Учебник по предмету: Автоматика и управление (Пример)
Содержание
Работа №
8. ДИНАМИКА СИСТЕМЫ сигнала ui(t).
2. По графику ui(t) с помощью клавиш (со стрелками вверх и вниз) выбрать порог квантования U0.
Рекомендуется выбирать U0 так, чтобы число превышений порога m’ на всем интервале наблюдения от i = 1 до i = imax удовлетворяло бы неравенству:
0,5 N m' N.
3. Зафиксировать выбранный порог U0 на графике.
4. Зарисовать квантованный сигнал и сравнить его с данными таблицы.
Выбор порога обнаружения S0 .
1. Схематично зарисовать построенные компьютером графики зависимостей S1i и S2i .
2. Используя зависимости S1i и S2i, с помощью клавиш (со стрелками вверх и вниз) выбрать порог обнаружения S0 .
Рекомендуется выбирать порог обнаружения S0 так, чтобы он превышал величины сумм S1i(t) на тех позициях, на которых полезный сигнал отсутствует.
3. Зафиксировать выбранный порог обнаружения S0 на графике.
4. Нанести на график полученный азимут цели.
Далее компьютер по исходным данным и без изменения амплитуды сигнала, уровня квантования и уровня обнаружения сгенерирует работу алгоритма первичной обработки для
10. обзоров и рассчитает дисперсию, СКО азимута, количество необнаруженных целей, вероятность правильного обнаружения.
На этом опыт закончен.
Для продолжения работы переходят к пункту 1, в котором изменяют только величину æ. Далее цикл операций повторяется.
Выполнить в режиме СИ (самостоятельного исследования, студенческой инициативы …).
Определение минимального уровня полезного сигнала æmin , необходимого для определения азимута цели с заданной точностью
Определение минимального необходимого уровня сигнала заключается в последовательном уменьшении амплитуды сигнала æ и проведении на модели экспериментов без изменения порогов квантования и обнаружения по определению азимута цели с оценкой точности определения θ´. Необходимая точность определения азимута задается в пределах 3 ±
1. или 3 ± 2.
Величина æmin считается найденной, когда дальнейшее ее уменьшение вызывает в вычисляемом азимуте ошибки, превышающие допустимые.
Для определения æmin необходимо произвести:
а) ввод исходных данных;
б) регистрацию результатов, их удобно записывать в табл. 9.1. В строке Δθ´ записывается ошибка в определении азимута: — 3.
Таблица 9.1
Параметры
Опыт 1
Опыт 2
Опыт …
Опыт i
Опыт …
Опыт k
æ
Эксперименты продолжаются до определения æmin с заданной точностью.
Определение оптимального соотношения порога квантования и порога обнаружения.
Используя моделирующую программу и при необходимости внося в нее изменения, найти оптимальные в смысле min {сигнал/помеха} соотношения параметров U0, S0.
Содержание отчета
1. Данные исполнителя (ФИО, факультет, № группы).
2. Название работы.
3. Цель работы.
4. Теория рассматриваемого вопроса, процесса.
5. Результаты экспериментов:
исходные данные;
таблицы и графики зависимостей ai(t), bi(t), ui(t), S1i(t) и S2i(t), график квантованного сигнала для одного из трех опытов (по выбору, по варианту или указанный преподавателем);
величины порогов квантования и обнаружения, значения полученных азимутов;
для всех опытов: введенные данные, выбранные уровни, результаты выполнения алгоритма.
6. Выводы по работе.
Литература: [1,6-8].
Работа №
10. ВТОРИЧНАЯ ОБРАБОТКА
РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ В АС УВД
Цель работы
1. Ознакомление с алгоритмами вторичной обработки радиолокационной информации в АС УВД.
2. Изучение работы алгоритма скользящего сглаживания и влияния значений коэффициентов сглаживания на точность определения параметров движения целей.
Теоретические сведения
Коды координат самолетов, получаемые в устройстве первичной обработки радиолокационных сигналов, передаются в вычислительный комплекс (ЦВМ) вторичной обработки (ВО).
Здесь решаются следующие задачи [1]:
1. Идентификация отметок и распределение их по каналам автоматического сопровождения (АС).
2. Анализ спорных ситуаций.
3. Определение параметров движения целей.
4. Автоматический захват новых траекторий.
В данной работе рассматривается только третья задача. Предполагается, что операции по решению первых двух задач уже выполнены и процесс определения параметров движения моделируется для одного самолета (одного канала АС).
Движение самолета на отдельных участках траектории может задаваться следующим образом:
а) равномерное прямолинейное;
б) прямолинейное с постоянным ускорением;
в) разворот с постоянным креном и постоянной скоростью;
г) развороты с постоянным креном и постоянным ускорением.
Очевидно, последнее можно считать наиболее общим, а все остальное – частными случаями. Поэтому модель движения составлена для последнего варианта.
Обработка информации производится циклически с периодом T, равным времени одного оборота антенны радиолокатора. Поэтому модель движения самолета задается в виде системы разных уровней.
Пусть в момент tj направление движения самолета составляет угол i с осью 0 (рис. 10.1).
Тангенциональная составляющая ускорения a постоянна a= a ; нормальная составляющая при координированном управлении определяется углом крена :
an = gsin y gy.
Составляющие ускорения по осям координат в момент ti равны i, i. Угловая скорость разворота равна:
= gy/V,
где g – ускорение свободного падения;
V – путевая скорость.
Отсюда следует, что при движении самолета с путевым углом :
i '' = ai sin i + ani cos i; i '' = ai cos i — ani sin i;
i ' = Vi sin i; i ' = Vi cos i.
За один цикл T угол изменяется на
= T = an T/V.
При этом
Принимая для каждого цикла величины и постоянными, найдем:
Полученные рекуррентные соотношения позволяют задавать любые возможные траектории движения цели.
Определение параметров движения цели в системе ВО производится методом скользящего сглаживания с помощью модели первого порядка. Пусть xi , yi – измеренные значения координат в момент ti ; xсi, yсi, xсi', yсi'
- оценки (сглаженные значения) координат и скоростей в момент ti ; xiэ, yiэ, x'iэ, y'iэ – экстраполированные значения координат и скоростей к моменту ti.
При использовании в системе ВО линейной модели первого порядка обработка ведется по алгоритму:
Коэффициенты сглаживания i и i определяются по формулам:
Величины и выбираются в зависимости от ошибок измерения координат и возможностей маневрирования целей.
Координаты xi , yi , поступающие от подсистемы первичной обработки, не совпадают с истинными координатами цели i , i :
где xi , yi — ошибки измерения и квантования сигналов.
Оценки координат, полученные в результате сглаживания, также содержат ошибки:
,
которые зависят от характера движения целей и от выбранного способа сглаживания.
Описание моделирующего алгоритма
Моделируемая траектория движения самолета состоит из некоторых участков. На каждом участке задается постоянное продольное ускорение a и крен самолета y (рис. 10.2).
Величины a и y могут иметь и нулевые значения, тогда движение будет прямолинейным и равномерным.
Предусмотрены различные варианты ввода информации о движении цели. Для первых N точек каждого участка вводятся мгновенные значения координат i иi, ошибок измерения i иi и ошибок сглаживания xiиyi .Кроме того, в конце каждого участка длиной N вводятся значение координат , , скорости V, путевого угла , а также среднеквадратичные значения ошибок измерения и оценки , накопившиеся на данном участке за N наблюдений. С этой целью счет циклов обзора ведется как от начала наблюдения i, так и от начала текущего участка n.
Для задания начала траектории в ЦВМ задаются координаты o, o, начальное значение коэффициента сглаживания координат коэффициент прочности траектории Q, вводятся скорость Vo, курс o, продольное ускорение а, угол крена , период обзора (вращения антенны) T, начальные значения числа циклов наблюдения (обзора) i, среднеквадратичное значение ошибки измерений ск и установившиеся значения коэффициентов сглаживания .
Далее задаются параметры движения, постоянные для каждого участка, со следующими данными для первого участка – участка автозахвата – ускорение а = 0, угол крена =
0. второго участка – прямолинейного равномерного движения – а = 0, = 0; третьего участка – разворота – а = 0, 0; четвертого участка – равноускоренного движения – а 0, =
0. Длина каждого участка постоянна и выражена числом циклов наблюдения N. Кроме того, задается число циклов N, для которых должны быть выделены мгновенные значения ошибок измерений и сглаживания.
Затем идет счет циклов и моделируется движение цели за время одного оборота антенны. Далее моделируются ошибки измерения координат и процедура вторичной обработки информации. Циклы моделирования движения и обработки информации повторяются без ввода результатов до конца очередного участка траектории, после чего выводятся данные о конечной точке участка и среднеквадратичных ошибках на всем участке (табл. 10.1).
Таблица 10.1
Пере-менная
V
T
ск
а
N
N'
Размер-ность
м
м
м/с
град
с
м
м/с2
град
Min
- 00000
- 00000
250
- 180
6
250
0
0
- 1,5
- 30
1
0
Max
200000
200000
950
180
20
750
1
1
+ 1,5
30
99
N
Порядок выполнения работы
Перед началом работы для наглядного представления процесса скользящего сглаживания координат цели запустите демонстрационную программу. Обратите внимание на последовательность расчета координат.
В работе анализируется возможность использования алгоритма скользящего сглаживания для автосопровождения цели на всех участках полета. Работа выполняется на компьютере. Запустите программу и точно следуйте указаниям и рекомендациям, выводимым на экран. Прежде чем нажать клавишу Enter, уточните правильность введенных данных на экране. При наличии (использовании) принтера проверьте его готовность к работе.
В процессе выполнения лабораторной работы студент исследует работу алгоритма вторичной обработки радиолокационной информации по автоматическому сопровождению цели при различных значениях коэффициента сглаживания координат, а именно проводит три опыта: 1 = 0,9; 2 = 0,1; 3 = 0,4 … 0,6 (коэффициент сглаживания скорости рассчитывается автоматически по значению коэффициента прочности траектории).
Рекомендуется для ознакомления с алгоритмом работы выполнить ознакомительный (без отчета) опыт с предложенными компьютером данными.
1. Подготовительные операции
Введите данные согласно комментариям на экране или табл. 10.1:
скорость цели;
курс;
крен;
период обзора;
ускорение;
СКО измерения;
коэффициент сглаживания.
2. Начало сопровождения
При каждом нажатии на любую клавишу на основе исходных данных на первом этапе (ввод в сопровождение) цель движется прямолинейно с постоянной скоростью. При этом коэффициент сглаживания координат принимает введенное значение, а коэффициент сглаживания скорости рассчитывается исходя из устойчивости процесса ввода в сопровождение (значений прочности траектории).
На экране в левом верхнем окне демонстрируется решение сглаживания координат на каждом цикле обзора; в окне с синей каймой красным цветом отображается траектория движения цели. Кроме этого, на экране с каждым нажатием клавиши отображаются динамика изменения курса, скорости, ускорения, крена, времени наблюдения, № обзора, коэффициентов и , а также значения для экстраполированных, измеренных и сглаженных координат (X, Y) и величины отклонения их от истинных (dX, dY).
При остановке программы первый участок траектории движения цели заканчивается.
3. Сглаживание координат при равномерном прямолинейном движении
3.1. Для перехода к следующему участку введите предложенную компьютером букву.
3.2. Далее процесс выполнения работы проходит аналогичным образом (см. п. 2).
Обратите внимание на динамику изменения процесса по сравнению с наблюдавшимися в п. 2.
При остановке программы второй участок траектории движения цели заканчивается. После ввода предложенной компьютером буквы программа выполнит в памяти компьютера (без вывода на экран) еще
20. обзоров и представит таблицу результатов статистической обработки по этим обзорам (СКО экстраполяции, измерения и сглаживания).
4. Сглаживание координат при развороте
Повторить п. 3.
5. Сглаживание координат при ускоренном движении
Повторить п. 3.
Для продолжения работы переходят к пункту 1, в котором изменяют только величину . Далее цикл операций повторяется.
6. Выполнять в режиме СИ необязательно.
6.1. Определение оптимальных коэффициентов сглаживания для участков полета.
Оптимальное значение для данного характера движения соответствует минимуму величины СКО сглаживания и определяется путем поиска. Оптимальное значение ищется отдельно для каждого участка.
6.2. Определение оптимального коэффициента сглаживания для полета в целом
Оптимальное значение коэффициента ищется для полета в целом.
Содержание отчета
1. Данные исполнителя (ФИО, факультет, № группы).
2. Название работы.
3. Цель работы.
4. Теория рассматриваемого вопроса, процесса.
5. Результаты экспериментов:
- исходные данные;
- для всех опытов результаты статистической обработки по
20. обзорам;
- построить на одном рисунке истинную, экстраполированную, измеренную и сглаженную траектории движения цели для одного из трех опытов (по выбору, по варианту или указанию преподавателя).
6. Выводы по работе.
Литература: [1,6-8].
Литература
1. Бочкарев В.В., Крыжановский Г.А., Сухих Н.Н. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта / Под ред. Г.А. Крыжановского. М.: Транспорт, 1999.
2. Федоров С.М., Михайлов О.И., Сухих Н.Н. Бортовые информационно-управляющие системы: Учеб. для вузов/ Под ред. С.М. Федорова. М.: Транспорт, 1994.
3. Автоматизированное управление полетом воздушных судов / С.М. Федоров, В.М. Кейн, О.И. Михайлов, Н.Н. Сухих; Под ред. С.М. Федорова. М.: Транспорт, 1992.
4. Кейн В.М., Красов А.И., Федоров С.М. Системы автоматического управления: Учебное пособие. Ч.1. / ОЛАГА. Л., 1978.
5. Кейн В.М., Красов А.И., Федоров С.М. Системы автоматического управления: Учебное пособие. Ч.2. / ОЛАГА. Л., 1979.
6. Тучков Н.Т. Автоматизированные системы и радиоэлектронные средства управления воздушным движением: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1994.
7. Грачев В.В., Кейн В.М. Радиотехнические средства управления воздушным движением / Учебное пособие для вузов. М.: Транспорт, 1975.
8. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Справочник / В.И.Савицкий, В.А. Василенко, Ю.А. Владимиров, В.В.Точилов; Под ред. В.И. Савицкого. М.: Транспорт, 1986.
Содержание
Стр.
Общие методические указания
3
Раздел 1. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ……………………………………………..
4
Работа № 1. Потенциометрические датчики и функциональные преобразователи……………………………………………………
4
Работа № 2. Электромеханический интегратор и синусно-косинусный потенциометр…………………………………………………
14
Работа № 3. Характеристики элементов системы «Путь-4 МПА»……..
21
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ……………………………………………..
34
Работа № 4. Динамические звенья систем автоматического управления…………………………………………………………….
34
Работа № 5. Динамика цифровых систем управления…………………
38
Раздел 3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ. ……………………………………………
45
Работа №
6. Исследование системы автоматического регулирования второго порядка………………………………………………
45
Работа № 7. Система траекторного управления СТУ-154………………
55
Работа № 8. Динамика системы траекторного управления СТУ-154…..
66
Работа № 9. Первичная обработка радиолокационной информации в АС УВД………………………………………………………
71
Работа № 10. Вторичная обработка радиолокационной информации в АС УВД………………………………………………………
80
Литература………………………………………………………………….
89
Выдержка из текста
Рис. 3.4. Схема установки для проверки системы «Путь-4МПА»
в боковом канале
Сигналы всех ранее упомянутых датчиков поступают от имитаторов, которые вмонтированы в поверочную установку УПП-7 и находятся на стенде проверки изделия.
Закон управления в боковом движении имеет вид:
δz =ic(γт –– γз ) ;
где – передаточные коэффициенты;
Т 1 и Т 2 – постоянные времени блоков вычислителя В-12,
Т 1 =1,7 с; Т 2 = 2,3 с.
Ограничитель F1 ограничивает заданный крен γз max = 18,5°. С помощью ограничителя F2 образуется зона нечувствительности ∆ψ0 = ± 28,5°. Поскольку через ограничитель пропускается не только сигнал ∆ψ, но и ε, во всех случаях сигнал на выходе F2 (iε ε – i∆ψ∆ψ) не превышает величины i∆ψ∆ψ0. Благодаря этому в зоне насыщения сигнала ε угол подхода ∆ψП=∆ψ0. При выходе в зону линейности сигнала ε появляется сигнал iε pε, приводящий в конечном итоге к развороту самолета на посадочный курс, следовательно, уменьшению величины угла ∆ψ. При ∆ψ 1 – колебательным (рис. 5.2, б).
При k T = 1 в цифровой системе существует процесс конечной длительности, заканчивающийся за t=T. Такой характер процесса недостижим в линейных непрерывных системах. Нетрудно убедиться, что при k T >2 переходный процесс будет расходящимся. Следовательно, условие устойчивости рассматриваемой замкнутой цифровой системы имеет вид k T < 2.
Порядок выполнения работы
1. Запустите программу и точно следуйте указаниям и рекомендациям компьютера, выводимым на экран. Прежде чем нажать клавишу Enter уточните правильность введенных данных на экране.
При наличии (использовании) принтера проверьте его готовность к работе.
2. Выведите на экран дисплея и прочтите следующую дополнительную информацию об объекте исследования:
в работе исследуется поведение динамической системы с цифровым вычислителем управляющих воздействий (микропроцессором), относящейся к типу дискретных САУ (рис. 5.5);
в ее состав, кроме цифрового вычислителя (ЦВУ), входят также цифро-аналоговый (ЦАП) и аналого-цифровой (АЦП) преобразователи и сервопривод (СП) с датчиком обратной связи (ДОС).
Сервопривод представляет собой интегрирующее звено;
Рис. 5.5. Структурная схема цифровой системы управления
в дальнейшем на динамических структурных схемах ЦВУ вместе с ЦАП и АЦП представлены соединением блоков арифметики и задержки Т
3. ключа и запоминающего (на период Т
0. блока М – экстраполятора нулевого порядка.
3. Выведите на экран дисплея и внимательно прочтите текст задания.
Задание
Для безынерционного сервопривода (Т 0 = 0):
1) задавая ненулевые начальные условия, определить область изменения параметров k и Т 0 (при k' = 0), в которой система устойчива;
2) по реакции на ступенчатое воздействие оценить время переходного процесса и описать его характер (апериодический, колебательный) при максимальных и минимальных значениях параметров из найденного диапазона;
3) определить соотношение между k и Т
0. при которых длительность переходного процесса минимальна;
4) описать поведение системы при других типовых воздействиях;
5) выбрать пару значений k и Т
0. при которых система неустойчива, и подбором коэффициента k' при первой разности dx = x [iT0]
– x [(i -1)T0]
добиться наименьшей величины перерегулирования (s = 0,5 – 0,1);
6) проделать пункты а)-д) для инерционного привода (Т = 0,1с);
7) проделать пункты а)-е) при наличии запаздывания (Т 3 > 0).
4. Выполните следующие подготовительные операции согласно указаниям компьютера:
- выберите тип сервопривода (безынерционный);
- задайте значения параметров системы;
- выберите тип воздействия и задайте значения его параметров;
- задайте начальные условия.
5. Для ввода этих данных нажмите клавишу Enter. Компьютер выведет на экран график переходного процесса и структурную схему системы с указанием значений параметров процесса и звеньев системы. Срисуйте с экрана график, схему и запишите значения параметров.
6. Аналогично проведите исследование системы в соответствии с пунктами г) – ж) задания на выполнение работы.
Содержание отчета
1. Данные исполнителя (ФИО, факультет, № группы).
2. Название работы.
3. Цель работы.
4. Структурная схема исследуемой системы, графики переходных процессов и другие экспериментальные данные в соответствии с требованиями задания на выполнение работы.
5. Выводы по работе.
Литература: [5].
Раздел
3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
Работа №
6. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВТОРОГО ПОРЯДКА
Цель работы
1. Исследование переходных процессов, происходящих в следящей системе в зависимости от величин коэффициентов усиления и углов рассогласования, а также видов обратной связи.
Теоретические сведения
Система автоматического регулирования второго порядка описывается уравнением вида:
(1)
где х – входная, а у – выходная величина.
При действии на вход скачкообразного сигнала x(t) = 1[t]
процесс изменения выходной величины y(t) складывается из двух составляющих –переходной и установившейся:
В установившемся режиме величины x и у постоянны, поэтому производные в уравнении (1) обращаются в нули и уравнение приобретает вид:
Отсюда установившееся значение выходной величины равно:
Переходная составляющая процесса на выходе системы определяется решением однородного дифференциального уравнения:
(2)
Это решение имеет вид:
(3)
если корни p 1 и p 2 характеристического уравнения
(4)
вещественны. В случае же комплексных корней характеристического уравнения решение дифференциального уравнения (2) имеет вид:
(5)
Постоянные c 1, c 2, A и B в выражениях (3) и (5) определяются начальными условиями.
Вид переходного процесса определяется главным образом корнями характеристического уравнения (4):
Переходная составляющая процесса y(t) должна со временем обращаться в нуль, т. е. система должна быть устойчивой. Как видно из (3) и (5), для этого вещественные корни или вещественные части комплексных корней характеристического уравнения должны быть отрицательными. Нетрудно заметить, что это условие всегда выполняется, если все коэффициенты характеристического уравнения положительны.
Если же
то корни вещественны и процесс имеет апериодический характер (рис.6.1,а).
Если же
Список использованной литературы
ТРАЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТУ-154
Цель работы
1. Изучение структуры и законов управления СТУ-154.
2. Исследование траекторий бокового и продольного движения самолёта при заходе на посадку в зависимости от значений параметров законов управления и начальных условий.
Теоретические сведения
Система траекторного управления СТУ-154 является составной частью автоматической бортовой системы управления АБСУ-154.
Назначение СТУ-154
1. Формирование сигналов управления и командных сигналов при полёте по маршруту (по данным НВУ-БЗ) и на этапах захода на посадку и ухода на 2-й круг (по данным КУРС-МП 2).
2. Индикация основных пилотажно-навигационных параметров на всех режимах полёта.
3. Выдача информации об отказах систем, обеспечивающих формирование команд управления (РТС посадки, авиагоризонта, курсовой системы и др.), а также об отказах вычислительных устройств системы.
Состав и назначение приборов и блоков СТУ-154
1. Приборы командные пилотажные ПКП-1. Предназначены для индикации отклонений по крену и тангажу, от равносигнальных зон КРМ и ГРМ, отклонений от заданной скорости, скольжения, командных сигналов СТУ по боковому и продольному каналам, отказов вычислителей бокового и продольного каналов СТУ и отказа авиагоризонта.
2. Приборы навигационные плановые ПНП-1. Предназначены для индикации текущего и заданного курсов, заданного путевого угла, угла сноса, отклонений от равносигнальных зон КРМ и ГРМ, режимов полёта (СП, VOR, HB, РСБН), отказов КРП и ГРП и курсовой системы.
В состав СТУ-154 входят по 2 прибора ПКП-1 и ПНП-1 для КВС и 2П.
3. Вычислитель В-20. Предназначен для формирования командного сигнала по боковому каналу.
4. Вычислитель В-21. Предназначен для формирования командного сигнала по продольному каналу.
Для обеспечения надёжности системы в ней используются по 3 вычислителя каждого типа.
5. Блок контроля БК-17. Предназначен для непрерывного контроля вычислителей СТУ, выдачи сигналов отказа и отключения неисправного вычислителя. В состав СТУ-154 входят 2 блока контроля для бокового и продольного каналов.
6. Усилитель У-87. Представляет собой блок усилителей следящих систем приборов ПКП-1 и ПНП-1. В состав системы входят 2 блока У-87 для приборов КВС и 2П.
7. Блок суммирования БС-14. Предназначен для вычисления отклонения текущего курса от заданного путевого угла, а также для формирования сигнала захвата глиссады.
8. Соединительная коробка КС-2.
Законы управления СТУ-154
Структурная схема вычислителя бокового канала СТУ представлена на рис.8.1.
εk
∆ γ
Рис.8.1. Боковой канал СТУ (курс):
εк – угловое отклонение от курсовой линии КГС;
∆ψ – отклонение от заданного курса.
Структурная схема вычислителя продольного канала СТУ приведена на рис. 8.2.
εr
Рис. 8.2. Продольный канал СТУ (глиссада):
εг – угловое отклонение от глиссады; θ – угол тангажа
Из рассмотрения структурных схем вычислителей бокового и продольного каналов СТУ следует, что они формируют управляющие сигналы в соответствии с пропорционально-интегрально-дифференциальными (ПИД) законами управления.
Порядок выполнения работы
1. Запустите программу и точно следуйте указаниям и рекомендациям компьютера, выводимым на экран. Прежде чем нажать клавишу Enter, уточните правильность введённых данных на экране.
При наличии (использовании) принтера проверьте его готовность к работе.
2. Выведите на экран дисплея и внимательно прочтите текст задания:
Задание
В работе необходимо:
1) Исследовать зависимость характеристик переходного процесса от значений параметров закона (алгоритма) управления при отработке начальных отклонений.
2) Оценить влияние начальной дальности D0 на динамику системы.
3) Исследовать влияние постоянных времени фильтров на фильтрацию управляющих сигналов и на динамику системы.
4) Оценить влияние изодромных звеньев на точность и динамику системы.
5) Оценить воздействие ветровых возмущений.
Примечания
Начальные боковые отклонения Z0 (-200…+200 м) отсчитываются от курсовой линии. Начальные отклонения У 0 (-50…+50 м) до ТВГ отсчитываются от высоты круга Н = 400 м, следовательно, дальность входа в глиссаду зависит от У 0 . После входа в глиссаду значения У отсчитываются от глиссады.
Динамика устойчивой системы характеризуется параметрами переходного процесса: длительностью Tуст и перерегулированием σ.
Максимальные амплитуды искривлений курсовой линии и глиссады КГС соответствуют требованиям II категории ИКАО.
Максимальная погрешность измерения углов крена и тангажа МГВ составляет 2°.
3. Выполните следующие подготовительные операции согласно указаниям компьютера:
– выберите канал СТУ;
– ознакомьтесь с порядком работы, рекомендуемым компьютером;
– изучите схему канала СТУ, представленную компьютером и срисуйте её с экрана;
– введите значения параметров закона управления и начальных условий в таблицу, представленную компьютером;
– ответьте на вопросы компьютера об уровне помех КГС, погрешности МГВ и масштабе времени имитации траектории полёта (реальном или ускоренном).
4. Для ввода этих данных нажмите клавишу Enter.
Компьютер выведет на экран график траектории движения самолёта при заходе на посадку в автоматическом режиме для выбранного канала управления. Срисуйте с экрана выведенный график и таблицу значений введенных параметров.
5. Аналогично проведите исследование траектории движения самолёта в другом канале управления.
Содержание отчёта
1. Данные исполнителя (ФИО, факультет, № группы).
2. Название работы.
3. Цель работы.
4. Схемы каналов СТУ, таблицы значений параметров законов управления и начальных условий, графики траекторий движения самолёта в боковом и продольном каналах и другие данные в соответствии с требованиями задания на выполнение работы.
5. Выводы по работе.
Литература: [3].
Работа №
9. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ В АС УВД
Цель работы
1. Ознакомление с алгоритмами первичной обработки радиолокационной информации в АС УВД.
2. Изучение влияния значений амплитуды полезного сигнала, порогов квантования и обнаружения на точность определения координат целей.
Теоретические сведения
Задача первичной обработки радиолокационной информации заключатся в обнаружении отраженного сигнала на фоне помех и в оценке координат цели. При вращении антенны РЛС за время облучения tобл от одной и той же цели успевают поступать несколько отраженных импульсов, которые образуют пакет. Число импульсов в пакете m определяется шириной диаграммы направленности , скоростью ее вращения и периодом повторения зондирующих импульсов T [1].
Таким образом, для обнаружения цели необходимо выделить (обнаружить) пакет. С этой целью на каждом интервале времени, равном T, используются (обрабатываются) сигналы, принятые не только на данном интервале, но и на m – 1 предыдущих. На каждом i-м интервале Тj вычисляется сумма:
, (1)
где аi – весовые коэффициенты (рис. 9.1, а), определяемые формой диаграммы направленности антенны;
ui – сигнал на входе радиолокационного приемника, принятый на i-м интервале;
Если накопленная на i-м интервале сумма S1(t) оказывается большей или равной порогу обнаружения сигнала S0 (S1(t) S0), то включается алгоритм определения азимута цели. Если же (S1(t) S0), то процедура накопления анализа принимаемых сигналов продолжается на каждом новом цикле. Для определения азимута цели вычисляется сумма:
, (2)
где – весовые коэффициенты (рис. 9.1,б).
Зависимости S1(t) и S2(t) построены так, что когда с изменением i S1(t) достигает максимума, S2(t) изменяет знак с плюса на минус. Если это произойдет, например, на k-м цикле приема и обработки, то по величинам k и m можно определить азимут цели:
,
где – угол, на который поворачивается антенна РЛС за период повторения зондирующих импульсов Т. Поправка вызвана запаздыванием в процедуре вычисления максимума суммы S1(t) и называется методической погрешностью определения азимута.
Поскольку величины ui в формулах (1) и (2) представляют собой смесь полезного сигнала и помехи ui(t) = zi(t) + ni(t), азимут может определяться с ошибкой. Обработка информации ведется на цифровых элементах, поэтому предварительно осуществляется квантование сигнала по уровню. В простейшем случае бинарного квантования
где u 0 – выбранный порог квантования.
Описание моделирующего алгоритма
Алгоритм состоит из двух частей (рис. 9.2.).
Подготовительная часть (блок
1. предназначена для расчета массивов коэффициентов аi и bi по длине пакета отраженных импульсов m. Огибающая функции аi соответствует по формуле основному лепестку диаграмм направленности антенны в горизонтальной плоскости. В соответствии с этим коэффициенты аi рассчитываются по приближенной формуле
.
Для расчета коэффициента bi используется соотношение
,
i = 0, 1, … , N — 1
Основная часть алгоритма (блоки 3 –
14. моделируют процессы формирования сигнала в радиолокационном приемнике (блоки 3 – 5) и процедуры первичной обработки радиолокационной информации в одном из каналов по дальности. Исходными данными для формирования сигнала служат азимут цели и амплитуда сигнала u.
Работа программы организована по циклам длительностью T. Поэтому при моделировании угол поворота антенны от условно выбранного нуля отсчитывается дискретно в количестве циклов i, прошедших с начала работы системы. На каждом цикле i сигнал ui на выходе радиолокационного приемника формируется как сумма отраженного сигнала zi и помехи ni.
Помеха ni формируется блоком 3 программы как псевдослучайное число с равным распределением на интервале (0,
1. по алгоритму:
где фигурные скобки означают выделение дробной части числа;
n – постоянная величина.
Полезный сигнал zi вырабатывается по алгоритму
Для обнаружения цели и определения азимута анализируется одновременно N значений сигнала ui. Эти значения накапливаются в ячейке памяти с 32 +
2. по 32 + 3N —
1. На каждом цикле происходит сдвиг массива сигналов ui на одну ячейку влево (блок 14), а очередное сформированное значение ui записывается в освободившуюся ячейку с адресом 32 + 3N — 1.
Блок 5 моделирует процедуру бинарного квантования сигнала по уровню. Квантованный сигнал строится по алгоритму:
Блок 5 можно исключить из программы, что соответствует квантованию на большое число уровней. Обнаружение цели по алгоритму
(3)
осуществляется в блоках 8 и 9.
Если неравенство (3) справедливо, вычисляется сумма S2i, необходимая для определения азимута (блок 9):
,
Азимут цели определяется в блоке
1. при изменении знака S2i. После изменения номера i (блок 12) цикл повторяется. Работа программы прекращается, если число циклов превышает предел imax (блок 13).
На первых циклах работы алгоритма блоки 7-11 не выполняются (обходятся), поскольку получены еще не все m значений сигнала и суммы S1i и S2i будут вычисляться неверно.
Порядок выполнения работы
Работа выполняется на компьютере. Запустите программу и точно следуйте указаниям и рекомендациям, выводимым на экран. Прежде чем нажать клавишу Enter, уточните правильность введенных данных на экране. При наличии (использовании) принтера проверьте его готовность к работе.
В процессе выполнения лабораторной работы исследуется работа алгоритма первичной обработки радиолокационной информации по обнаружению цели и определению ее азимута при различных амплитудах полезного сигнала, а именно три опыта при æ 1 = 1,5 … 3; æ 2 = 1; æ 3 = 0,5 (æ – отношение сигнал/шум).
Рекомендуется для ознакомления с алгоритмом работы выполнить ознакомительный (без отчета) опыт с предложенными компьютером данными.
Расчет коэффициентов ai , bi
Введите:
Количество импульсов в пакете N = 10 … 20.
Здесь N = m – четное число, не превышающее 20;
Общее число сигналов imax – число анализируемых интервалов T.
Величина imax определяется соотношением imax = ц + 1,5 m и находится в пределах N …
40. где ц — задаваемый азимут цели, отсчитанный количеством интервалов T от условного нуля;
Азимут цели ц. Азимут цели ц может задаваться в диапазоне N … 40;
Амплитуду полезного сигнала. Вводится выбранное для опыта одно из значений æ 1 = 1,5 … 3; æ 2 = 1 или æ 3 = 0,5.
Проверить правильность введенных данных. Переместить курсор на "Начало программы" и нажать Enter.
Компьютер рассчитает и выведет на экран диаграмму и таблицу значений коэффициентов ai и bi. По полученным результатам построить график зависимостей ai(t) и bi(t).
Выбор порога квантования U0
1. Схематично зарисовать построенный компьютером график аналогового сигнала ui(t)
