Plik PDF - PAR Pomiary - Automatyka

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
dr in. Robert Gbocki
Politechnika Warszawska
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
dr hab. in. prof. nzw. Ryszard Vogt
Wysza Szkoa Oficerska Si Powietrznych
SYSTEMY STEROWANIA LOTEM BOMB I POCISKÓW
INTELIGENTNYCH
W referacie przedstawiono wybrane zagadnienia z zakresu systemów sterowania
stosowanych w inteligentnych bombach lotniczych i pociskach. Autorzy
przedstawili najistotniejsze zagadnienia zwizane z jednokanaowym sterowaniem
gazodynamicznym i aerodynamicznym w zastosowaniu do inteligentnych bomb
i pocisków.
FLIGHT CONTROL SYSTEMS FOR SMART BOMBS AND
PROJECTILES
The paper presents some problems of control systems for smart bombs and
missiles. Authors described important aspects of single channel, gasodynamic and
aerodynamic methods of control for small flying objects like smart bombs and
missiles.
1. WPROWADZENIE
We wszystkich zaogowych statkach powietrznych oraz w duych pociskach stosowane s
systemy sterowania w o charakterze cigym - nadnym. Dziaaj one w ukadach
wielokanaowych. Najczciej niezalenie od sposobu sterowania (poredniego lub
bezporedniego, we wspórzdnych prostoktnych lub biegunowych) s to trzy kanay: kana
pochylenia, odchylenia i przechylenia.
O powszechnoci zastosowa takich rozwiza i ukadów sterów decyduje szereg niezwykle
istotnych ich zalet. Do najwaniejszych naley: jako sterowania, odporno strukturalna na
zmian warunków dziaania systemu, due moliwoci adaptacji systemu dla poprawy
osigów, stosunkowo maa wraliwo na zmiany parametrów konstrukcyjnych.
Wikszo z tych zalet pozbawione s systemu o dziaaniu niecigym i ograniczonej iloci
kanaów. Jednak korzyci, jakie uzyskuje si przy wielokanaowym cigym sterowaniu
okupione s rozbudowan aparatur. Do jej zabudowy na pokadzie obiektu naley
dysponowa odpowiednio du objtoci i moliwoci masowego obcienia. Nawet przy
najdalej posunitej miniaturyzacji elementów automatyki, ten sposób sterowania nie moe
by wykorzystany w maych obiektach ze wzgldu na zbyt du mas i objto pokadowej
aparatury sterujcej. Takim wanie rozwizaniom jest powicona przedstawiana praca.
2. NIECIGE DWUSTANOWE STEROWANIE LOTEM
Umoliwienie sterowania lotem maych obiektów latajcych o cakowitej masie nie wikszej
od kilkunastu kilogramów wymagao zmiany koncepcji sterowania, a szczególnie zasady
wymuszenia zmiany kierunku lotu przez stery. O ile rozwój ukadów optoelektronicznych
spowodowa radykalne zmniejszenie wymiarów elementów pomiarowych i logicznych
w systemach sterujcych, to jego wpyw na elementy wykonawcze i róda energii szczególnie elektrycznej by i jest niepomiernie mniejszy. Podstaw elementów wykonawczych s
automation 2009
667
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
urzdzenia mechaniczne, elektryczne, pneumatyczne i hydrauliczne. Urzdzenia te charakteryzuj si stosunkowo du mas i poborem energii. Std aby umoliwi sterowanie maych
obiektów, naleao opracowa takie metody sterowania, które uproszcz konstrukcj elementów systemu szczególnie wykonawczych oraz zredukuj ich ilo.
W wyniku odpowiedniej ewolucji rozwiza, obecnie stosowane metody sterowania maych
obiektów charakteryzuj si:
1. Zastosowaniem niecigego dwustanowego sterowania, wykorzystujcego najczciej
dwa rodzaje ukadów wykonawczych:
- dwupooeniowych skokowo i okresowo zmiennych sterów aerodynamicznych lub
gazodynamicznych o dziaaniu porednim;
- rakietowych silników korekcyjnych o dziaaniu impulsowym – najczciej
o bezporednim dziaaniu.
2. Ograniczeniem iloci kanaów sterowania lotem przestrzennym (w konsekwencji równie
elementów wykonawczych) do dwóch, a rozwizaniach najbardziej zaawansowanych
rozwizaniach (np. w maokalibrowych pociskach inteligentnych) do jednego.
Dwupooeniowe stery zmieniaj swoje pooenie z jednego do drugiego (rys. 1) w zaoeniu
skokowo. W praktyce dy si do tego, aby czas przerzutu by moliwie najkrótszy.
Sterowanie takim ruchem sterów i wymuszenie ich ruchu jest znacznie uproszczone. Zamiast
serwomechanizmów stosowanych w nadnych ukadach wykonawczych stosuje si znacznie
prostsze siowniki np. elektromagnetyczne.
Dla uzyskania proporcjonalnoci midzy zadanym cigym sygnaem sterujcym K
a wytworzon przez te stery redni si i momentem sterujcym, stosuje si tzw.
„czstotliwo linearyczn”. Polega ona na tym, e stery aerodynamiczne lub
gazodynamiczne, zmieniaj swoje pooenie skokowo z jednego skrajnego pooenia (+o) w
drugie (-o) ze sta czstotliwoci (rys. 1). W zalenoci od wartoci „wejciowego”
sygnau sterujcego K, zmieniaj si czasy t1 i t2 dodatniej i ujemnej wartoci pooe steru.
Metod t stosuje si zarówno przy dwu- jak i jednokanaowym sterowaniu lotem
przestrzennym.
3. DWUKANAOWE SKOKOWO I OKRESOWO ZMIENNE
STEROWANIE LOTEM
Warunkiem niezbdnym dla uzyskania wymaganej jakoci sterowania jest proporcjonalno
pomidzy „wejciowym” sygnaem sterujcym K a „wyjciow” redni siy Pkr lub
momentem Mkr sterujcym. Proporcjonalno t zapewni nastpujce zalenoci midzy
czasami t1 i t2 wypenienia skokowej funkcji (t) a sygnaem K:
t1 t 2
T
w której: K jest „wejciowym cigym sygnaem sterujcym wyraonym w wartociach
wzgldnych mieszczcych si w granicach
1 d K d 1
K
T = t1+t2 – stay okres zmian pooenia sterów;
t1,t2 – czasy wypenienia funkcji (t)
668
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Rys. 1. Zmiany w czasie t: pooenia bezinercyjnych sterów , chwilowej siy sterujcej Pk
oraz redniej siy sterujcej Pkr przy wartociach sygnau sterujcego K
wynoszcych 0, 0,5 oraz +1
Na rys. 6.1 przedstawiono charakter zmian pooenia sterów i odpowiadajc tej zmianie
wartoci redniej siy sterujcej Pkr przy rónych wartociach sygnau sterujcego K. Sygna
sterujcy K moe zmienia swoj warto w sposób cigy w zakresie maksymalnej wartoci
wynoszcej +1 do minimalnej wartoci -1. rednia warto siy sterujcej Pkr w jednym
cyklu pracy sterów (w okresie T) jest proporcjonalna do wartoci sygnau K. I tak przy K=0,
1
czasy wypenienia skokowo i okresowo zmiennej funkcji (t) s jednakowe t1 t 2
T,
2
w zwizku z czym rednia warto siy sterujcej Pkr=0. Przy sygnale K=0,5 czasy
3
1
wypenienia s róne i wynosz t1
T , t2
T . W cyklu pracy sterów przy K=0,5
4
4
przewaa dodatnia warto wychylenia sterów i odpowiadajca temu pooeniu dodatnia
warto chwilowej siy sterujcej. Std rednia warto siy sterujcej jest dodatnia i
proporcjonalna do wartoci sygnau K=0,5, tj osiga poow dodatniej wartoci maksymalnej
chwilowej siy sterujcej. Przy maksymalnym sygnale sterujcym K=+1, podczas caego
okresu pracy (t1=T, t2=0) stery s wychylone o dodatni warto i rednia sia sterujca
osiga maksymaln warto Pks=Pkmax. Na wykresie 2 przedstawiono zmiany pooenia
sterów (t) przy cigym okresowo zmiennym sygnale sterujcym K(t).
Skokowo i okresowo zmienne pooenie sterów wymusza odpowiednie oscylacje pocisku
wokó rodka masy i oscylacyjny ruch rodka masy. Na warto amplitudy oscylacji wpywa
czstotliwo pracy sterów oraz warto „wejciowego” sygnau sterujcego K. Maksymalne
oscylacje wystpuj przy zerowym sygnale sterujcym K=0, gdy czasy wypenienia s
jednakowe t1=t2=1/2*T.
automation 2009
669
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Decydujcy wpyw na te oscylacje ma jednak czstotliwo pracy sterów a cilej stosunek
czstotliwoci pracy sterów do czstotliwoci wasnej pocisku (rys. 3). Jeeli stosunek ten jest
bliski jednoci, to powstaje zjawisko rezonansu. Oscylacje pocisku wokó rodka masy
osigaj takie wartoci, e nastpuje utrata kontroli nad pociskiem. Ze wzgldu na
wymuszane przez stery oscylacje korzystna jest dua czstotliwo pracy sterów, co najmniej
trzykrotnie wiksza od czstotliwoci wasnej. Due czstotliwoci pracy sterów ograniczone
s jednak bezwadnoci ukadu wykonawczego sterowania.
4. JEDNOKANAOWE SKOKOWO I OKRESOWO-ZMIENNE
STEROWANIE
Pociski sterowane jednokanaowo s pociskami wirujcymi w trakcie lotu z biegunowym
ukadem wykonawczym. Cigy sygna sterujcy K przetwarzany jest na sygna skokowo
i okresowo-zmienny I, sterujcy pooeniem dwupooeniowych sterów. Sygna I powinien
zapewni proporcjonalno midzy redni si sterujca Pkr a sygnaem K oraz zgodno
kierunku dziaania tej siy z paszczyzn sterowania. Podstawowe znaczenie przy takim
sterowaniu ma synchronizacja czasowa czstotliwoci i fazy zmian sygnau I. Sygna
sterujcy pooeniem sterów jest funkcj I (K, , ) gdzie K
Kp 2 Ko 2 jest
wypadkowym sygnaem sterujcym a kt ktem obrotu pocisku wzgldem osi wzdunej.
Faza zmian sygnau I zaley natomiast od stosunku wartoci sygnaów Kp, Ko sygnaów
obu paszczyznach lotu.
Rys. 2. Zmiana kierunku dziaania
wektora chwilowej siy sterujcej
podczas obrotu obiektu o kt ø=0÷2 3
Rys. 3. Sygna sterujcy i odpowiadajcy mu rzut
siy sterujcej na o fazow N
Sia sterujca wytwarzana jest w jednej paszczynie obiektu przechylonej o kt ø. Efekt
sterowania w obu paszczyznach lotu uzyskuje si zatem poprzez odpowiedni zmian kta
fazowego ø,.
Stery i sygna sterujcy I ich pooeniem, zmieniaj swoje pooenie czterokrotnie podczas
jednego obrotu pocisku (rys. 2 i 3). Tak wic czstotliwo pracy sterów jest równa dwukrot-
670
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
nej czstotliwoci obrotów pocisku s = 2* x1. Przy sygnale K=0 czasy wypenienia t1 i t2 s
jednakowe (rys. 1).
Takie dziaanie sterów wymusza na obiekcie nawet przy zerowych sygnaach sterujcych
K
Kp 2 Ko 2 0 bardzo zoony ruch oscylacyjny rodka masy i wokó rodka masy
(rys. 4). Amplituda tych oscylacji bardzo silnie zaley od stosunku czstotliwoci krytycznej
kr (rys. 5).
Rys. 4. Ruch rodka masy rakiety wirujcej w paszczynie Yg, Zg wymuszony skokowo i okresowo- zmiennym
momentem kierujcym przy zerowych
wyjciowych sygnaach
Rys. 5. Amplituda waha rakiety wokó
rodka masy w paszczynie pionowej wymuszonych okresowo i skokowo-zmiennym
momentem kierujcym w zalenoci od
czstoci pracy sterów Jednokanaowe dwupooeniowe okresowo-zmiene sterowanie, przy odpowiedniej strukturze
sygnau sterujcego pooeniem sterów i prdkoci ruchu wirowego pocisku, umoliwia sterowanie lotem w obu paszczyznach lotu z wymagan dokadnoci. Uzyskanie wymaganej
jakoci sterowania moliwe jest dziki zapewnieniu przez algorytm sterowania proporcjonalnoci midzy redni si sterujc, a zadanymi wejciowymi sygnaami sterujcymi.
Skokowo i okresowo-zmienny charakter zmian wartoci si i momentów sterujcych,
w poczeniu z ruchem wirowym pocisku wymusza bardzo zoone ruchy oscylacyjne wokó
rodka masy i rodka masy. Amplituda tych oscylacji zaley od struktury i parametrów algorytmów sterowania oraz waciwoci i warunków lotu pocisku. Najwikszy wpyw na warto
oscylacji ma stateczno dynamiczna pocisku oraz czstotliwo zmian wartoci si sterujcych. Istnieje pewna czsto krytyczna pracy sterów, przy której wystpuje zjawisko rezonansu i oscylacja wokó rodka masy i rodka masy osigaj tak due wartoci, ze sterowanie
lotem staje si niemoliwe. Czsto krytyczna zwizana jest z czstoci wasn pocisku, tak
wic zaley nie tylko od parametrów pocisku, ale zmienia si z prdkoci i wysokoci lotu.
Std, ze wzgldu na oscylacje wymuszone sterowaniem, bezpieczne SA due czstotliwoci
pracy sterów i obrotu pocisku.
Due czstotliwoci pracy sterów SA natomiast niekorzystne z punktu widzenia jakoci sterowania. Ograniczona czstotliwo przenoszenia siowników tzw. maszynki sterowej powoduje, e przy krótkich czasach wypenienia sygnau ster nie zdy zmieni swego pooenia.
Tak wic nastpi deformacja proporcjonalnoci midzy efektem sterowania, a zadan warto-
automation 2009
671
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
ci sygnau sterujcego. W skrajnym przypadku, przy czstoci pracy sterów bliskiej czstoci przenoszenia, nastpi utrata sterownoci.
5. JEDNOKANAOWE IMPULSOWE STEROWANIE LOTEM
POCISKÓW INTELIGENTNYCH O DZIAANIU BEZPOREDNIM
Cech odróniajca pociski nazywane „inteligentnymi” jest realizowana przez nie zasada
wykorzystania ich na polu walki okrelana jako „wystrzel-zapomnij” Wedug tej zasady lub
zblionej, funkcjonuje wiele pocisków wczeniej opracowanych, ale dotyczy to w wikszoci
przypadków pocisków rednich lub duych. W duym stopniu zasad t speniay równie
pociski maych kalibrów stosowane do zwalczania celów powietrznych. Pociskom tym naleao jednak wskaza konkretny cel i byy to cele powietrzne, które atwiej jest ledzi od celów naziemnych. Ukady ledzce pocisków tzw. koordynatory wykorzystuj najczciej kontrast promieniowania wasnego celu w obserwowanej przestrzeni. W przypadku celów naziemnych jego wyrónienie na tle rónych obiektów i zrónicowanego terenu jest znacznie
trudniejsze ni w przypadku celów powietrznych.
Kady podzia jest umowny. Przyjto pociskami inteligentnymi okrela grup pocisków maokalibrowych przeznaczon do zwalczania pojedynczych celów gównie naziemnych z automatycznym, w peni autonomicznym sterowaniem. Pociski inteligentne wystrzeliwane s
w kierunku grupy celów bez koniecznoci wyboru i wskazania konkretnych celów przez
obsug. Pokadowy system sterujcy powinien zapewni:
-
po wystrzeleniu, rozpocz ledzenie pewnej przestrzeni, wykry znajdujce si w niej
obiekty i dokona identyfikacji potencjalnych celów ataku;
-
dokona wyboru celu wg zadanych kryteriów m. in. eliminujc cele które zostay ju
trafione;
-
ledzi wybrany cel np. pojazd opancerzony i samonaprowadza si do niego z dokadnoci umoliwiajc jego zniszczenie.
Tak wic czynnoci obsugi ograniczaj si do wskazania celu lub rejonu pobytu celów i wybrania momentu startu pocisku. Dalsze fazy ataku maj w peni autonomiczny charakter, bez
udziau jakichkolwiek urzdze zewntrznych znajdujcych si poza pokadem pocisku.
Wikszo znanych pocisków tej generacji znajduje si dopiero w fazie rozwoju. Do najbardziej znanych i zaawansowanych konstrukcyjnie nale m.in. izraelski Spike, szwedzki Strix
i amerykaski Javelin itd.
Sporód pocisków „inteligentnych” specjaln grup stanowi pociski artyleryjskie wystrzeliwane z haubic lub modzierzy. Samonaprowadzanie si tych pocisków w kocowej fazie lotu,
w sposób radykalny zmniejsza zuycie amunicji przy zwalczaniu pojedynczych celów
np. czogów. Ze wzgldu na rodzaj i ilo dzia, którymi dysponuj wojska najwaniejsza jest
amunicja do dzia maego kalibru, np. modzierzy kalibru poniej 100mm. Ten rodzaj amunicji inteligentnej sta si przedmiotem prac rozwojowych wikszoci liczcych si armii. Najwikszym problemem, na jaki napotykaj konstruktorzy jest miniaturyzacja pokadowej aparatury sterujcej. Trudnoci z umieszczeniem bardzo skomplikowanych pod wzgldem funkcji urzdze w bardzo maej objtoci.
Do najbardziej znanych konstrukcji i zaawansowanej pod wzgldem rozwoju jest produkowany od kilku lat w Szwecji 120 mm pocisk modzierzowy Strix (rys. 7). W Polsce bardzo
zaawansowane byy prace nad 98 mm pociskiem modzierzowym RAD (rys. 6). Prace te
672
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
prowadzone w drugiej poowie lat 90. zostay przerwane na pocztkowym etapie prób poligonowych. Oba pociski róni si rozwizaniami ukadu ledzcego i logika sterowania, co
umoliwio znacznie zmniejszy pokadowa aparatur sterujca pocisku RAD. Natomiast
w obu zastosowano podobne bezporednie sterowanie polegajce na wykorzystaniu rakietowych silników korekcyjnych.
Rys. 6. Modzierzowy pociski z rakietowymi silnikami korekcyjnymi 98 mm RAD
W obu pociskach na obwodzie umieszczono 12 silników rakietowych jednorazowego uytku
(rys. 7), których dysze kieroway strumie gazów w kierunku prostopadym do osi gównej x
pocisku, dziaa bezporednio na rodek masy powodujc zmiany kierunku jego lotu. Pociski
poruszaj si ruchem wirowym z prdkoci ok. 10 obr./s, std aby uzyska odpowiedni efekt
sterowania, czas pracy kadego z silników musi by krótki. Odpalenie jednego silnika mona
potraktowa jako impuls sterujcy, który powoduje w tym krótkim czasie zmian kta lotu
(0, ) wektora V o pewn warto niezalenie od prdkoci i wysokoci lotu.
Rys. 7. Przekrój pocisku Strix z rakietowymi silnikami sterujcymi
automation 2009
673
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Odpowiednie badania potwierdzone praktyk wykazay, ze czas dziaania silnika jednorazowego uytku nie powinien by duszy od ¼ okresu obrotu pocisku. W tym czasie, wektor
prdkoci V zmienia swój kierunek np. w pocisku RAD od 1 do 1,5 stopnia. Ze wzgldu na
impulsowy charakter zmiany kta lotu, za któr nie nada pooenie osi symetrii pocisku,
nastpuje niewielkie zakócenie jego statecznoci, które szybko zanika. Precyzyjne naprowadzenie pocisku do celu realizuje si przez kolejne odpalenie silników w zadanej kolejnoci,
minimalizujcej niewywaenie oraz z odpowiedni czstoci zapewniajc wymagana intensywno sterowania. Niezwykle istotny przy takim sterowaniu jest moment odpalenia kolejnego silnika. Musi by tak dobrany, aby uwzgldniajc wszystkie opónienia w zadziaaniu
silnika, jego redni impuls Pr cigle minimalizowa uchyb sterowania F. Wymagania te bardzo komplikuj algorytmy sterowania odpaleniem silników. Algorytmy te oprócz odchyów
sterowania i przyjtej metody samonaprowadzania musz uwzgldnia pooenie ruchu wirowego pocisku, czas pracy silników, opónienia toru odpalania silników, a ponadto zadan
kolejno minimalizujca niewywaenie masowe na skutek wypalania si adunków w silnikach sterujcych.
Wad, ograniczajc zakres zastosowa korekcyjnych silników rakietowych jednorazowego
uytku, jest ograniczona iloci silników liczba impulsów sterujcych.
W zastosowaniu do sterowania, a cilej korekcji toru lotu pocisków artyleryjskich, zalety
zdecydowanie przewaaj nad wspomnianymi ograniczeniami. Co wicej ten sposób sterowania przeama pewne granice techniczne uniemoliwiajce konstruowanie samonaprowadzajcych si pocisków inteligentnych o kalibrach poniej 100 mm takich jak RAD. Do najwaniejszych zalet naley zaliczy:
1.
Zmniejszon w stosunku do najczciej stosowanych sterów poredniego dziaania inercyjno sterowania. Reakcja pocisku na impulsy sterujce od silnika jest natychmiastowa, co jest niezwykle wane ze wzgldu na krótki czas dolotu pocisku do celu.
2.
Przy sterowaniu bezporednim, w tym z wykorzystaniem silników korekcyjnych wystpuj znacznie mniejsze wartoci któw natarcia i lizgu, które nie tylko zakócaj stateczno i zwikszaj opór aerodynamiczny, ale przede wszystkim zakócaj pomiar pooenia celu przez gowic ledzc. Podczas odpalania silnika, zakócenie któw natarcia i lizgu s mae. Ich warto pocztkowa równa jest zmianie kta lotu (tj. od 1 dag do
1,5 dag) szybko jest wytumiana.
3.
Zmniejszone wymagania co do aerodynamiki pocisku z impulsowym bezporednim sterowaniem. Wynikaj one m.in. z tego, e
- patowce nie wytwarzaj aerodynamicznej siy nonej i bocznej niezbdnej do sterowania;
- brak jest ogranicze co do maksymalnych wartoci statecznoci;
- zmiana kierunku lotu odbywa si pod dziaaniem gazodynamicznych si niezalenie
od prdkoci i wysokoci lotu.
4.
674
Przyjta zasada dziaania i rozwizania konstrukcyjne ukadu wykonawczego sterowania,
którego podstaw s silniki rakietowe sprzyja niezawodno ich dziaania oraz wyjtkowo korzystnie wpywa na zmniejszenie masy i objtoci aparatury sterujcej. Decyduj
o tym nastpujce cechy ukadu:
automation 2009
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
x brak czci ruchomych komplikujcych konstrukcje i zwikszajcych zapotrzebowanie
na energie; do zainicjowania pracy silników potrzebna jest energia elektryczna
o niewielkiej mocy;
x jednokanaowo sterowania zespoem silników, redukuje urzdzenia przetwarzajce sygnay sterujce i sie przesyowa sygnaów kosztem zoonoci logiki i dynamiki sterowania.
6. OCENA WACIWOCI METOD JEDNOKANAOWEGO
DWUSTANOWEGO STEROWANIA
Niezaprzeczaln zalet obu omawianych metod jednokanaowego sterowania tj. poredniego
ze sterami skokowo i okresowo-zmiennymi i bezporedniego z rakietowymi silnikami sterujcymi, jest radykalne uproszczenie pokadowej aparatury sterujcej. Pozwolio to na zmniejszenie jej masy i objtoci, jak równie kosztów produkcji w stosunku do metod wielokanaowego sterowania. W konsekwencji pojawiy si przesanki techniczne i ekonomiczne do
zastosowania zoonych systemów sterujcych w pociskach maokalibrowych, maokalibrowych tym w produkowanych masowo pociskach artyleryjskich.
Wszystkie te korzyci okupione zostay bardzo zoon logik i dynamika procesów sterowania. Zoono ta w poczeniu z zakóceniami stabilnoci lotu spowodowanymi samym charakterem dziaania sterów powoduje, e system jako cao, w odrónieniu od systemów
z cigym trójkanaowym sterowaniem, charakteryzuje si sab stabilnoci strukturaln, tj.
wynikajca z charakteru budowy. Ponadto system jest bardzo wraliwy na zmiany jego parametrów i struktury oraz wszelkie zmiany warunków zewntrznych lotu. Wymagan jako
sterowania przy tych sposobach sterowania mona uzyska w bardzo wskim zakresie parametrów konstrukcyjnych, których wyznaczenie wymaga odpowiednich bada caociowych –
systemowych. Wszelkie zmiany waciwoci poszczególnych elementów systemu powstaych
np. w procesie konstruowania lub spowodowanych bdami wykonania, naruszaj bardzo
delikatn równowag we wzajemnych relacjach wewntrz systemu i mog spowodowa jego
utrat do skutecznego dziaania. Jest regua przy projektowaniu tych systemów, ze niemono uzyskania przez jeden z elementów zaoonych wskaników jakoci, pociga za sob
konieczno odpowiedniego przystosowania konstrukcji pozostaych elementów, dla skompensowania skutków dziaania elementów o obnionych wskanikach. Na przykad jeli inercyjno przerzutu sterów bdzie wiksza od zaoonej, to mog one nie nada za zmian
pooenia zgodnie z zadanym sygnaem sterujcym. Nastpi utrata sterownoci, a przynajmniej pogorszenie jakoci sterowania. Aby umoliwi przerzut sterów przy zwikszonej inercyjnoci siownika, naley odpowiednio zwikszy okres zmian pooenia sterów, czyli
zmniejszy czstotliwo pracy sterów i zwizan z ni prdkoci ruchu wirowego obiektu.
Zmniejszenie czstotliwoci pracy sterów i obrotów obiektu grozi wejciem w zakres czstotliwoci krytycznej i w konsekwencji utraty zarówno stabilnoci jak i sterownoci.
Badania i projektowanie systemów jednokanaowego i dwustanowego sterowania lotem, stawia przed projektantami – badaczami niezwykle trudne zadania, których rozwizanie moliwe jest przy zastosowaniu najbardziej skutecznych metod bada w tym symulacji komputerowej w ujciu systemowym.
automation 2009
675
Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
Prace wykonano w ramach grantu MNiSW nr 516 G 1132 0364 000 „Autonomiczny system
sterowania bomb lotniczych”.
Literatura
1. Koruba Z., Osiecki J., Budowa dynamika i nawigacja wybranych broni precyzyjnego
raenia. Wyd. Politechniki witokrzyskiej, Kielce 2006.
2. Gbocki R., Dynamika impulsowego naprowadzania maych obiektów przy pomocy
rakietowych silników korekcyjnych. Rozprawa doktorska. Politechnika Warszawska
MEiL, Warszawa 2000.
3. Gacek J., Balistyka zewntrzna. Wyd. WAT, Warszawa 1999.
4. Gbocki R., Vogt R., Guidance system for smart mortar missiles. Archive of Mechanical
Engineering. No 1. 2007.
5. Vogt R., Gbocki R., ugaj M., Smart mortar missile attitude detection based on the
algorithm that take advantage of artificial neural networks. AIAA Guidance Navigation
and Control Conference, Keystone USA 2006.
6. Iglesian P.A., Urban T.J., “Loop Shaping Design for Missile Autopilot”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 23, No 3,2000, pp. 516-525.
7. Chen W. H., “Nonlinear Disturbance Observer-Enhanced Dynamic Inversion Control of
Missiles”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 26, No 1, 2003,
pp. 161-166.
8. Etkin B., Reid D., Dynamics of Flight Stability and Control. 3 rd Ed. , Wiley, New York
1996.
9. Dubiel S., Konstrukcja rakiet. Wyd. WAT, Warszawa 1980.
10. Kostrow R., Makuszewski M., Studencki M. Rakiety i artyleria rakietowa wojsk ldowych. Bellona, Warszawa 2001.
676
automation 2009