разделенной нагрузкой ......174 7.1. Общее выражение среднеквадратичной динамической ошибки .....174 7.2. Синтез системы с конечной памятью при детерминированном и случайном воздействиях, приложенных в одной точке ................176 7.3. Синтез оптимальных компенсирующих связей двухканальной системы наведения ..............................................................................180 7.4. Оптимизация двухканальной системы наведения ............................187 7.5. Процедура синтеза двухканальной системы наведения ...................189 Контрольные вопросы. ..................................................................................195 Задачи. ............................................................................................................195 8. Особые случаи использования двухканальных систем наведения радиотехнических и оптических комплексов ..........................................196 8.1. Режим одноканального автосопровождения .....................................196 8.2. Использование двухканальных систем наведения с компенсирующими связями в многозеркальных оптических устройствах ............202 Контрольные вопросы . .................................................................................209 Задачи . ...........................................................................................................209 9. Особенности построения и реализации современных систем наведения радиотехнических и оптических комплексов ........................210 9.1. Принципы построения современных систем наведения .................210 9.2. Внутренние шины систем наведения ................................................212 9.2.1. Общие положения .........................................................................212 9.2.2. Интерфейс RS-485 .........................................................................213 9.2.3. Интерфейс «Манчестер» (MIL-STD-1553) ..................................219 9.2.4. Интерфейс CAN ............................................................................223 9.2.5. Сравнение внутренних шин систем наведения ...........................229 9.3. Примеры реализации принципов построения современных систем наведения радиотехнических и оптических комплексов .....231 9.3.1. Пример реализации одноканальной двухосной системы наведения радиотехнического комплекса ...................................231 9.3.2. Пример структурно-функционального построения двухканальной системы наведения оптического комплекса ......236 Контрольные вопросы ...................................................................................242 Задачи .............................................................................................................242 Литература ......................................................................................................243 Словарь терминов ..........................................................................................244

Стр.251