Введение к работе
Актуальность темы. За последние годы в нашей стране и за рубежом развернулись НИОКР в области создания электродинамических установок высокоскоростного метания объектов ( ЭДУ ВСМ ). Особенностью системы сбора, обработки информации и управления (СОИУ) для ЭДУ ВСМ является необходимость контроля большой скорости движения объекта управления ( до нескольких км/с ), что приводит к необходимости обеспечения высокого быстродействия процессов сбора и обработки информации, поскольку любая задержка на обработку информации приведет к нарушению процесса слежения за объектом, исключая возможность управления объектом в реальном масштабе времени.
Кроме этого, самостоятельной задачей является и задача стабилизации скорости на виходе ЭДУ ВСМ. Она формулируется в виде баллистической задачи вывода в расчетный момент и в заданную точку пространства метаемого объекта (МО).
Несмотря на то, что регистраторы скорости являются важнейшим элементом системы СОИУ, они являются в ней пока слабым звеном, поскольку не имеют к настоящему времени законченной инженерной методики проектирования. Проектирование устройств контроля скорости осуществляется либо на интуитивном уровне, либо путем рекурсивной корректировки схемы и параметров уже известного устройства, что привело в частности к тому, что недостаточно исследованы вопросы их точности и динамики, качества их функционирования в системах СОИУ.
Актуальность проектирования устройств контроля линейной скорости (УКЛС) системы СОИУ в первую очередь определяется тем, что электродинамические ускорители нового поколения требуют создания УКЛС, которые могли бы использоваться не только для пассивного контроля параметров движения, но и для управления ими, т.е. данные устройства превращают систему управления в автоматизированную, замыкая уровень автоматизации процессов управления движеішем разгоняемым объектом. Все сказанное делает актуальным разработку методик проектирования, позволяющих с единых теоретических позиций рассмотреть основные проблемы создания и исследования бесконтактных автоматических устройств измерения скорости для систем СОИУ.
Цель работы. Целью диссертации является проведение комплекса теоретических исследований и разработка методик расчета и проектирования УКЛС в системах СОИУ ЭДУ ВСМ и создание на базэ выполненных исследований устройств контроля, которые бы повысили точность измерения скорости и управления разгоном МО.
Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ и классификацию существующих способов изме
рения скорости и выбрать способ измерения скорости для УКЛС систем
СОИУ ЭДУ ВСМ;
осуществить теоретическое обоснование выбора первичных преобразователей информационных: сигналов УКЛС, наиболее полно отвечающих комплексу требований, выдвигаемых системой СОИУ ЭДУ ВСМ и условиями ее эксплуатации;.
разработать адекватные математические модели преобразователей информационного сигнала, позволяющие осуществить теоретический анализ свойств этих преобразователей, расчет и построение структур УКЛС, обеспечивающих минимум динамической погрешности системы СОИУ по управлению скоростью метаемого объекта;
разработать УКЛС для системы СОИУ и провести его экспериментальное исследование для потверждения основных теоретических положений диссертационной работы.
Основная часть перечисленных вопросов исследования и разработки поставлена впервые и является принципиально новой. Решению перечисленных задач и посвящена настоящая диссертация.
Методы исследования. В работе использованы методы теории информации, теории дифференциальных игр, теории динамического программирования, теории спектральных функций, теории синтеза оптимальных (согласованных) и линейных фильтров и робаст-ных систем, теории математической статистики, теории вероятностей, методы операционного исчисления, натурный эксперимент.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты диссертационной работы:
расчетные зависимости для выходных параметров элементов структуры УКЛС (чувствительного элементе, элемента согласования, формирователя импульсов, измерителя временных интервалов и т.д.);
новые технические решения, повышающие точность и надежность УКЛС для систем СОИУ ЭДУ ВСМ;
методики расчета параметров и характеристик УКЛС систем СОИУ ЭДУ ВСМ.
Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании новых принципов построения УКЛС, функционирущих в условиях нестационарных помех, путем решения задач анализа, оптимизации и синтеза данного устройства, базирующегося на разработанных автором новых способах измерения скорости для ЭДУ ВСМ.
При атом получены следующие научные результаты:
показана возможность проектирования робастных систем измерения скорости с использованием теории синтеза оптимальных устройств обнаружения сигнала;
дано теоретическое обоснование применения в условиях ЭДУ ВСМ времяпролетного метода измерения скорости на базе распределенного регистрирующего контура, при этом обеспечивается детерминированное управление скоростью разгона метаемого объекта;
впервые предложен способ измерения скорости, использующий метод численного интегрирования и обеспечивающий повышение достоверности процесса измерения скорости, что достигается благодаря более полному использованию информащш, получаемой датчиком при взаимодействии его с объектом;
на основании анализа функционирования устройства контроля линейной скорости по критерию идеального наблюдателя, критерию минимума потери информации и впервые предложенному критерию "двойного минимума" получены новые аналитические вираження, описывающие основные закономерности прохождения информационного сигнала по измерительному тракту устройства и позволяющие осуществлять оптимальный синтез структуры устройства контроля линейной скорости;
теоретически обоснован выбор расчетного режима оценки метрологических характеристик устройств контроля линейной скорости и получены аналитические выражения для оценки погрешности измерения скорости движения метаемого объекта;
Практическая ценность работы состоит в разработке инженерных методик проектирования и испытаний УКЛС, а также в разработке и изготовлении с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследования действующего экспериментального образца УКЛС для системы СОИУ ЭДУ ВСМ.
Новизна и полезность устройства подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения и положительными решениями о выдаче авторских свидетельств.
Реализация работы в промышленности. Результаты выполненных в диссертации исследований и разработок внедрены в НИОКР, проводимых ЛНПО "Союз" при разработке двух типов стендовых ЭДУ ВСМ.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, докладывались:
на научно - практических конференциях молодых ученых и специалистов НПИ (1984 - 1990 г.г.- г. Новочеркасск);
на постоянно действующем региональном семинаре СКНЦВШ "Вопросы теории и принципы построения устройств и систем автоматизации" (1982, 1988 - 1990 г.г. - г. Новочеркасск);
- на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства измерения мехшшчоских параметров в системах контроля и управленияя (1989 г - г. Пенза).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 32 печатных работах, из которых 1 отчет по НИР и 16 авторских свидетельств на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 192 наименования и 9 приложений. Общий объем работы 140 страниц машинописного текста, в том числе 42 рисунка и 4 таблицы.
В основу диссертационной работы положены результаты ряда научно -исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых при участии автора в ОКТБ "СТАРТ", в рамках программы "Качество и безопасность" (совместные приказы Министерства высшего и среднего образования РСФСР и Министерства машиностроения СССР N.28/82 от 26.02. 81 Г. И N 91/22 от 24.02.87 Г.).
