Характеристики линии передачи команд управления
Линии передачи команд управления в телеуправляемой системе могут быть многоканальными. Например, в системе наведения на ракету могут передаваться «плавные» команды управления по курсу, тангажу и крену, а также различные команды изменения параметров контура стабилизации, изменения режимов управления и т. д.
Для обеспечения передачи различных команд может быть использован принцип частотного, временного или кодового разделения сигналов [18]. При этом для упрощения системы приема на борту команды могут иметь постоянную амплитуду, а содержащаяся в них информация преобразуется либо в длительность импульса при широтно-импульсной модуляции, либо квантуется по уровню (кодово-импульсная модуляция) и передается
Рис. 1.3. Схема командной линии |
в виде разрядов чисел. Для воспроизведения команд в этих случаях используется система релейных (пороговых) элементов.
Структурная схема двухканальной командной линии представлена на рис. 1.3 [18]. Согласно этой схеме полученные в счетно-решающем приборе команды в виде физических величин преобразуются в форму, удобную для передачи (временные интервалы, разряды и т. д.). Затем команда шифруется и модулируется для разделения каналов и увеличения помехоустойчивости. Полученные бортовым приемником команды дешифрируются, т. е. пропускаются команды, имеющие определенные признаки (в частности, определенную последовательность импульсов или групп импульсов), и превращаются в демодуляторах в напряжения постоянного тока, поступающие на исполнительные органы объекта управления.
В составе линии передачи команд можно выделить безынерционную по отношению к команде часть, включающую элементы преобразования, шифрации и дешифрации, передачи и приема, и инерционную часть, определяемую фильтрами низких частот в демодуляторах. Более того, по отношению к информации, содержащейся в командах, частотные характеристики фильтров низких частот достаточно широкополосны и не искажают ее. Поэтому их также можно рассматривать как безынерционные |7]. Таким образом, в нормальных условиях линия передачи команд может характеризоваться коэффициентом усиления кк.
Одной из причин ошибок линии передачи команд являются действия помех, внутренних шумов приемо-передающей аппаратуры и сбоев. С учетом ошибок команду на выходе линии передачи ик можно представить в виде
^к=(^к4_А^)^_1_Айш» (1.36)
где и — истинная команда; Ak — случайные изменения коэффициента усиления линии, не коррелированные с командой; Диш — аддитивная шумовая составляющая помехи.
Обычно [7] составляющая Дмш является широкополосным случайным процессом и может быть аппроксимирована белым шумом. Случайная составляющая коэффициента усиления возникает в результате ложных срабатываний релейных (пороговых) элементов в приемной части линии и приводит к уменьшению коэффициента усиления (Ak<0) линии в целом. Количественные характеристики ошибок зависят от типа командной линии и определяются соотношением сигнал/шум на входе приемника команд [7J.
1.1. КОНТУР ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ
Для обеспечения необходимой точности процесса управления система телеуправления может строиться в виде системы автоматического управления с обратной связью. Цепь обратной связи образуется элементами системы, сопровождающими ракету и измеряющими текущие параметры ее траектории, сравнивающими задаваемое законом движения цели положение ракеты с действительным и вырабатывающими на основе получаемой информации команды управления. ,
Совокупность указанных элементов и связи между ними, образующие замкнутую систему, составляют контур управления. Это понятие оказалось полезным при применении методов теории автоматического управления к анализу и формулированию требований к элементам системы. Оно позволяет с единой точки зрения преобразования информации рассмотреть совокуп
ность физически разнородных элементов, образующих систему телеуправления, и дать единую математическую базу их описания.
Структурная схема контура телеуправления в обобщенном виде приведена на рис. 1.4. Она включает: движение цели, определяемое ее ускорением /ц(7); контур стабилизации ракеты с выходом в виде ускорения jv(t); корректирующее устройство или счетно-решающий при-
Рис. 1.4. Структурная схема контура телеуправления
бор (СРП), вырабатывающий команды u(t), измерительные элементы параметров цели хц и ракеты хр с ошибками ДЯц и Длгр, а также линию передачи команд с ошибками Аи. Существенными элементами контура являются уравнения связи, под которыми понимают соотношения между ускорениями и измеряемыми параметрами траекторий движения цели и ракеты.
В состав контура управления входит также элемент формирования заданного закона изменения параметров траектории ракеты. Выход этого элемента х3 является управляющим воздействием в контуре управления. Соотношения, связывающие лг3(<) с xn(t) и xp(t), называют законом наведения. Зависимость законов наведения от *р обычно довольно слабая или совсем отсутствует. В точке встречи координаты заданной траектории ракеты совпадают с координатами цели. Элементы, вычисляющие xa(t), входят в состав счетно-решающего прибора.
На схеме рис. 1.4 предполагается, что в состав системы телеуправления входят два независимых источника информации, измеряющие отдельно параметры траектории цели и наводящегося объекта. Если в системе имеется одно устройство, измеряющее относительные (разностные) параметры траекторий объектов, то схема упрощается и принимает вид, представленный на рис. 1.5.
В этом случае уравнение связи определяется соотношением, связывающим измеряемый параметр х, который характеризует относительное положение цели и наводящегося объекта с их ускорениями. Схема на рис. 1.4 характерна для систем командного наведения, схема на рис. 1.5 — для систем управления по лучу.
Существенное отличие контура, представленного на рис. 1.4, от контура на рис. 1.5 — возможность использования двух корректирующих устройств в цепи управля-
Рис. 1.5. Структурная схема контура телеуправления при измерении относительных координат |
ющего воздействия и в цепи с обратной связью. Это является следствием применения двух независимых источников информации и обусловливает большие возможности системы телеуправления.
Слежение за ракетами может осуществляться дискретно с фиксированными или случайными периодами выдачи. В этом случае контур телеуправления содержит в цепях радиолокаторов и командной линии импульсные элементы типа «ключа». Эти ключи могут работать синхронно либо независимо друг от друга.
Частично элементы, входящие в контур телеуправления, были рассмотрены в предыдущем параграфе. Согласно приведенным описаниям радиолокаторы цели и ракеты могут быть представлены стационарными системами с заданными передаточными функциями и линейно преобразовывать сигналы при отсутствии организованных помех. Ошибки измерения углов и дальностей при расчетах принимаются «белыми» шумами.
Считаем, что линия передачи команд соответствует безынерционному линейному преобразованию команды с коэффициентом усиления, постоянным при отсутствии помех и уменьшающимся при их действии. Аддитивные
ошибки командной линии являются широкополосными шумами.
При использовании в контуре телеуправления двух радиолокаторов могут возникнуть дополнительные ошибки их согласования. Они связаны с использованием различных баз (линий) отсчета и ошибок пересчета величин, измеряемых одним радиолокатором, к базе другого радиолокатора. Ошибки подобного типа назовем инструментальными. Существенная особенность инструментальных ошибок состоит в том, что их спектр должен быть сосредоточен в низкочастотной области. Поэтому их исключение с помощью фильтрации затруднено и они непосредственно влияют на точность наведения.
Существенными элементами контура управления движущимися объектами являются уравнения связей и законы наведения. Как указывалось выше, под уравнением связи понимаем математические зависимости, связывающие ускорения объектов с измеряемыми параметрами и пролетом, характеризующим точность системы наведения. Рассмотрим эти уравнения.