Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Содержание

Введение

1. Расчет требуемых параметров РЛС

1.1 Расчет длительности импульсов РЛС, частоты их следования и частоты излучаемого сигнала

1.2 Расчет параметров сканирования и частот кругового обзора

1.3 Оценка требуемых параметров движения антенны в режиме поиска цели.

2. Разработка функциональной схемы управления РЛС

3. Расчет требуемых динамических характеристик привода

4. Синтез замкнутого контура следящего привода

5. Расчет характеристик замкнутой системы

Заключение

Введение

Радиолокационная станция (РЛС), радиолокатор, радар - устройство для наблюдения за различными объектами (целями) методами радиолокации. Основные узлы РЛС -- передающее и приемное устройства, расположенные в одном пункте (т. н. совмещенная РЛС) или в пунктах, удаленных друг от друга на некоторое (обычно значительное) расстояние (двух- и многопозиционные РЛС); в РЛС, применяемых для пассивной радиолокации, передатчик отсутствует. Антенна может быть общей для передатчика и приемника (у совмещенной РЛС) или могут применяться раздельные антенны (у многопозиционных РЛС). Важная составная часть приемного устройства РЛС (после собственно приемника) -- световой индикатор на электроннолучевой трубке (ЭЛТ), а в современных (середины 70-х гг.) РЛС наряду с индикатором -- ЦВМ, автоматизирующая многие операции по обработке принятых сигналов. Основные характеристики РЛС: точность измерений, разрешающая способность, предельные значения ряда параметров (максимальная и минимальная дальность действия, сектор и время обзора и др.), помехоустойчивость. К основным характеристикам относят также мобильность РЛС, ее массу, габариты, мощность электропитания, срок службы, количество обслуживающего персонала и многие др. эксплуатационные параметры.

РЛС различают прежде всего по конкретным задачам, выполняемым ими автономно или в комплексе средств, с которыми они взаимодействуют, например: РЛС систем управления воздушным движением, РЛС обнаружения или наведения зенитных управляемых ракет систем ПВО, РЛС для поиска космических летательных аппаратов (КЛА) и сближения с ними, самолетные РЛС кругового или бокового обзора и т.д. Специфика решения отдельных задач и их широкий спектр привели к большому разнообразию типов РЛС. Например, для повышения точности стрельбы по самолетам в головках зенитных снарядов устанавливают миниатюрные РЛС, измеряющие расстояние от снаряда до объекта и приводящие в действие (на определенном расстоянии) взрыватель снаряда; для своевременного предупреждения самолета о приближении со стороны его "хвоста" др. самолета на нем устанавливают РЛС "защиты хвоста", автоматически вырабатывающую предупредительный сигнал.

В зависимости от места установки РЛС различают наземные, морские, самолетные, спутниковые РЛС и т.д. РЛС подразделяют также по техническим характеристикам: по несущей частоте(рабочему диапазону длин волн) -- на РЛС метрового, дециметрового (ДМ), сантиметрового (СМ), миллиметрового (ММ) и др. диапазонов; по методам и режимам работы -- на РЛС импульсные и с непрерывным излучением, когерентные и с некогерентным режимом работы и т.д.; по параметрам важнейших узлов РЛС -- передатчика, приемника, антенны и системы обработки принятых сигналов, а также по др. техническим и тактическим параметрам РЛС.

РЛС точного измерения координат, называются станциями орудийной наводки (СОН), определяют с высокой степенью точности координаты (азимут, угол места, дальность) воздушных, морских и наземных объектов. Для зенитной артиллерии появление этих станций означало техническую революцию. Резкое повышение точности измерения координат, в первую очередь угловых, стало возможным после освоения СМ диапазона волн, позволившего формировать в СОНах посредством антенн высоконаправленное излучение радиоволн. При этом резко повысилось использование излучаемой мощности в нужных направлениях и удалось в значительной мере избавиться от влияния Земли, местных предметов и ряда др. помех работе РЛС.

Освоение СМ диапазона привело также к созданию РЛС обнаружения самолетов и наведения на них самолетов-перехватчиков, которые, используя данные, полученные от РЛС дальнего обнаружения, или работая автономно, обнаруживают самолеты и одновременно измеряют их координаты -- дальность, азимут и высоту полета (например, т. н. методом луча). Для реализации этого метода применяют 2 антенны, одна из которых имеет диаграмму направленности, узкую по азимуту и широкую в вертикальной плоскости, а другая -- диаграмму направленности такой же формы, но отклоненную от вертикальной плоскости на угол, равный 45°. При совместном вращении обеих антенн азимут и дальность объекта определяются посредством первой антенны, а высота -- по промежутку времени, через который объект фиксируется второй антенной.

РЛС бокового обзора, предназначенные для картографирования земной поверхности, решения задач воздушной разведки и т.д., имеют высокую разрешающую способность, определяющую качество радиолокационного изображения, его детальность. Это достигается либо значительным увеличением размера антенны, располагаемой вдоль фюзеляжа самолета, что позволяет увеличить разрешающую способность по сравнению с панорамными РЛС кругового обзора на порядок, либо применением метода искусственного раскрыва антенны, позволяющего приблизиться к разрешающей способности оптических средств наблюдения; при этом разрешающая способность не зависит от дальности наблюдения и длины волны зондирующего сигнала. В РЛС с искусственным раскрывом антенны часто используют сложные оптические системы многоканальной (по дальности) обработки сигналов с когерентным накоплением их в каждом канале. Сопряжение таких систем с фотографическими устройствами позволяет получать высококачественную запись информации.

РЛС слежения за искусственными спутниками 3емли (ИСЗ) и измерения их траекторий различают прежде всего по составу и количеству измеряемых параметров. В простейшей однопараметрической РЛС ограничиваются измерением только доплеровской частоты, по характеру изменения которой в месте расположения РЛС определяют период обращения ИСЗ и др. параметры его орбиты. Орбиту ИСЗ можно точно определить, применив на трассе полета ИСЗ несколько РЛС СМ диапазона, например точных импульсных РЛС -- радиодальномеров, работающих с ответчиком на борту ИСЗ, у которого нестабильность задержки ответного импульса относительно мала. Эти РЛС с параболическими антеннами обеспечивают в режиме слежения определение угловых координат ИСЗ с точностью порядка нескольких угловых минут при коническом сканировании и порядка 1 угловой минуты при моноимпульсном методе. Т. о., эти трехпараметрические РЛС являются некоторым развитием СОН, отличаясь от них построением основного канала автодальномера, многошкальностью и сохранением высокой точности слежения по дальности (ошибка измерения при космических скоростях объекта порядка 10 м). Импульсный режим позволяет реализовать одновременную работу нескольких РЛС с одним ответчиком.

1. Расчет требуемых параметров РЛС

1.1 Расчет длительности импульсов РЛС, частоты их следования и частоты излучаемого сигнала

Период импульса РЛС рассчитывается исходя из максимальной дальности цели R_max. За время периода импульс должен достигнуть цели, отразиться от нее и вернуться до приемника РЛС. В противном случае, получим перекрывание входящих и исходящих импульсов.

где R_max - максимальное расстояние до цели,

с - скорость света.

Длительность импульса рассчитывается исходя из минимальной дальности цели. Время сигнала не должно превышать времени, которое проходит импульс до цели и обратно.

где R_min - минимальное расстояние до цели.

Принимаем

На рисунке 1 показана временная диаграмма распространения импульсов во времени.

Рисунок 1- Временная диаграмма распространения импульсов

Определение длины волны сигнала.

Нижняя граница частоты сигнала определяется минимальным количеством длин волн в импульсе (100).

где - частота сигнала импульса.

Отсюда находится верхняя граница длины волны:

где - длина волны импульса.



Так как линейный размер цели , то такая длина волны пройдет сквозь нее и не отразится. Принимаем

Отсюда минимальная частота излучения будет равна:

1.2 Расчет параметров сканирования и частот кругового обзора

Минимальный угловой размер цели:

Для наилучшего обнаружения от цели необходимо принять, по крайней мере, от 5 до 10 импульсов. Отсюда находится время минимальное облучения цели :

Это минимальное время, за которое лепесток сканирования должен пройти по окружности диаграммы направленности, при этом захватывая цель. Схема расположения лепестков показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Расположение лепестков сканирования и диаграммы направленности антенны: 1 - область цели; 2 - область диаграммы направленности; 3 - область лепестка сканирования.

Из геометрических соотношений 3-х лепестковой системы сканирования, найдем максимальную частоту кругового вращения лепестка (передатчика):

Нижняя граница частоты кругового вращения лепестка зависит от разрешающей способности РЛС, которая, в свою очередь, зависит от максимальной скорости цели на максимальном расстоянии от системы. Разрешающая способность РЛС определяется по формуле:

гдеK - коэффициент потерь мощности сигнала,

- коэффициент использования площади антенны (принимаем ,

- коэффициент потерь в радиочастотах (принимаем ,

- ширина диаграммы направленности,

- динамический диапазон РЛС (принимаем q = 40 дБ).

Для безошибочного определения положения цели, необходимо, чтобы линейное перемещение цели за время облучения не превышало линейную разрешающую способность РЛС.

где - максимальная скорость движения цели.

Условие > выполняется.

Рисунок 3- Угловая разрешающая способность РЛС: 1 - цель, 2 - антенна

Тогда требуемая частота сканирования находится в диапазоне:

Принимаем .

Длительность сканирования зависит также от углового размера сканируемой области и определяется по формуле:

где - максимальный угол сканируемой области,

Принимаем = 10 с.

Определение частоты поворота антенны.

Частота вращения антенны определяется по формуле:

гдеN - число витков в траектории движения конца антенны.

Рисунок 4- Траектория движения конца антенны.

Определим время, за которое совершается один виток:



Определение диаметра антенны:

Воспользуемся графиком окон прозрачности атмосферы (рисунок 5).

Рисунок 5- Пропускание атмосферой излучения

Из графика видно, что выбранная длина волны нам подходит.

1.3 Оценка требуемых параметров движения антенны в режиме поиска цели

В режиме поиска цели за счет спирального сканирования угловые скорости и ускорения могут достигать существенных значений. Для оценки указанных скоростей и ускорений рассмотрим движение линии визирования антенны в режиме сканирования.

Для сканирования по сворачивающейся спирали можно записать:

где - максимальная амплитуда угла относительно центра.

Если задан шаг спирали , то частоту сканирования можно найти следующим образом:

Преобразуя формулы, найдем:

Это нереализуемое требование кК мощности исполнительного двигателя, поэтому примем , тогда

Дифференцируя формулы угла, получим зависимости для угловых скоростей при сканировании:

Дифференцируя уравнения скорости, найдем угловые ускорения:

Определим максимальные значения угловых скоростей сканирования для принятых параметров:

2. Разработка функциональной схемы управления РЛС

Принцип работы устройства представлен в виде функциональной схемы, показанной на рис. 6.

ГОН - генератор опорного напряжения;

ЧФД - частотно-фазовый детектор;

КУ - корректирующее устройство;

УМ - усилитель мощности;

ИД - исполнительный двигатель;

ДУ - датчик угла;

РЛ - радиолокатор;

ФНЧ - фильтр нижних частот;

БВК - блок вычисления координат;

б - угол азимута;

в- угол высоты.

3. Расчет требуемых динамических характеристик привода (мощности, момента на валу, передаточного числа редуктора)

Ранее был вычислен диаметр параболической антенны:

1. Построим трехмерную модель параболической антенны с помощью ППП SolidWorks и узнаем ее массовые характеристики.

Габариты антенны представлены на рис. 7:

Рисунок 7- Параболическая антенна в разрезе.

Масса антенны m=38 кг, момент инерции нагрузки антенны I_Н=3,85 кг•м², материал - алюминиевый сплав.

2. Расчет передаточного числа редуктора.

- передаточное число редуктора;

где - момент инерции нагрузки антенны;

- момент инерции исполнительного двигателя.

Примем

3. Расчет момента на валу.

- максимальный момент нагрузки, приведенный к валу исполнительного двигателя;

- максимальное угловое ускорение нагрузки (в установившемся режиме). радиолокационный станция частота сигнал

Следовательно:

4. Расчет требуемой максимальной угловой скорости двигателя:

- максимальная угловая скорость двигателя;

- максимальная угловая скорость нагрузки;

- передаточное число редуктора.

5. Расчет мощности на валу, требуемой для воспроизведения заданного движения нагрузки.

В соответствии с полученными данными выберем двигатель марки МД 220-60. Его характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование характеристики	МД 220-60
Напряжение питания постоянного тока, В	24
Пусковой/максимальный синхронизирующие моменты (	60/70
Сопротивление фазы , Ом, ±15%	1,9
Пусковой ток, А, не более	9
Номинальный момент, ,	4
Номинальная частота вращения , рад/с	1,05
Потребляемая мощность: пусковая/ максимальная, Вт	210/260
Максимальная допустимая температура двигателя,	135
Электромагнитная постоянная ,, мс	5,0
Электромеханическая постоянная для , мс	1,4
Коэффициент противо-ЭДС ,, В/рад/с	0,073
Коэффициент момента ,,	6,67
Масса, кг, не более, в том числе ротора	125

4. Синтез замкнутого контура следящего привода

Структурная схема замкнутого контура следящего привода показана на рис. 8.

Рисунок 8- Структурная схема замкнутого контура следящего привода

См - коэффициент момента,

Се - коэффициент противо-ЭДС,

Rя - сопротивление фазы,

Тя - электромагнитная постоянная,

Jпр - приведенный к валу двигателя момент инерции,

bпр - коэффициент демпфирования.

Момент инерции, приведенный к валу двигателя, определяется по формуле:

Коэффициент демпфирования определяется по формуле:

Частота среза системы равна:

Постоянные времени:

частота среза запретной зоны системы;

M=1,1…1,3 - показатель колебательности;

На основании полученных данных построим желаемую частотную характеристику системы (рис. 9).

Рисунок 9- Частотные характеристики системы:

1-желаемая, 2-располагаемая.

Схема моделирования разомкнутой системы следящего привода представлена на рис. 10.

Рисунок 10 -Схема моделирования разомкнутой системы следящего привода.

ЛАФЧХ разомкнутой системы представлена на рис. 11:

Рисунок 11- ЛАФЧХ разомкнутой системы

Как видно из графика, амплитуда не удовлетворяет требованиям желаемой характеристики, поскольку располагается ниже необходимого уровня. Чтобы повысить амплитуду, введем в схему следящего привода корректирующее звено.

Схема моделирования разомкнутой системы с корректирующим звеном показана на рис. 12:

Рисунок 12- Схема моделирования разомкнутой системы с корректирующим звеном

ЛАФЧХ разомкнутой системы представлена на рис. 13.

Рисунок 13-ЛАФЧХ разомкнутой системы

Благодаря введению корректирующего звена удалось повысить коэффициент усиления системы так, что характеристика располагается выше желаемой и, следовательно, удовлетворяет требованию работоспособности привода.

5. Расчет характеристик замкнутой системы

Схема моделирования замкнутой системы представлена на рис. 14:

Рисунок 14- Схема моделирования замкнутой системы

Переходный процесс замкнутой системы представлены на рис. 15:

Рисунок 15- Переходный процесс замкнутой системы

Из графика видно, что переходный процесс имеет большую колебательность, величина перерегулирования определяется по формуле:



- перегулирование - максимальное отклонение от установившегося значения, выраженное в относительных единицах или процентах,

hmax - максимальное отклонение от установившегося значения,

hуст - установившееся значение.

ЛАФЧХ замкнутой системы представлена на рис. 16:

Рисунок 16- ЛАФЧХ замкнутой системы

Запас по амплитуде равен -20 дБ, запас по фазе составляет 40°. Статическая ошибка равна 3.24 дБ.

На рисунке 17 показан переходный процесс по ошибке.

Рисунок 17 - Переходный процесс по ошибке

Из графика видно, что точность разработанной системы соответствует техническому заданию.

Заключение

В данном курсовом проекте был рассчитаны требуемые параметры РЛС и движения приводов. Разработана функциональная схема управления РЛС. Рассчитаны требуемые динамические характеристики привода, на основании которых произведен выбор двигателя.

Проведен синтез замкнутого контура следящего привода, выбрано корректирующее звено для улучшения его амплитудно-частотных характеристик.

Произведен анализ полученной замкнутой системы и рассчитаны её характеристики.

Разработан следящий привод импульсной РЛС.

Список литературы

1. Бартон Д., Радиолокационные системы, пер. с англ., М., 1967; Леонов А. И., Радиолокация в противоракетной обороне, М., 1967; Радиолокационные станции бокового обзора, под ред. А. П. Реутова, М., 1970; Мищенко Ю. А., Загоризонтная радиолокация, М., 1972.

2. Бесекерский А. В., Попов Е. П.: Теория систем автоматического регулирования, учебное пособие, М., «Наука», 1966.

3. Воронов А. А.: Основы теории автоматического управления, часть 1, М., «Энергия», 1965.

4. Беляев Н. И., Нагорский В.Д.: Выбор двигателя и редуктора следящих систем, М., «Машиностроение», 1972, с. 216.

5. Мелкозеров П. С. Приводы систем автоматического управления. М., «Энергия, 1966.

6. Васильев Д. В.: Расчет следящего привода, Л. , Судпромгиз, 1958

7. Ивахненко А. Г.: Электроавтоматика, Киев, ГИТЛ УССР, 1954.

8. Рабинович Л. В.: Проектирование следящих систем, М., «Машиностроение», 1969

9. Теория следящих систем. Под ред Джеймса, Никольса, Филипса. М., 1963

10. www.elektropribor.spb.ru

Размещено на Allbest.ru