Основы построения зенитных ракетных комплексов

ТЕМА №3
Занятие №1
АВТОМАТИКА ЗРК
1. Основные понятия и классификация систем автоматики. Структура и принцип действия систем автоматики.
2. Датчики следящих систем.
3. Системы сопровождения цели по угловым координатам.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И
КЛАСИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
АВТОМАТИКИ.
СТРУКТУРА
И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
СИСТЕМ АВТОМАТИКИ.
Вопрос 1.

Система АУ (САУ) – комплекс устройств, предназначенный для автоматического изменения одного или нескольких параметров объекта управления (ОУ) с целью установления требуемого режима его работы.
Автоматика - это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления, действующих без непосредственного участия человека.
В узком смысле, это совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса.

РАЗОМКНУТАЯ САУ
Источник
воздействия
Промежуточные
устройства
Исполнительные
устройства
Управляемый
объект
Контрольные
приборы
Измерительные
устройства

Под действием задающего воздействия Х, задающий датчик вырабатывает управляющее воздействие U1, которое подается на измерительный элемент ∑. Туда же подается управляющее воздействие U2 через датчик обратной связи.
В измерительном элементе сравниваются управляющие воздействия U1 и U2, в результате неравенства управляющих воздействий U1 и U2 на выходе измерительного элемента появляется управляющее воздействие рассогласования (параметр рассогласования) ∆U, который подается в преобразующий элемент, где при необходимости – преобразуется из одной формы в другую.
СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА
С выхода преобразующего элемента сигнал подается на усилительный элемент, где усиливает по напряжению и мощности (току) и подается на исполнительный элемент. Исполнительный элемент через регулирующий орган объекта управления изменяет положение(состояние) объекта управления
Одновременно с изменением положения(состояния) объекта управления будет изменяться управляемая величина У, а, следовавательно, и управляющее воздействие U2 до тех пор пока управляющее воздействие рассогласования ΔU не будет равно 0 или какому–то определенному значению (статистическая ошибка), при изменении которого будет изменяться положение или состояние объекта управления.
Следящие системы – системы автоматического регулирования, в которых задающее воздействие изменяется по неизвестному заранее закону и для системы является случайной величиной.
Принцип работы следящих систем:

ДАТЧИКИ СЛЕДЯЩИХ
СИСТЕМ
Вопрос 2.

ДАТЧИК – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, электрическое напряжение и т.д.) в сигнал удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

В состав датчика входят:
чувствительный (воспринимающий) элемент;
промежуточный преобразователь (один или несколько).

Характерными видами контролируемых физических величин в ЗРК являются:
угловые перемещения;
угловые скорости перемещения;
линейные ускорения;
другие.

В зависимости от физических принципов чувствительности и преобразования в электрический сигнал датчики можно классифицировать на:
потенциометрические;
электромашинные;
гироскопические;
радиолокационные (радиометрические, оптические).

Схемы включения термопары в измерительную цепь:
а — измерительный прибор 1 подключен соединительными проводами 2 к концам термоэлектродов 3 и 4; б — в разрыв термоэлектрода 4; T1, Т2 — температура «горячего» и «холодного» контактов (спаев) термопары.
Термопара, датчик температуры, состоящий из двух соединённых между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно металлических проводников, реже полупроводников). Действие Т. основано на эффекте Зеебека (см. Термоэлектрические явления). Если контакты (обычно — спаи) проводящих элементов, образующих Т. (их часто называют термоэлектродами), находятся при разных температурах, то в цепи Т. возникает эдс (термоэдс), величина которой однозначно определяется температурой «горячего» и «холодного» контактов и природой материалов, примененных в качестве термоэлектродов.
Т. используются в самых различных диапазонах температур. Так, Т. из золота, легированного железом (2-й термоэлектрод — медь или хромель), перекрывает диапазон 4—270 К, медь — константан 70—800 К, хромель — копель 220—900 К, хромель — алюмель 220—1400 К, платинородий — платина 250—1900 К, вольфрам — рений 300—2800 К. Эдс Т. из металлических проводников обычно лежит в пределах 5—60 мв. Точность определения температуры с их помощью составляет, как правило, несколько К, а у некоторых Т. достигает ~0,01 К. Эдс Т. из полупроводников может быть на порядок выше, но такие Т. отличаются существенной нестабильностью.
Т. применяют в устройствах для измерения температуры (см. Термометрия) и в различных автоматизированных системах управления и контроля. В сочетании с электроизмерительным прибором (милливольтметром, потенциометром и т. п.) Т. образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор подключают либо к концам термоэлектродов (рис., а), либо в разрыв одного из них (рис., б). При измерении температуры один из спаев осязательно термостатируется (обычно при 273 К). В зависимости от конструкции и назначения различают Т.: погруженные и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и т. д. См. также Термоэлемент.

Рещетки тензодатчиков: проволочные — петлевая (а), витковая (б) и с перемычками (в); фольговые — для изменения одной компоненты деформации (г), трех компонент (д) и кольцевых деформаций (е); 1 — проволока; 2 — выводы решетки; 3 — перемычки; S — база датчика.
Тензодатчик, измерительный преобразователь деформации твёрдого тела, вызываемой механическими напряжениями, в сигнал (обычно электрический), предназначенный для последующей передачи, преобразования и регистрации. Наибольшее распространение получили Т. сопротивления, выполненные на базе тензорезисторов (ТР), действие которых основано на их свойстве изменять под влиянием деформации (растяжения или сжатия) своё электрическое сопротивление (см. Тензорезистивный эффект). Конструктивно ТР представляет собой либо решётку (рис. 1), изготовленную из проволоки или фольги (из константана, нихрома, различных сплавов на основе Ni, Mo, Pt), либо пластинку из полупроводника, например, Si. ТР механически жестко соединяют (например, приклеивают, приваривают) с упругим элементом

Схематическое изображение фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К — фотокатод; А — анод; Ф — световой поток; n и p — области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е — источник постоянного тока, служащий для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего фотоэлектроны; Rн — нагрузка; пунктирной линией обозначен р — n-переход.
Фотоэлемент, электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс (фотоэдс) или электрический ток (фототок).
Действие Ф. основывается на фотоэлектронной эмиссии или
внутреннем. фотоэффекте
Ф., действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами – фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Ф. в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Ф. в результате ионизации газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах фототок усиливается. Наиболее распространены Ф. с сурьмяно-цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

ДВУХСТЕПЕННЫЙ ГИРОСКОП с противодействующей пружиной, вязкостным
демпфером и стрелочным индикатором угловой скорости (вязкостный демпфер служит
только для успокоения колебаний). 1 – корпус; 2 – пружины; 3 – вязкостный демпфер;
4 – рамка; 5 – ротор; 6 – указатель выходного угла рамки j.

АВИАЦИОННЫЙ ГИРОУКАЗАТЕЛЬ КУРСА с воздушным приводом.
Пример применения трехстепенного гироскопа. Арретир служит для удержания оси
собственного вращения ротора в горизонтальном положении при вводе азимута по шкале.
1 – основание; 2 – зубчатое колесо синхронизатора; 3 – ручка арретира; 4 – арретир;
5 – шкала азимута; 6 – воздушное сопло; 7 – наружная рамка; 8 – ротор; 9 – корпус;
10 – полуось наружной рамки с фиксаторной гайкой; 11 – внутренняя рамка.

УКАЗАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ – авиационный прибор с двухстепенным
гироскопом. 1 – регулировка противодействующей пружины; 2 – ось собственного
вращения ротора; 3 – рамка; 4 – корпус; 5 – ротор; 6 – воздушное сопло;
7 – турбинный обод ротора; 8 – демпфер рамки; 9 – стрелка; 10 – шкала;
11 – указывающая система; 12 – противодействующая пружина.

ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ГИРОДАТЧИК двухстепенного типа. Пространство между
стаканом поплавка и корпусом заполнено жидкостью. 1 – корпус; 2 – балансировочные
гайки; 3 – балансировочные вилки; 4 – подшипник рамки; 5 – якорь датчика момента;
6 – статор датчика момента; 7 – стакан поплавкового гироузла; 8 – гиромотор;
9 – демпферный зазор; 10 – рамка; 11 – индукционный датчик угла; 12 – подшипник рамки.

1. Видимые свойства гироскопа.

СИСТЕМЫ СОПРОВОЖДЕНИЯ
ЦЕЛИ
ПО УГЛОВЫМ КООРДИНАТАМ
Вопрос 3.

Волноводный
тракт
Облучатель
Двигатель
облучателя
Передающая
система
Смеситель –
преобразователь
ГОН
ИД
по β
Усилитель
мощности
АВС
Приемная система
Структурная схема
следящей системы сопровождения цели антенной РЛС
по угловым координатам
(упрощенная).
ИД по β – исполнительный двигатель привода антенны по азимуту;
ГОН – генератор опорных напряжений;
АВС – антенно-волноводная система.
U оп β
U С.О. β
U оп ε
РСН

Катушка
коррекции
Катушка
вращения
Амплитудный
детектор
Усилитель
сигнала
коррекции
Преобразовательно –
усилительный элемент
СТА ТОР
Оптическая
система
Модулир. система
Структурная схема
следящей системы ГСН ЗУР с пассивным самонаведением
по угловым координатам
(упрощенная).
РОТОР
U вращ.
ОБТЕКАТЕЛЬ