Математический синтез и моделирование системы автоматического сопровождения космических объектов в корабельных условиях Темирканова, Раиса Владимировна

Введение к работе

Цель работы

Целью данной работы является решение научно-технической задачи математического синтеза, оптимизации и моделирования корабельных контуров автокоррекщш и автоматического сопровождения космических объектов (КО). Для решения поставленной задачи в работе используются методы синтеза следящих систем высокой точности с применением принципов инвариантности САУ.

Основным критерием при синтезе и оптимизации является многофакторный критерий качества наведения корабельных КО, достигаемый исходя из компромисса между критерием устойчивости, критерием точности автоматического сопровождения и условием работы системы в линейной области характеристик.

Для достижения указанной цели в диссертации осуществлена разработка алгоритмов, обеспечивающих требуемое качество синтезируемых контуров (устойчивость, точность) в условиях качки корабля и ветровых возмущений. Использование метода математического моделирования позволяет получить оптимальное техническое решение поставленной задачи в условиях выполнения требования работы системы в линейном режиме.

Актуальность данной работы и ее место в существующих разработках Задача непрерывного устойчивого наведения на КО в течение всего сеанса связи о кораблем независимо от метеорологических условий является актуальной и алгоритмически сложной технической задачей. Её оптимальное решение может быть достигнуто на основе автоматизации, компьютеризации управления антенными установками, т.е. на основе использования режимов автоматического сопровождения и автоматической коррекции.

Основным режимом работы сухопутных систем наведения АУ является режим программного наведения. 3tgt режим используется и в корабельных системах в случаях наличия достаточно точной априорной информации, необходимой для вычисления программных координат. Однако условия работы системы на корабле являются более сложными, ввиду чего требование к точности априорной информации

не всегда выполнило. При невыполнении этого условия для обеспечения точкой выработки координат и параметров движения КО необходимо наличие режимов автоматического сопровождения и автокоррекции, которые в сочетании с режимом программного наведения и при соответствующей ситуации использования этих режимов обеспечивают надежное получение и обработку информации в течение всего сеанса связи о КО.

Актуальность и место диссертационной работы среди имеющихся исследований определяются тем, что в ней впервые решена задача повышения точности к устойчивости корабельных радиотехнических комплексов при работе по космическим объектам на основе применения методов теории инвариантности САУ и использования современных средств цифровой вычислительной техники для оптимизации автоматического сопровождения КО в корабельных уоловиях с созданием соответствующего алгоритмического обеспечения.

Методы исследования Для решения задачи синтеза следящей системы высокой точности на основе принципа инвариантности с использованием многофакторного критерия в работе используются:-

метод кваэикомбинированного управления,при котором общая структура системы включает в себя два контура, один из которых обеспечивает устойчивое слежение за КО,а второй обеспечивает компенсацию ошибок слежения путем соответсвущего выбора динамических характеристик по управляющему воздействию согласно принципу инварантности;

метод статистического синтеза с использованием решения задачи Д. Ньютона, при которой ограничивается среднеквадратическая величина управляющего сигнала; при этом вероятность выхода сигналов электрооклозых приводов (ЭСП) за пределы линейной области характеристик однозначно определяется выбранной для синтеза величиной ограничения к при принятой величине 2ог»=2,7б₂ не превышает 0,001.

Работа следящей системы в нелинейном режиме,как правило, обеспечивает критерий максимального быстродействия,который в данной работе не используется ввиду того, что информация-целеуказание для КО поступает заблаговременно с внешнего пункта наблюдения.С другой стороны,рассматриваемая единая система управления антенна-

ми (ЕСУА) построена на крупногабаритных антенных установках зеркального типа, для которых наиболее надежным является режим работы следящей "системы в"линейной области.

При практическом применении задачи Д.Ньютона к поставленным в настоящей работе задачам встречаются две основные трудности:

а) вычислительные трудности,обусловленные сложностью и громоздкостью решения при определении величин множителей Лагран-жа,требующих решения нелинейных уравнений;

в) информационные трудности, связанные с отсутствием (или недоступностью) фактических отатиотических материалов по спектрам помех при наблюдениях .

Ввиду этих основных причин метод статистического синтеза с применением задачи Д.Ньютона был реализован путем математического моделирования о применением принципа инвариантности для выбора параметров системы по критерию точности, устойчивости и работы оледящих приводов антенных устройств в линейной области.

Использование методов математического моделирования позволило осуществить оптимизацию параметров контура наведения, полученных аналитическим путем. Для разработки компактного алгоритмического обеспечения были использованы матричные преобразования.

Предмет исследования

Предметом исследования является разработка двух режимов работы контура наведения корабельного АУ :

автоматического управления антенной, т.е. автоматического сопровождения по оигналам от приемных устройств (режим АС) ;

автокоррекция, т.е. сочетание управления по программе и по сигналам коррекций, получаемых от приёмных устройств.

Научная новизна Научная новизна работы состоит в следующем :

1. Предложен метод математического синтеза контуров автоматического сопровождения космических объектов с использованием принципа инвариантности,а также его дополнение критерием Д.Ньютона для обеспечения работы контуров автоматического сопровождения в линейном режиме.

2. Разработан оптимальный контур по критерию,согласующему условия точнооти,устойчивости контуров автоматического сопровожде-

ния и обеспечения его работы в линейной гоне.

3. Разработаны алгоритмы косвенной стабилизации антенной установки в уоловиях качки методом матричных преобразований. Предложенный метод позволяет получить компактные алгоритмы, удобные для вычисления на ЦВМ;

4. Разработан метод математического синтеза контуров автоматического сопровождения космических объектов в режиме автокоррекции, сочетающей условие работы контура в линейной зоне о критериями точности, устойчивости и плавного перехода с режима программного наведения на режим автокоррекции.

Б) Разработана математическая модель режима АС и математическая модель режима АК, позволяющих моделировать процесс сопровождения в режиме АС и АК в уоловиях качки и ветрового воздействия на антенны корабельного комплекса, а также оптимизировать параметры системы.

Практическая значимость результатов

Основные результаты диссертационной работы использованы для разработки программно-алгоритмического обеспечения аппаратуры ЕСУА «выполнявшейся Гос НПО "Альтаир" по государственной программе, в режимах автоматического сопровождения КО и автокоррекции,а также создания модели и моделирования указанных режимов.

Разработанная и отлаженная математическая модель наведения корабельных антенных устройств на космические объекты представляет собой законченный программный продукт, готовый к использованию на любой IBM-совместимой ЭВМ и позволяющий производить сравнительный анализ различных структурных решений и оптимальный подбор параметров, влияющих на качество сопровождения КО больших АУ.

Достоинством внедренной модели является возможность моделирования процесса наведения ( и, следовательно, оптимизация оисте-мы) в условиях качки корабля и ветрового воздействия.

Внедрение модели позволило исследовать на ранних стадиях проектирования большего количества альтернатив разрабатываемой системы,с помощью чего повышается качество наведения антенн; кроме того, внедрение модели повышает производительность труда проектировщика получающего инструмент для диалога с компьютером.

Разработанная и отлаженная математическая модель системы наведения корабельных антенных устройств (АУ) на космические объек-

ты внедрена и дала технический эффект, заключающийся в решении
многокритериальной задачи синтеза корабельных контуров автосопро-
вождения. __

Публикация и апробация

Основные результаты диссертации опубликованы в пяти печатных научных статьях. Результаты исследований отражены в ряде научно-исследовательских отчетов по разработке ЕСУА.

Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях научно-технического совета.

Структура и обь ем диссертации

Диссертация состоит из введения,четырех глав,заключения, списка литературы и приложения. Работа содержитІБО стр.машинописного текста и 23 рио. Список литературы включает 53 наименования.

Основные положения,представлявше к защите.

На защиту выносится :

1. Метод синтеза контуров автоматического сопровождения за космическими объектами в корабельных условиях с применением принципа инвариантности САУ,и его дополнение критерием Д. Ньютона для обеспечения работы контуров автоматического сопровождения в линейном режиме.

2. Результаты синтеза оптимального контура по критериям, сочетающим условие точности,устойчивости контуров автоматического сопровождения и обеспечения-его работы в линейной зоне.

2. Алгоритмическое обеспечение сопровождения КО в условиях качки корабля и ветрового воздействия на антенны корабельного комплекса в соответствии с выполненным синтезом.

3. Результаты синтеза контура автокоррекции и алгоритм выработки корректур к программному сопровождению.

4. Результаты создания математической модели АС и математической модели режима АК, позволяющих моделировать процесс сопровождения в режиме АС и АК в условиях качки и ветрового воздействия на антенны корабельного комплекса, а также оптимизировать параметры системы.