Система автоматического управления пространственным разворотом объекта

.И.С ОГО УПЫМ РАЗавлению ер лета ра масс и сяку (напр ло це ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство ССМ 1313214, кл. С 05 В 17/02, 198(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННВ О РОТОМ О БЬЕ КТА(57) Изобретение относитдвижущимися обьектами ительными аппаратами) око н позволяет уменьшить расход энергетических ресурсов при выполнении программных угловых маневров за счет организации процесса идентификации внешних возмущающих моментов при движении объекта и использования полученной информации для изменения момента времени переключения программного управляющего момента с участка разгона на участок торможения, а также для уменьшения модуля программного управляющего момента по сравнению с расчетным на участке торможения. В системе автоматического управления пространственным разворотом объекта 3 имеются блоккз, сгОзкнцзя которых прОпорционяльнз пг.оекциям угловой скорости на оси связанной системы координат.Беременные составляющие слгнала уп"равления, каглпенсиреюаие гироскопиче:кий момент, фоомируются в блоке 6 формирования переменной составля.ощей сигнала управления в соответствии с выражениями М"-0М Ь Мг)+ = Вн у 77) Мг+ = Вр ф" где) - номер оси, по которой прикладывается максимальная составляю.цзя угравлягошега момена;В - постоянные коэффициенты, зависящие тагько ат начальных условий и от тена:ра инерции объекта и вычисления в ЦВМ перед началом разворота по формуламВ "Ь-АИ 1, Ь = +2.-+) И+й + н.2 где А определяется в соответствии с выражениями (75),Каждый из трех каналов блока 6 может быть выполнен в виде. например, масштабных операционных усилителей, перемен- кость коэффициентов усиления которых в связи с изменением начальных условлй оазварота и тензорз инерции обьекта может обеспечиваться переключением резисторов в целях обратных связей операционных усилителей клочами, управляющими с помощью ЦВМ.В блоке 10 оценки инерционного момента осуществляется дифференцирование сигналов, поступающих с выхода блока 4 датчиков угловой скорости и определение составляющих вектора момгчга инерционных сил на оси связанной ситемы координат в соответствии с выражениями Ми -- 1 и, Ми 2 = 2 и 2, (78) Мз = зиз, где и - из - сигналы нз выходе дифференциаторов, входящих в состав блока 10 оценки инерционного момента;1, 2, 5 - масштабные коэффициенты,пропорциональные составляющим тензора инерции по осям обьекта;Ми 1, Ми 2, Миз - сигналы на выходе блока, пропорциональные проекциям инерционного момента сил на связанные оси.Блок 10 оценки инерционного момента (фиг.8) содержит три дифференциатора 55 для преобразования сигналов с выхода блока 4 датчиков угловых скоростей и три масштабных усилителя 56, обеспечивающих умножение выходных сигналов дифференциаторав и 1-из на масштабные коэффициенты 1, 2,ГЗ.10 Кроме того, если блоком 4 формируются электрические сигналы ,еременнага синусаидального тока, в состав блока 10 должны входить три фазочувствительных выпрямигеля 57,Выходы которых соединяются с выходами дифференцизторов 55, Дифференцизтары 55могут быть, наприМер, выполнены на основе операционных усилителей, в там числе и в интегральном исполнении, Масштабные устрайства могут быть также вьполнены на основе операционных усилителей, входы которых соединены с выходами дифференциаторов. Выбор конкретнага набора значений масштабных коэффициентов, соответствующих значениям составляющих тензарз инерции на момент начала очередного разворота объекта, осуществляется, например, переклочением резисторов в цеггях абрзт(80) ных связей усилителей постоянного тока, на20 которых настроены масштабные устройства. Управление переключением осуществляется с помощью ЦВМ,Система работает следующим образом.В начале углового разворота объекта25 (т= 0) в блоке 1 формирования управляющихсигналов в соответствии с выражениями (74)вырабатываются сигналы управления, по.супающие на блок 2 исполнительных органов 2, которыи создает соответствуюгцие30 управляющие моменты, воздействующие накорпус объекта и приводящие ега во вращение.С возникновением угловой скорости гр = в появляются сигналы, снимаемые с блока 4 датчиковугловой скорости, В блоке 5 формирования35 квадрата нормы вектора угловой скоростивырабатывается сигнал в соответствии сформулойз1 в = Р в. =1,2,3,40В блоке 6 формирования переменнойсоставляющей сигнала управления сигнал свыхода блока 5 формирования квадратанормы вектора угловой скорости умножаетсяна предварительно вычисленные в ЦВМ коэффициенты Ь в соответствии с выражениями 77). Сформированные таким образомуправляющие сигналы, предназначенныедля компенсации гироскопического момента, поступают нг первый вход блока 1 формирования управляющих сигналов.Одновременно сигналы й с выходаблока 4 датчиков угловой скорости поступают на вход блока 7 формирования сигналовотклонения оси вращения от заданного направления и на вход блока 10 оценки инерционного момента.Блок 7 реализует функциюб.=МИ в2, =1,2,3, 21 1679467для чего в него поступает также сигнал, пропорциональныйа 1, с выхода блока 5. С сигналом, идущим от блока 7, в сумматоре 9 складывается соответствующий сигнал У = (ИРз ), взятый с обратным знаком, 5 где и( - 1, 2, 3) - направляющие косинусы оси Эйлера, заданные в виде начальных условий разворота или однократно вычисленные в ЦВМ по начальным условиям, заданным в виде углов Эйлера. Сигнал на 10 выходе сумматора 9 отличен от нуля лишь в том случае, когда направляющие косинуса вектора угловой скорости отличаются от опорных значений, Это может происходить в результате действия на объект внешних 15 возмущающих воздействий или изменения составляющих тензора инерции объекта в процессе разворота или при нулевом начальном значении угловой скорости, Во всех этих случаях сигнал с выхода суммато ра 9, усиленный в усилителе 8, поступает для выработки управляющего сигнала Мд (в корректирующем устройстве блока 1), обеспечивающего стабилизацию направления вектора угловой скорости объекта вдоль за данной оси Эйлера.В блоке 10 оценки инерционного момента осуществляется дифференцирование сигналов о и умножение сигналов, пропорциональных значениям углового ускорения щ на постоянные коэффициенты, формируемые в ЦВМ, в соответствии с выражениями (78).Сигналы Миь сформированные в блоке 10, поступают на третий вход блока 11 иден тификации возмущающего момента. На первый вход блока 11 с первого выхода блока 1 поступают сигналы Мсь а на второй вход блока 11 поступают сигналы Ми с третьего выхода блока 1. В результате, в соответствии 40 с выражением (2) в блоке 11 определяются значения сигналов Яы, пропорциональные составляющим возмущающего момента сил Мв.Сигналы Ми с выхода блока 11 поступа ют в блок 12 анализа знака возмущающего момента, где происходит определение знака величины М, и формирование сигналов, разрешающих выдачу выходной информации блоков 15 и 16, Если МвО., то сигнал с 50 первого выхода блока 12 поступает в блок 16 сравнения углов и готовит цепь выдачи информации блоком 16 в момент наступления равенства (35) р(6) =д. Если Мв(0, то сигнал с второго выхода блока 12 поступает в блок 15 сравнения скоростей и готовит цепь выдачи информации блоком 15 в момент наступления равенства (17) ф(о) =р . Таким образом, сигналы на том или ином выходе блока 12 появляются в зависимости от знака возмущающего момента М.В блоках 15 и 16 осуществляется непрерывное сравнение текущих значений угловой скорости. и угла разворота объекта вокруг оси Эйлера с расчетными, поступающими из ЦВМ, В зависимости от знака возмущающего момента М, анализируемого в блоке 12, один из блоков 15, 16 вырабатывает сигнал о оавенстве сравниваемых им параметров, По этому сигналу в блоке 1 инвертируется знак программного управляющего момента Мк (через пятый и шестой входы блока 1) и начинается этап торможения объекта управления, Кроме того, в инверторекоммутаторе 13 начинает формироваться составляющая сигнала управления для компенсации возмущающего момента на участке торможения, которая через третий вход поступает в блок 1, а в блоке 14 формируется по одному из выражений (4), (5), поправка к программному управляющему моменту на участке торможения объекта, которая через четвертый вход поступает в блок 1 и уменьшает модуль программного управляющего момента.Таким образом, на участке торможения объекта происходит инвертирование знака программного управляющего момента Мк, формирование составляющей сигнала управления для компенсации возмущающего момента и формирование поправок к программному управляющему моменту, обеспечивающей уменьшение его модуля.При достижении объектом управления заданного конечного угла разворота ЦВМ вырабатывает команду на окончание разворота, которая поступает в блок 1 и обнуляет сигнал управления на входе блока 2 исполнительных органов.По сравнению с прототипом предложенная система имеет следующие преимущества.Без уменьшения точности приведения объекта управления а заданное конечное состояние при угловых разворотах и увеличения времени разворота достигается снижение затрат энергетических ресурсов благодаря изменению момента времени переключения знака программного управляющего момента по сравнению с расчетным с учетом результатов идентификации возмущающего момента сил в реальном масштабе времени на участке разгона объекта. Снижение затрат энергетических ресурсов (зкономия рабочего тела) в предлагаемой системе управления проявляется в отсутствии необходимости создавать составляющую момента управляющих сил на участке1679467 Ехало 1 дквп Грод,тФс Щ Ря раз она объекта для компенсации внешнихи параметрических возмущений. а также вуменьшении модуля программного управляющего момента сил на участке торможения объекта на величину, вычисляемую в 5блоке формирования поправок предлагаемой системы управления,Формула изобретенияСистема автоматического управленияпространственным разворотом объекта, содержащая блок формирования управляющих сигналов, первый выход которого черезблок исполнительных органов подключен квходу объектз управления, выход объекта управления соединен с входом блока датчиков 15угловой скорости, выход которого подключенк первому входу блока формирования сигнала отклонения оси вращения от заданногонаправления, к входу блока формированияквадрата нормы вектора угловой скорости и 20к входу блока оценки инерционного момента,первый выход блока формирования квадрата, ормы вектора угловой скорости подключенк второму входу блока формирования сигнала отклонения оси вращения от заданного 25направления и через блок формированияпеременной составляющей сигнала управления к первому входу блока формированияуправляющих сигналов, выход блока формирования сигнала отклонения оси вращения от 30заданного направления через последовательно соединенные сумматор и усилительподключен к второму входу блока формирования управляющих сигналов, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью уменьшения 35затрат на организацию пространственногоразворотаобъекгэ при действии возмущений, в систему дополнительно введены блоканализа знака возмугцающего момента,блок идентификации возмущающего момента, инвертор-коммутатор, блок фар кирова. ния поправок, блок сравнения скоростей, блок сравнения углов и блок интегрирования нормы вектора угловой скорости, причем первый вход блока идентификации возмущающего момента соединен с вторым выходом блока формирования управляющих сигналов, второй вход соединен с третьим выходом блока формирования управляющих сигналов, третий вход - с выходом блока оценки инерционного момента, а выход - с входом блока анализа знака возмущающего момеща и первым входом инверторэ-коммутатора, первый выход блока анализа знака возмущающего момента соединен с первым входом блока сравнения углов, второй выход - с первым входом блока сравнения скоростей, второй вход инвертора-коммутатора связан с первым входом блока формирования поправок, выходом блока сравнения скоростей и третьим входом блока формирования управляющих сигналов, третий вход инверторакоммутатора подключен к второму входу блока формирования поправок, к выходу блока сравнения углов и четвертому входу блока формирования управляющих сигналов, выход инвертора-коммутатора соединен с пятым входом блока формирования управляющих сигналов, шестой вход и четвертый выход блока формирования управляющих сигналов подключены соответственно к третьему входу и выходу блока формирования поправок, второй выход блока формирования квадрата нормы вектора угловои скорости связан с вторым входом блока сравнения скоростей и через блок ингегрирования нормы вектора угловой скорости - с вторым входом блока сравнения углов.Еорректор Т. Палий дактор А. Шандор ям при ГЕНТ СС 1 роиаводсвенно Заказ 3214 ЕЗНИИГ 111 Го Составитель 13. Хро 1 ехред М.Моргена Тираж 440 Годписноеарственнсно комитета по изобретениям и открц113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 здательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101679467 1 формирования управляющих сигналов, блок 2 исполни тельных органов, блок 4 датчиков угловой скорости, блок 5 формирования квадрата нормы вектора угловой скорости, блок 6 Формирования переменной составляющей сиг нала управления, блок 7 формирования сигнала отклонения оси вращения от заданного направления, сумматор 9, усилиИзобретение относится к управлению движущимися объектами и может быть использовано для управления движением объектов с произвольными инерционными свойствами (например, летательными аппаратами) около центра масс.Целью изобретения является уменьшение затрат рабочего тела на организацию пространственного разворота объекта при действии возмущений,На фиг.1 приведена блок-схема предлагдемой системы; на фиг.2 - функциональная схема блока идентификации возмущений; на фиг.З - функциональная схема блока анализа знака возмущающего момента; на фиг,4 - функциональная схема инверторакоммутатора; на фиг,5 - функциональная схема блока формирования поправок; на фиг,6 - функциональная схема блока сравнения скоростей; на фиг,7 - функциональная схема блока формирования управляющих сигналов; на фиг.8 - функциональная схема блока оценки инерционного момента; на фиг,9 (а,б) - графики изменения параметров расчетного углового разворота и при Мв0 (р =рр ); на фиг,10 - графики изменения параметров углового разворота при Мв0 (р = рр ); на фиг.11 - графики изменения параметров углового разворота при Мв0 ( р = рр ); на фиг,12 - графики изменения параметров углового разворота при МО (ю =ь)Блок-схема системы автоматического управления пространственным разворотом объекта (фиг.1) соДержит блок 1 формирования управляющих сигналов, блок 2 исполнительных органов, объект 3 управления, блок 4 датчиков угловой скорости, блок 5 формирования квадрата нормы вектора угловой скорости, блок 6 формирования переменной составляющей сигнала управления, блок 7 формирования сигнала отклонения оси вращения от заданного направления, усилитель 8, сумматор 9, блок 10 оценки инерционного момента, блок 11 идентифи- кации возмущающего момента, блок 12 анализа знака возмущающего момента, инеертор-коммутатор 13, блок 14 формиротель 8, блок 10 оценки инерционноо момента. В систему введены блок 11 идентификации возмущающего момента, блок 12 анализа зака возмущающего момента, инвертор-коммутатор 13, блок 14 формирования поправок, блок 15 сравнения скоростей, блок 16 сравнения углов и блок 17 интегрирования нормы вектора угловой скорости, 12 ил. вания поправок, блок 15 сравнения скоростей, блок 16 сравнения углов и блок 17интегрирования нормы вектора угловой скорости,5 Блок 11 идентификации возмущений(фиг,2) состоит из трех одинаковых каналов18, которые могут бытьвыполнены, например, в виде трехвходового сумматора-вычитателя,10 Блок 12 анализа знака возмущения(фиг,З) состоит из трех одинаковых каналов19, которые могут быть выполнены, например, в виде последовательно соединенныхнуль-компаратора 20, вентиля 21 и инверто 15 ра 22,Инвертор-коммутатор 13 (фиг.4) состоитиз трех одинаковых. каналов 23, которые могут быть выполнены, например, в виде операционного усилителя 24, принимающего20 сигналы с выходов блока 15 сравнения скоростей и блока 16 сравнения углов. и управляющего работой электронного ключа 25.Блок 14 формирования поправок (фиг,5)состоит из трех каналов 26, каждый из кото 25 рых может быть реализован с помощьюэлектронных ключей 27, 28 и 29, 30. управляемых сигналами соответственно с блоковсравнения углов 16 и сравнения скоростей15, сумматоров 31 и 32, квадратора 33, вы 30 читателей 34 и 35, операционного усилителя36, обеспечивающего удвоение входногосигнала, делителя 37.Блок 15 сравнения скоростей (фиг,6) состоит из трех каналов 38, каждый из которых35 может быть выполнен в виде последовательно соединенных электронного ключа 39, инвертирующего операционного усилителя 40и компаратора 41,Блок 1 формирования управляющих40 сигналов (фиг.7) состоит из трех каналов 42,каждый из которых включает формирователь постоянной составляющей сигнала управления М (программное устройство 43);формирователь составляющей сигнала уп 45 равления Мс 1 для ликвидации отклоненияоси Эйлера от заданного в момент началаразворота положения (корректирующее устройство 44) и суммирующее устройство 45, 1679467при выполнении условия р(1 ) = рр, гдеф ) - текущее значение угла разворотаобъекта в момент времени 1;рр - расчетное значение угла разворотаобъекта в расчетный момент времени переключения знака управления тр,фр - расчетное значение угловой скорости разворота обьекта при переключениизнака управлекия (в момент времени тр);р, - расчетное значение угла разворота 10в конце интервала времени углового разворота обьекта;ф) - текущее значение угла разворотаобъекта вокруг оси Эйлера в момент времени т, соответствующий переключению знака программного управляющего моментаМ при выполнении условия р(О ) =.рр, гдеу(;) - текущее значение угловой скоростиразворота объекта в момент времени т,Приведем обоснование необходимости 20применения выражений (4) и (5) для определения поправок к программному управляющему моменту сил на участке торможенияобъекта в блоке 14 формирования поправок.С этой целью поиведем сначала основныерасчетные соотношения для оптимальногопрограммного движения обьекта вокруг осиЭйлера (фиг,9 а), используя математическуюмодель движения объекта в виде1 р-М (6) ЭОгде р - расчетное угловое ускорение объекта относительно оси Эйлера;- момент инерции объекта относительно оси Эйлера;М = . М - программный управляю- З 5щий момент, формируемый ЦВМ.Предполагая, что величина Мявляетсяпостоянной на соответствующих интервалах времени управления, что соответствует принципу построения оптимальныхпрограмм управлекия по критерию быстродействия, проинтегрируем уравнение (6) напервом интервале времени управления (научастке разгона объекта);фр =Рр(тр) =,М бт = МпЛр (7)Здесь рр(тр) - расчетная угловая скорость объекта в расчетный момент временипереключения знака программного управляющего момента М, Й" М/ - приведенный программный управляющий момент (вразмерности углового ускорения),Интегрирование уравнения (7) приводит к выражению 552=р(1 Р) = тщ (8) с учетом уравнения (7) выражение (8) может быть представлено в виде фР 2 (9) откуда следует выражение для расчетного момента времени переключения знака программного управляющего момента тр1 р -- -.2(10)Предположим, что, кроме программного управляющего момента М, на участке разгона действует постоянный возмущающий момент Мв, совпадающий по направлению с моментом М,. Будем считать, что на участке разгона отключен контур компенсации возмущающего момента Мв. 8 этом случае уравнение углового движения объекта вокруг оси Эйлера для участка разгона может быть представлено в видеф= Ов+ в (11) где У = М/ - приведенный возмущающий момент (фиг.9,б).Проинтегрируем уравнение (11) для текущего момента времени1д)(1) = Г(мсдп+мв)й =(ма+ив)1. (12)оВыражение (12) может быть записано с учетом (11) в видеЙ =Р (13)После интегрирования уравнения (12) для текущего времени 1 получается выражениер =(м, +м.)=щц 2С учетом выражений (11) и (1 Э) можно представить уравнение (14) в видеи 1-фЯ-(16)Исследуем возможности повышения качества управления угловым разворотом объекта, изменяя момент времени переключения знака программного управляющего момента Мпо сравнению с расчетным тр,Предположим, что переключение знакамомента Мпроисходит в момент времени 1 выполнения равенства(17) текущий угол разворота объекта в момент времени т определяется в видеР(1) =2 р,т, (18) Момент времени наступления равенства(17) в этом случае определяется в соответствии с выражением= ф (11) + Ор Лтг -- (Ма л Л Мг) Мг, (23)35С учетом требуемых условий конца интервала времени Жг уравнения (22) и (23) могут быть представлены в виде Ъ (МвЛЬ(г) Жг = О,-- 40 Р(11) + Рр Лтг р (М + ЛМ 2) Лтг =р(Решения системы уравнений (24) относительно неизвестных ( + ЛМг) и йг имеют вид ЛГ 45М, (25)(26) Для оценки эффективности системы управления угловым разворотом объекта, работа ющей на основе использования соотношений (17), (25), (26), выясним, как изменяются по сравнению с расчетным движением длительность времени углового разворота объ-. екта и программный управляющий момент 55 на участке торможения объекта. С этой целью запишем выражение для расчетного интервала времени торможения объекта по аналогии с (26) Разность моментов времени т 1 р и 11 может быть получена из выражений (10) и (19):Л 11 =11 р - т 1 = - фр - 0(11. (20)2Найдем такие значения программного 5 управляющего момента М 2 = - Мп 1 л. ЛМ 2 и интервала времени Л 1 = 12 - ц на участке торможения объекта, которые при имеющихся на момент времени 11 начальных условиях участка торможения д) ( 11 ) = д и у 2 ( 11 ) обеспе чивают проведение объекта в заданное состояние р 2 ) = дЪ и р ( 2 ) - 0 в предположении о том, что на оставшемся интервале времени управления Л 2 = 12 - 11 полностью компенсируется возмущающий момент Мв с помощью контура управления на основе блоков 10, 11, 13 (фиг,1). С этой целью запишем уравнение движения объекта на участке торможенияР= - в ЛМ 2 (21) 20 и проинтегрируем его при начальных условиях участка торможения (на момент времени И) до момента окончания углового разворота 12 Л (гр = игр - 11 р -ф (27) и вычислим разность между интерваламн времени Жг и Л 12 р, используя соотношения (27) и (26)2ор - со (11) ) (28) Г Сравнив выражение(28) и(20), нетрудно установить их равенство, Это означает, что интервал времени торможения равенЛ 2 = Лгр + Лт 1 (29) Следовательно, общее время Т углового разворота объекта не отличается от расчетного, так как (фиг.9 б)Т 1+ Ь 1 1+ Ьгр+ Ь 1- 11 р + Йгр - гр, (30) где 11 р=и 1+ й 1.Для оценки знака величины ( + ЛМ 2) в выражении (25) найдем выражения для Мп используя выражения (8) и (10)(31)Сравнивая знаменатели правых частей выражений (25) и (31), нетрудно убедиться в выполнении неравенстварк - р(11) (рк - рр) - (32) Это означает, что имеет место неравенствои(33)Следовательно, добавка к программному управляющему моменту Мк на участке торможения имеет отрицательный знак, так как( + ЛМ 2)О. (34) Таким образом, если на участке разгона обьекта в его угловом движении возмущающий момент Мв совпадает по знаку с программным управляющим моментом М. а переход к участку торможения осуществляется в момент времени 11 при выполнении равенства (17), то для достижения заданных конечных условий углового разворота требуется увеличить тормозящий момент на величину ЛМ 2, вычисленную в соответствии с выражением (25), что не всегда возможно в силу реальных ограничений на величину управляющего момента. При этом общее время углового разворота остается равным расчетному для опорного движения,Предположим, что переключение знака программного управляющего момента Мк осуществляется в момент времени 11 наступления равенствар=й (35) получим выражение при текущей угловой7 гскорости фт 1) в момент 11 переключения знака программного управляющего момен 13 1679467- М,(59) разгона действует постоянный возмущающий момент Мв, направленный встречно моменту М. Будем предполагать, что на участке разгона отключен контур компенсации возмущающего момента. В этом случае уравнение углового движения объекта вокруг оси Эйлера может быть записано в виде ф= Мщ - Мв (55) Проинтегрируем уравнение (55) для текущего момента вращения т р (т) = (Мп, - М,) с. (56) Интегрирование уравнения (56) приводит к выражению ф (1) = 2 (Мп Мв) 2 (57) Обьединение уравнений (55 К 57) приводит к выражениям (15) и (16) вида, т.е, тр ф -или р (1) --ЮтИсследуем возможности повышения качества управления угловым разворотом объекта, изменяя момент времени переключения знака программного управляющего момента М, по сравнению с расчетным 11 р.Предположим, что переключение знака момента М происходит в момент времени т 1, соответствующий выполнению равенства(17) ф(11) =рр, В данном случае момент времени 11 располагается на интервале времени 11 р - игр (фиг.11). НайДем выРажение, определяющее задержку времени Лт 1 = т 1 - ттр наступления равенства (17) в рассматриваемой ситуации.С учетом выражений (19) и (10) получает соотношение для Лт 1 в виде 2(58)Найдем значения программного управлЯющего момента м 2 = - мт + Л мг и интеР- вала времени Лт.г - сг-т 1 для участка торможения обьекта,обеспечивающие при имеющихся на момент времени 11 начальных условиях р(1 т) = д и р(Ет) приведение объекта в заданное состояние о(ф) =.р и ф (2) = 0 в предположении об идеальной компенсации возмущающего момента на участке торможения. С этой целью запишем уравнение движения объекта на участке торможения в виде Р = Мп ф Л Юг, Оно полностью совпадает с уравнением (21). Это означает, что имеют место выражения (25) и (26) для определения величин ЛМ 2 и Лтг, т.е.(64)В силу выполнения условияр(1)рр можно записать неравенство 40 ( - ЛМг) 0 (65)Таким образом, если на участке разгонаобъекта знак возмущающего момента Мв не совпадает со знаком момента М, то целесообразно переключение знака М, осуществлять в момент времени 11 выполнения равенства (17) р(11) = рр . При этом угловой разворот заканчивается за расчетное вРемЯ тгр с экономией знеРгетических Ресурсов, которая достигается за счет отсутствия необходимости создания составляющей сигнала управления на участке разгона, компенсирующей возмущающий момент М, и за счет уменьшения модуля программного управляющего момента М на величину ЛМ 2 на участке торможения, вычисляемую в соответствии с первым из выражений (59).Предположим, что переключение знакапрограммного управляющего момента М1осуществляется в момент времени т т наступления равенства (35) р(т 1) =тор. В дан 5 10 15 20 Для оценки эффективности системы управления угловым разворотом, как использующей соотношении (17) и (59), выясним, как изменяются по сравнению с расчетнымдвижением длительность времени разворо. та и величина программного управляющего момента на участке торл 1 ожения. С этой целью найдем разность между расчетныл 1 интервалом времени йгр и Л тг, вычисляемым в соответствии с выражениями (27) и (59), В результате получается выражениеЛа,-лтг-"02 ф (60)т"ркоторое означает, в силу выполнения очевидного неравенства р (т 1) ) рр, что длительность оставшегося интервала времени управления на участке торможения меньше расчетной. Сравнение правых частей выражений (60) и (58) позволяет установить их равенство, т,е.Лт 1= Лтгр - Жг, (61)Следовательно, прогнозируемый интервал времени участка торможения Лтг равен Лтг = Лтгр Лт 1, (62) а общее время Т разворота объекта при переключении знака М по равенству(17) равно (фиг.11)Т = 11+ йг = астр+ Л 11+ Лтгр - Лт 1 = тгр, (63) т.е. совпадает с расчетным,Для ОцЕнки знака вЕличины ( +.ЛМ 2) в первом из соотношений (59) представим его, с учетом (31), в виденой ситуации момент времени 11 располага- етсЯ на интеРвале вРемени Цр - 12 р (фиг.12). По аналогии с ранее приведенными выражениями (36) и (37), можно записать 01) =-",11 откУда следУет неРавенство (так как 11 т 1 р) уф) ур (66) По аналогии с (14) запишем выражение для фб) с учетом особенностей рассматриваемой ситуациич,2Ф) - (67) иэ которого находится момент времени 1 1(68)С учетом (35) получается выражение для задержки времени переключения знака момента М Ж 1 =11 11 р Л 11 = 1 11 р (69)в вНайдем значения программного управляющего момента М 2 - - ,Ма ф ЬМ 2 и интервала времени Ж 2 = 12 -И на участке торможения объекта, обеспечивающие приведение объекта из состояния в момент времени т 1, характеризуемого значениями Р(1) - ур и р(О)рр, в заданное состояние Р(6) =9 с и ф(6)-0 в предположении об идеальной компенсаций Мв на участке торможения. С этой целью необходимо выполнить все преобразования с уравнением (43), приводящие к выражениям (47) и (48) для вычисления величин ( + М 2) и Ь 2.Для оценки эффективности системы управления найдем разность Ь между интервалами вРемени й 2 и й 2 р, пРименив выражения (27) и (48)2 а 2 а Ь = Л т 2 - Л т 2 р = - - ф-Г(1) фЖ 1 1РО)р(6)Неравенство (66) позволяет сделать вывод о том, что Ь О, т.е, й 2Ь 2 р. (71) Таким образом, общее время углового разворота объекта Т в рассматриваемой ситуации, если учитывать соотношения (69) и (70), увеличивается по сравнению с расчетным на величину Ь (фиг,8), равнуюЬл =Ьб+Ь, (72) и определяется в соответствии с выражени- ем Т = 12 р + й = 12 р + Л 1 +Л . (73) Для оценки знака величины ( ". ЬМ 2) проанализируем выражение(53) с учетом неравенства (66), В результате можно сделать вывод о выполнении неравенства(.+ ЬЯ 2)О,Таким образом, если на участке разгонадействует возмущающий момент М, не совпадающий по знаку с моментом М и переключение знака Мосуществляется по выполнению равенства (35) О (11) = рр, то увеличивается время разворота обьекта на величину й и модуль программного управляющего момента на участке торможения на величину ЬМ 2, что приводит к ухудшению качества управления,Проведенный анализ описанных ситуаций доказывает необходимость применения выражений (4) и (5) для технической реализации блока 14 формирования поправки.В блоке 14 формирования поправокэлектронные ключи 27 и 28 пропускают сигналы ср(6) ирр , поступающие иэ ЦВМ соответственно на сумматоры 31 и 32 припоступлении сигнала с блока 16 сравнения углов. Электронные ключи 29 и 30 пропускают сигналы фр (из ЦВМ) и (дЪ - р (е 1)1 соответственно на сумматоры 31 и 32. Сигналы с сумматора 31 через квадратор 33 и сумма тора 32 через операционный усилитель 36поступают на входы делителя 37, величина выходного сигнала которого уменьшается на величину, пропорциональную М, поступающую через вход 3 с блока 1 формирова ния управляющих сигналов в вычитателе 35.Выход вычитателя соединен с входом 4 блока 1 формирования управляющих сигналов, Выражение уЪ - р(11 вычисляется в вычитающем операционном усилителе 34, на 40 входы которого поступают сигналы 10 ир (6)иэ ЦВМ.Блок 15 сравнения скоростей осуществляет сравнение текущей скорости разворотов обьектов ф(1) с расчетной фр и выдачу 45 сигнала в момент времени 11 выполненияравенства ф(1) =ф в блок 1 формирования управляющих сигналов, инвертор-коммутатор 13 и блок 14 формирования поправок.Электронный ключ 39 коммутирует сигнал с второго выхода блока 5 формирования квадрата нормы вектора угловой скорости с входом инвертирующего усилителя 40 по команде с выхода 2 блока 12 анализа знака 55 возмущающего момента. Компаратор 41сравнивает сигналы, поступающие на его входы с инвертируемого усилителя 40 и иэ ЦВМ и выдает сигнал о равенстве текущей угловой скорости расчетному значению наи, кроме того, на участке торможения - сигналы, пропорциональные величине ЬУ 2,Переключение резисторов в цепи обратнойсвязи усилителя 46 обеспечивает умноже 5 ние значений Оп (или Мп- ЛМ 2) на коэффициент Аь вычисляемый в ЦВМ к началуразворота. Выходной сигнал усилителя 46,пропорциональный составляющей программного управляющего момента М, по 10 ступает на сумматор 50, где складывается ссигналом, пропорциональным переменнойсоставляющей сигнала управления, поступающим с выхода блока 6 формированияпеременной составляющей сигнала управ 15 ления. Сумматор 51 обеспечивает поступление сигнала с выхода операционногоусилителя 46 на сумматор 50, Независимо оттого, в каком направлении распространяется сигнал после ключевой схемы 48 (непос 20 редственно на сумматор 45 при 0т 11либо через инвертирующий операционныйусилитель 47 при т 1112),Корректирующее устройство 44 можетбыть выполнено в виде двух параллельно25 соединенных операционных усилителей 52и 53 с общим входом, соединенным с выходом усилителя 8, и суммирующего усилителя54, входы которого соединены с выходамиусилителей 52 и 53, а выход - с одним из30 видов сумматора 45 с первым входом блока11 идентификации возмущающего момента.Параллельно соединенные усилители 52 и53 выполнены по схеме дифференцирующего и безинерционного динамических эвень 35 ев соответственно и, таким образом,обеспечивают реализацию закона управления по координате и производной в контурестабилизации положения оси Эйлера.Суммирующее устройство 45 может40 быть выполнено в виде суммирующего операционного усилителя на четыре входа, надва из которых поступают сигналы с программного устройства 32, на третий - выходной сигнал корректирующего устройства 40,45 на четвертый - сигнал с блока 13, Выходсуммирующего устройства 45 соединен сблоком 2 исполнительных органов,Блок 2 исполнительных органов можетбыть выполнен в виде управляющих реак 50 тивных двигателей ориентации или инерционных исполнительных органов (силовыхгироскопов), создающих реактивные моменты.Блок 4 датчиков угловой скорости может55 быть выполнен в виде трех гироскопическихдатчиков угловых скоростей, жестко установленных по отношению к корпусу объектаи формирующих на выходе электрическиесигналы переменного синусоидального то(76) пятый вход блока 1, на второй вход блока 13 и на первый вход блока 14.Блок 16 сравнения углов осуществляет сравнение текущего значения угла поворота объекта вокруг оси Эйлера о(1) с расчетным рр и выдачу сигнала в момент времени 11 выполнения равенства р = рр на штатный вход блока 1 формирования управляющих сигналов, на третий вход и инвертора-коммутатора 13 и на второй вход блока 14 формирования поправок. Техническая реализация блока 16 полностью идентична рассмотренному блоку 15.Блок 17 интегрирования нормы вектора угловой скорости осуществляет инвертирование модуля вектора текущей углЬвой скорости разворота объекта вокруг оси Эйлера и формирует сигнал о текущем значении угла р (1) в блок 16 сравнения углов и ЦВМ. Блок 17 может быть выполнен на основе интегрирующего операционного усилителя,Постоянные составляющие программного управляющего момента сил М на участке разгона объекта (О 1 11) формируются в блоке 1 формирования управляющих сигналов в соответствии с выражением М 1+1 = МвА 1+1 (74) М 1+2 = МвА)+2 где М - модуль вектора программного управляющего момента сил М,т 1(или т 1) - момента времени переключения управления А =Г - , 1=), 1=)+1, 1=)+2, 11 И(75)Г где, в свою очередь, И - значения направляющих коминусов, определяющих заданную ориентацию оси Эйлера и вычисленные в ЦВМ;11 - момент инерции по связанным осям объекта.Постоянные составляющие программного управляющего момента сил М на участке торможения объекта (т 1 1 Т) формируются в блок 1 в соответствии с выражениями М 1 = Ма - ЬМ 2 М 1+1 - (Мв- ЬМ 2) А 1+1 М 1+2 (М в - ЬМ 2) А)+2 где ЬМ 2 (или ЬМ 2 ) - поправка к модулю программного управляющего момента сил, формируемая в блоке 14 для участка торможения объекта в соответствии с выражением (4) или (5).Программное устройство 43 может включать операционные усилители 46 и 47, ключевую схему 48, уп равляемую сигналами с блоков 15 и 16. Эти сигналы через схему ИЛИ 49 воздействуют на управляющий вход ключа 48. На вход усилителя 46 поступают сигналы, пропорциональные величине иги --