Полуавтономная система управления оружием наземного робототехнического комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Полуавтономная система управления оружием наземного робототехнического комплекса

Саламаха Павел Николаевич

Москва - 2007

Работа выполнена на кафедре «Специальная робототехника и мехатроника» МГТУ им. Н.Э.Баумана

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

РУБЦОВ Иван Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

ПОДУРАЕВ Юрий Викторович

кандидат технических наук, доцент

ХРУЩЕВ Василий Сергеевич

Ведущая организация: Тульский филиал КБМ

Защита состоится « » ____________ 2007 г. в « » час. « » мин. на заседании диссертационного совета Д 212.142.02 МГТУ им. Н.Э.Баумана по адресу:

107005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Автореферат разослан « » ___________ 2007 г.

Отзывы, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 107005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.142.02

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент В.А.ИВАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изменившаяся внешнеполитическая ситуация последних лет, новые приоритеты обеспечения национальной безопасности поставили перед Вооруженными Силами Российской Федерации новые задачи. Сегодняшние войны и военные конфликты являются неизбежными составными частями жизни планеты и остаются наиболее трудной задачей для профессиональных военных и политиков. Исходя из этого, одним из наиболее важных направлений работы остается совершенствование и развитие систем технического обеспечения, вооружения и военной техники.

Особое место в системе вооружения занимают наземные робототехнические комплексы (РТК) специального назначения. Такие комплексы являются защищенными, подвижными средствами, что делает их вооружение более эффективным за счет его подвижности. Они являются промежуточным звеном между оружием большой дальности и спешенными войсками и обладают высокой стойкостью к воздействию обычного, химического и ядерного оружия.

Исходя из специфики ведения боевых действий, можно утверждать, что необходимо исключить человека из зоны боевых действий и перевести его на уровень планирования, принятия общих решений и контроля. Необходимость создания РТК с минимальным участием человека (полуавтономных) определяется, прежде всего, такими факторами как:

сокращение численности вооруженных сил, обусловленное военной реформой и демографическими ограничениями;

снижение эффективности применения оружия из-за влияния человеческого фактора (усталость при длительных действиях, ограниченные возможности по приему и обработке информации и т.д.);

интенсивное создание за рубежом РТК военного назначения и формирования в этой области международного рынка, основанного на монополии высокоразвитых государств;

необходимость достижения качественно новых боевых свойств образцов вооружения и военной техники.

Таким образом, роботизация вооруженных сил Российской Федерации является актуальной в современных условиях, а следовательно, актуальной является и разработка полуавтономных систем управления (СУ) оружием наземных РТК.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является развитие методов проектирования полуавтономной СУ оружием наземного РТК и их экспериментальное исследование. Для этого автором поставлены и решены следующие задачи:

разработан и обоснован адаптивный алгоритм обнаружения наземных целей, который позволяет эффективно использовать импульсные радиолокационные станции (РЛС) 3-х миллиметрового диапазона в полуавтономных СУ оружием наземных РТК;

синтезированы алгоритмы наведения и стабилизации оружия наземного РТК с учетом нелинейностей и перекрестных связей объекта управления для использования их в полуавтономных СУ оружием наземных РТК; оружие робототехнический канал радиолокационный

сформирован и обоснован комплексный критерий качества полуавтономной СУ оружием наземного РТК;

для подтверждения правильности и работоспособности полученных алгоритмов обнаружения целей проведены натурные экспериментальные исследования всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала в виде РЛС 3-х миллиметрового диапазона;

проведены полунатурные исследования синтезированных алгоритмов наведения и стабилизации оружия наземного РТК для проверки их работоспособности при наличии возмущений и шумов и оценки их точностных характеристик.

Научная новизна работы. В диссертации сконструирован оригинальный критерий качества полуавтономной СУ оружием наземного РТК. Разработано алгоритмическое обеспечение для обнаружения целей с помощью всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала в виде РЛС 3-х миллиметрового диапазона. Выполнен синтез нелинейного регулятора для наведения и стабилизации оружия с учетом особенностей объекта управления методом аналитического конструирования агрегированных регуляторов.

Практическая ценность работы. Результаты экспериментальных и полунатурных исследований показали целесообразность использования в реальных системах методов синтеза нелинейных многосвязных регуляторов и использования для их реализации безредукторных моментных двигателей с силовой частью, управляемой по моменту. Обоснована возможность использования в качестве всепогодного всесуточного канала когерентной РЛС 3-х миллиметрового диапазона длин волн. Предложенный критерий качества может использоваться в дальнейших исследованиях по проектированию полуавтономных СУ оружием наземных РТК для сравнения эффективности используемых методов и подходов. Практическая полезность результатов подтверждается актами о внедрении в НИР «Блокировка - СМ».

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликованы три печатные работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинаре «Информационные процессы и технологии в управлении «Международной академии информатизации», на научно-технических конференциях «Мехатроника, автоматизация, управление» и «Управление и информационные технологии», а также на научно-технических семинарах в НИИ Специального машиностроения и на кафедре «Специальная робототехника и мехатроника» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов о работе и списка литературы. Объем работы - 145 страниц, включая 62 рисунка и 3 таблицы. Библиография содержит 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор темы диссертационного исследования, анализируется состояние роботизации зарубежных и отечественных вооруженных сил. Приведено краткое содержание выполненных исследований.

В первой главе показана актуальность создания качественно новых образцов полуавтономных наземных РТК и их оснащение современными СУ оружием на базе перспективных систем технического зрения (СТЗ). В связи с тем, что в современных условиях целесообразно вывести человека из зоны боевых действий, задачи обнаружения целей и наведения оружия выполняются полуавтономными СУ оружием. Для описания ее работы и взаимодействия с удаленным пунктом управления в диссертации предложен алгоритм ее функционирования.

Рассматривается обобщенная структурная схема полуавтономной СУ оружием наземного РТК и функциональные связи между ее узлами. Анализ этой структуры показывает, что функционирование всей системы в целом зависит от качества информации, поступающей от СТЗ. Поэтому к СТЗ выдвигается ряд требований, обусловленных спецификой задач, решаемых РТК, а именно:

обнаружение цели при любых погодно-климатических условиях и в любое время суток с вероятностью не менее 0,95 (при вероятности ложных тревог 10-3);

предел допускаемого значения погрешности измерений 0,5%;

дальность действия не менее 3000 м;

время обнаружения цели и вычисления ее координат должно быть минимальным.

Специалисты сходятся во мнении, что СТЗ для задач управления оружием должна быть комплексированной, т.е. содержать несколько информационных каналов разной физической природы. Проводится анализ достоинств и недостатков информационных каналов различной физической природы в составе комплексированной СТЗ. В результате проведенного анализа автором показано, что радиолокационный канал миллиметрового диапазона длин волн позволяет найти компромиссное решение, отвечающее требованиям боевого применения, и может быть использован в качестве основного и самого универсального канала комплексированной СТЗ.

РЛС миллиметрового диапазона имеют следующие преимущества:

более высокая точность и разрешающая способность по угловым координатам и по скорости по сравнению с РЛС сантиметрового диапазона;

более высокая скрытность работы;

высокое разрешение по дальности и радиальной скорости целей;

высокую защищенность от активных помех;

большая дальность действия в дыму, пыли, тумане, во мгле по сравнению с оптическими, инфракрасными и лазерными системами.

Вследствие взаимодействия с осадками дальность действия РЛС миллиметрового диапазона сильно ограничивается, и возникают пассивные помехи. В работе проанализированы «окна прозрачности» в атмосфере для волн миллиметрового диапазона. В этом диапазоне имеют место три окна прозрачности:

8 мм; имеет широкую диаграмму направленности - порядка 15° , а также большие габариты, что усложняет ее размещение на РТК.

0,8 мм; для данного диапазона полностью отсутствует элементная база активных и пассивных элементов. Также в этом диапазоне усиливается влияние осадков на уровень мешающих помех.

3 мм - компромиссный вариант с точки зрения габаритов, технической реализации и точностных параметров.

Таким образом, радиолокационной канал 3-х миллиметрового диапазона длин волн является наиболее универсальным и помехозащищенным каналом комплексированной СТЗ. На основании этого он выбран в качестве всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала полуавтономной СУ оружием наземного РТК.

В работе делаются следующие допущения по поводу функционирования полуавтономной СУ оружием наземного РТК:

исследуется только всепогодный, всесуточный информационно-измерительный канал СТЗ и первичная обработка его информации;

времена вторичной и других обработок, а также времена передачи информации между подсистемами минимальны, и в эти времена не вносится дополнительных ошибок в данные о наличии или отсутствии цели и о ее координатах.

С учетом вышесказанного упрощенная структура полуавтономной СУ оружием наземного РТК имеет вид:

Рис.1. Упрощенная структура полуавтономной СУ оружием наземного РТК

Для создания полуавтономной СУ оружием наземного РТК и оценки качества ее функционирования поставлены следующие задачи:

Сформировать критерий качества полуавтономной системы управления оружием наземного РТК, который должен отражать вклад применяемых научно-технических решений и методов в качество функционирования системы без оператора.

Разработать алгоритмы автоматического обнаружения целей с адаптацией к помехам и параметрам окружающей среды для использования их во всепогодном и всесуточном информационно-измерительном канале полуавтономной СУ оружием наземного РТК.

Синтезировать законы автоматического наведения и стабилизации оружия наземного РТК в вертикальной и горизонтальной плоскостях с учетом нелинейностей и перекрестных связей объекта управления.

Провести экспериментальное исследование всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала полуавтономной системы управления оружием наземного РТК с целью подтверждения правильности выбранных подходов при разработке алгоритмов обнаружения целей.

Выполнить полунатурные исследования алгоритмов наведения и стабилизации оружия наземного РТК с целью проверки их работоспособности при наличии реальных возмущений и шумов.

При автоматическом поиске целей и наведении оружия на цель необходимы критерии оценки, как отдельных подсистем, так и всей системы в целом. В данной работе обобщенный критерий качества системы формируется автором в виде вероятности поражения цели неуправляемым снарядом на основе экспериментальных данных, полученных в работах Гуткина Л.С. и Пестрякова В.В.:

;

,

где - вероятность правильного обнаружения цели; - дисперсии ошибки определения координат цели, - дисперсии ошибки наведения/слежения, - дисперсии ошибки, вносимой при полете (так как снаряд неуправляем, то на эту величину можно повлиять косвенно через учет параметров внешней среды; в данной работе она считается минимальной, т.е. равной нулю).

Таким образом, при проектировании полуавтономной СУ оружием наземного РТК необходим комплексный подход, объединяющий информационную систему и систему управления исполнительными механизмами оружия. Причем предпочтение должно отдаваться тем методам и алгоритмам, которые обеспечивают максимальное значение вероятности поражения цели неуправляемым снарядом, т.е. минимальные дисперсии ошибок определения координат цели и ошибок наведения и максимальное значение вероятности правильного обнаружения цели.

Разработка алгоритмического обеспечение всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала для решения задач автоматического обнаружения целей в любое время суток и при любых погодно-климатических условиях решается во второй главе.

Прежде чем переходить к процедурам обнаружения цели и оценивания ее координат, необходимо выбрать форму и параметры зондирующего сигнала, которые определяют энергетические и массогабаритные характеристики РЛС, а также структуру системы обработки информации и принципы, по которым она построена.

При выборе структуры зондирующего сигнала учитывалось, что РТК должен оставаться максимально скрытным, и одновременно необходимо обеспечивать требуемое отношение сигнал/шум. Таким образом, выбран зондирующий сигнал в виде пачки маломощных когерентных импульсов.

Основной характеристикой движущейся цели является доплеровский сдвиг частот спектра отраженного сигнала. Для обнаружения этого сдвига и его оценки используется схема приема с плавающей промежуточной частотой и последующее амплитудно-фазовое детектирование.

Выражения для определения потенциальной точности оценки координат цели выражаются через функцию неопределенности пачки прямоугольных сигналов:

;

,

где - отношение сигнал/шум; - эффективная ширина спектра зондирующего сигнала, связанная со спектральной плотностью его комплексной амплитуды; - эффективная длительность зондирующего сигнала. Исходя из этих выражений, требований к СТЗ, характеристик типовых наземных целей и уравнения дальности радиолокации, автором были выбраны параметры зондирующего сигнала: длительность одного импульса ; частота следования импульсов ; мощность одного импульса ; количество импульсов в пачке .

В ходе анализа классов обнаружителей выбран обнаружитель с фиксированным объемом выборки, так как в последовательных обнаружителях скорость сканирования антенной пространства неравномерна в силу случайности времени наблюдения на каждом из элементов разрешения, а непостоянство скорости обзора приводит к уменьшению точности.

Структура обнаружителей с фиксированным объемом выборки одинакова и в зависимости от применяемого критерия отличается только порогом, с которым сравнивается отношение правдоподобия. В радиолокационных системах специального назначения чаще всего используют обнаружители, построенные по критерию Неймана-Пирсона, который обеспечивает максимальную вероятность обнаружения целей при заданном уровне ложных тревог и не требует знания функции потерь.

Так как в импульсных РЛС миллиметрового диапазона характерным признаком является смещение спектра на величину доплеровской частоты, то для обнаружения рационально использовать корреляционно-фильтровую схему. Данная схема основана на преобразовании Фурье, амплитудный спектр которого рассматривается в виде набора узкополосных фильтров, каждый из которых согласован с сигналом с частотой, совпадающей с центральной частотой фильтра. Получение амплитудного спектра преобразования Фурье является операцией нелинейной, и поэтому результат этой операции не будет иметь нормальный закон распределения и его нельзя использовать для вычисления порога и показателей качества обнаружения. Как показано автором в четвертой главе, для описания распределения доплеровского спектра целесообразно использовать семейство бэта-распределений. При нормированном спектре выражение для бэта-распределения имеет вид

где - начальный момент.

Показатели качества обнаружения и порог вычисляются на основе выражений

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Пример процедуры определения порога и показателей качества обнаружения показан на рис 2.

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2. Процедура определения порога при бэта-распределении

доплеровского спектра

На рис.2.а. изображены законы распределения доплеровского спектра при отсутствии и наличии цели. На рис.2. а и б. изображены кривые зависимости вероятности ложной тревоги и вероятности правильного обнаружения от порога соответственно. Параметры законов распределения взяты из экспериментальных исследований проводимых автором в четвертой главе. В самых худших условиях для обнаружения (дождь, подстилающая поверхность - трава, фон - лиственный лес) по описанной процедуре был определен порог , гарантирующий требуемую вероятность ложной тревоги . Полученный таким способом алгоритм формирования порога обеспечивает необходимые показатели обнаружения только при тех условиях, которые принимались при синтезе.

При воздействии импульсных помех или наличии осадков и пыли при сильном ветре поднимается уровень шумов в доплеровском спектре, и закон распределения спектра и его параметры могут существенно изменяться. Для этого случая автором предлагается использовать подход, развиваемый в работах Боброва Д. Ю., Доброжанского А.П. и др. Порог вычисляется на основании оценки шума в некотором «скользящем окне» с предварительным устранением сигнальной составляющей.

Таким образом, структура адаптивного обнаружения наземных целей с помощью всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала в виде РЛС 3-х миллиметрового диапазона длин волн представлена на рис.3.

Определение дальности до цели и ее радиальной скорости происходит по номеру канала в матрице обнаружения с максимальным откликом. В зависимости от задачи, решаемой РТК, возникает необходимость получать оценки координат цели с различной точностью. Для доопределения дальности до цели и ее радиальной скорости используются интерполяционные методы. В данной работе предлагается использовать метод центров масс. Главное его преимущество - это простота реализации в цифровом виде и малое время вычисления оценки.

Рис.3. Структура адаптивного обнаружения наземных целей с помощью РЛС 3-х миллиметрового диапазона длин волн

Для доопределения угловых координат используется метод конического сканирования диаграммы направленности. В результате непрерывного вращения антенны вокруг равносигнальной оси происходит амплитудная модуляция отраженного от цели сигнала. Глубина модуляции линейно связана с отклонением от направления на цель, а фаза - с направлением отклонения. Данный метод позволяет получить точность определения угловых координат цели с дисперсией

где -ширина диаграммы направленности антенны; - отношение сигнал/шум; - ширина полосы пропускания следящей системы.

Таким образом, разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет обнаруживать цели при любых погодно-климатических условиях и в любое время суток без участия человека и определять координаты цели с точностью, обусловленной решаемой задачей.

После определения координат цели на нее должно наводиться оружие. Задача синтеза законов автоматического наведения и стабилизации оружия наземного РТК в вертикальной и горизонтальной плоскостях решается в третей главе.

Рис.4. Наземный РТК с кинематической структурой типа «танк»

Одним из наиболее экономичных и эффективных подходов при создании полуавтономных наземных РТК является модернизация существующих образцов бронетанковой техники. Для создания полуавтономных наземных РТК тяжелого класса в качестве базовых носителей наиболее часто применяются РТК типа «танк» рис 4.

Для создания динамической модели СУ оружием наземного РТК получены матрицы однородных преобразований Денавита-Хартенберга для каждого сочленения. Они также нужны для исключения параллаксов в виду расстановки СТЗ на корпусе РТК и для пересчета задания на углы при стабилизации оружия.

Для получения уравнений динамической модели системы управления оружием башня и пушка РТК рассмотрены как двухзвенный манипулятор с распределенными массами звеньев. Применив метод уравнений Лагранжа второго и приведя полученные уравнения к нормальной форме Коши, получена система уравнений, учитывающая механические свойства объекта управления. Так как регулирующими воздействиями в этой модели являются задания на моменты, то необходимо учесть инерционные свойства силовой части, которая реализует момент, поступающий с регулятора. В работе автором сделано предположение, что инерционные свойства силовых частей описываются апериодическим звеном первого порядка с постоянными времени и . Тогда расширенная система с учетом ее механических и электрических свойств имеет вид

Для получения качественно новых точностных характеристик полуавтономных СУ оружием РТК необходимо использовать модели с нелинейностями и перекрестными связями, которые наиболее полно описывают объект управления. Возникает потребность в привлечении новых методов современной теории управления, ориентированных на решение сложных задач инвариантного управления многоканальными динамическими объектами высокого порядка. В данной работе автором используется один из таких методов - метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов (АКАР), разработанный Колесниковым А.А. Его суть состоит в трансформации заданий в притягивающие многообразия в фазовом пространстве системы и в генерации естественной совокупности отрицательных и положительных нелинейных обратных связей, гарантированно переводящих объект в заданное состояние.

При выполнении поставленных задач на РТК воздействуют различные возмущения. Возмущения по углу при наличии датчиков абсолютного углового положения РТК (гироскопов) компенсируются пересчетом заданий на углы, исходя из кинематики РТК. Возмущения по моменту не могут быть измерены непосредственно, что ухудшает точностные показатели системы управления оружием. В рамках используемого подхода проблема учета возмущений решается за счет расширения фазового пространства системы, при котором возмущения становятся «внутренним свойством» системы. Выражения для оценки возмущений на основе измеряемых параметров вычисляются с помощью динамического наблюдателя.

При переброске оружия (управлении в большом) возникает задача ограничения управления. В данной работе автором предложено сделать постоянные времени регулятора функцией от задания, предварительно настроив их на некую оптимальную рабочую точку. Таким образом, можно гибко регулировать время переходного процесса всех контуров от задания и энергозатраты на управление без выхода на ограничения.

Структура системы автоматического наведения и стабилизации оружия наземного РТК специального назначения на основе законов наведения и стабилизации, полученных методом АКАР, представлена на рис. 5.

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.5. Структура системы автоматического наведения и стабилизации

оружия наземного РТК

Результаты моделирования замкнутой системы автоматического наведения и стабилизации оружия наземного РТК специального назначения с параметрами: =2500 кг, =1000 кг, =1,5 м, =0,5 м, =2 м, =3 м, при нулевых начальных условиях и уставках по азимуту и углу места =0,1рад, =-0,1 рад. представлены на рис. 6. Анализ результатов моделирования показывает, что синтезированные законы наведения и стабилизации оружия наземного РТК обеспечивают требуемые технические характеристики (форма, время переходных процессов, точность).

При исследовании полученных законов управления было показано, что при уменьшении мощности силовой установки РТК переходные процессы сохраняют свою асимптотическую форму, а изменяется только лишь их время.

Отличительной чертой регуляторов, синтезированных методом АКАР, является то, что они были синтезированы для исходной нелинейной, многосвязной системы и, следовательно, не имеют ограничений по отклонениям начальных условий, что присуще линеаризованным системам. Также необходимо отметить, что синтезированный методом АКАР закон управления является оптимальным, в том смысле, что он оптимизирует сопровождающий функционал вида , где - агрегированная макропеременная, относительно которой записывается функциональное уравнение, - переменные состояния объекта, - управляющее воздействие, - постоянные времени функционального уравнения (параметры регулятора). Этот функционал Колесников А.А. интерпретирует как меру макроскопического действия или суммарную работу, производимую синтезируемой системой управления. Он не постулируется заранее, а конструируется с помощью выбора и с привлечением уравнений объекта управления, что позволяет на его основе получать различные частные критерии качества, например, критерий быстродействия или критерий минимума энергозатрат.

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.6. Изменение углов наведения в горизонтальной и

вертикальной плоскостях и их управляющих воздействий и

Для реализации полученных законов управления автором предлагается использовать высокодинамичные безредукторные моментные двигатели с частотным управлением, которые способны реализовывать большие моменты на маленьких скоростях. Их использование позволяет уйти от применения в системе редукторов, что еще больше повышает точность всей системы в целом.

В четвертой главе выполнены натурные экспериментальные исследования всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала полуавтономной СУ оружием наземного РТК в виде импульсной когерентной РЛС 3-х миллиметрового диапазона длин волн (рис.7). В ходе экспериментальных исследований снимались сигналы напряжения с амплитудно-фазового детектора РЛС при локации реальных целей БМП-2 и танка Т-72.

Целью исследований являлось подтверждение правильности выбранных подходов при разработке алгоритмов обнаружения целей во второй главе. В процессе этих исследований автором проведена идентификация результатов натурных испытаний.

Рис.7. Импульсная РЛС 3-х миллиметрового диапазона длин волн

Результаты идентификации показали, что шум с выхода фазового детектора в одном элементе дальности и сигнал, отраженный от цели, подчиняются нормальному закону распределения. Идентификация доплеровских спектров шума и сигнала, отраженного от движущейся цели, показала, что эти спектры имеют бэта-распределение первого рода. Идентификация проводилась с помощью метода кривых Пирсона.

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

а б

Рис.8. Обнаружение реальных целей

В ходе натурных испытаний проводилось обнаружение реальных целей с помощью полученных во второй главе алгоритмов (рис. 8). На рис 8.а - обнаружение по доплеровскому спектру танка Т-72 с радиальной скоростью 5км/ч на дальности 665 метров, на рис 8.б - обнаружение по доплеровскому спектру БМП-2 с радиальной скоростью 25км/ч на дальности 810 метров.

В процессе проведения полунатурных исследования законов наведения и стабилизации оружия наземного РТК показана возможность учета инерционных свойств силовой части, управляемой по моменту с помощью апериодического звена первого порядка. Путем измерения переходной и частотной характеристик определена постоянная времени для такой силовой части мощностью 20 кВт . В рамках НИИ ОКР, проводимых в НИИ Специального машиностроения, были сняты реальные возмущающие моменты, действующие на РТК при движении по типовой трассе. С помощью математического моделирования автором показано, что при наличии реальных возмущающих моментов и шумов в каналах обратных связей регулятор, синтезированный методом АКАР, обеспечивает требуемые точностные результаты и лишен недостатков, свойственных другим методам нелинейного синтеза.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В ходе теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором, в работе получены следующие научно-технические результаты:

Предложен комплексный подход к проектированию полуавтономных СУ оружием наземного РТК, объединяющий информационную систему и систему управления приводами оружия.

Сформирован обобщенный критерий оценки полуавтономной СУ оружием наземного РТК как вероятность поражения цели неуправляемым снарядом, который характерен тем, что оценивает вклад применяемых научно-технических решений и методов в эффективность функционирования системы в целом.

Разработан адаптивный алгоритм обнаружения целей на фоне различного типа помех, который позволяет эффективно использовать импульсные РЛС 3-х миллиметрового диапазона длин волн в качестве всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала СУ оружием наземного РТК.

Синтезированы алгоритмы наведения и стабилизации оружия наземного РТК для исходной нелинейной модели СУ оружием РТК методом аналитического конструирования агрегированных регуляторов с исключением редукторов в приводах управления оружием.

Для подтверждения правильности и работоспособности полученных алгоритмов обнаружения целей проведены натурные экспериментальные исследования всепогодного всесуточного информационно-измерительного канала.

С помощью полунатурных исследований проведена оценка точностных характеристик и проверка устойчивости синтезированных алгоритмов полуавтономного управления оружием наземного РТК при воздействии на систему реальных возмущающих моментов и шумов в каналах обратных связей.

В результате экспериментальных и полунатурных исследований, а также численного моделирования получена низшая оценка комплексного критерия качества полуавтономной системы управления оружием наземного РТК, и всех его составляющих: вероятность правильного обнаружения цели ; дисперсия ошибки определения угловых координат рад2; дисперсия ошибки наведения по угловым координатам рад2; вероятность попадания в цель неуправляемым снарядом (на максимальной дальности - 3000 м, при радиусе цели ) .

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ

Рубцов И.В.Саламаха П.Н. Аналитический синтез законов автоматического наведения и стабилизации оружия мобильного робототехнического комплекса специального назначения//Мехатроника, автоматизация, управление. -2006. -№ 10. -С.40-48.

Саламаха П.Н. Создание автоматической системы управления оружием мобильного робототехнического комплекса специального назначения //Мехатроника, автоматизация, управление: Материалы первой Российской мультиконференции по проблемам управления. - Спб., 2006. -С. 258-260.

Саламаха П.Н. Использование РЛС миллиметрового диапазона в качестве всепогодного всесуточного канала автоматической системы управления оружием мобильного робототехнического комплекса //Управление и информационные технологии: Сборник докладов четвертой Всероссийской научной конференции. - Спб.,2006. -С. 248-250.

Отчет о НИР «БЛОКИРОВКА-СМ» (промежуточный)/ НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана; руководитель Рубцов И.В.; отв. ответственный исполнитель Панков В.А. - М., 2005. - 55 с. - Д.с.п. - Инв. № М4-483/3.

Размещено на Allbest.ru

...