Презентация "Основы радиолокации и построения ЗРК (ЗРС)" – проект, доклад

Основы радиолокации и построения ЗРК (ЗРС)

Дисциплина

Тема №9

Автоматические системы РЛС

Общие сведения об автоматических системах. Элементы автоматических систем.

Занятие №1

Учебные и воспитательные цели:

Изучить структурную схему САУ и принцип работы ее основных систем. Воспитывать у студентов дисциплинирован-ность и организованность в ходе занятия.

Список литературы:

Карпекин В.Е. «Автоматические системы радиолокационных станций», стр. 4-9, 39-64,109-111 Галлямов А.Р., Ромашкин А.А., Сагула А.И. «Электронные приборы и импульсные устройства РЛС».

Учебные вопросы:

1. Структурная схема САУ, принцип работы ее основных систем. 2. Элементы автоматических систем.

Для реализации данной цели РЛС должны обеспечивать решение следующих частных задач:

- поиск и обнаружение объекта; - взятие его на сопровождение; - сопровождение объекта по угловым координатам и дальности; - выдачу необходимой информации об объекте с требуемым качеством.

Радиолокационные станции (РЛС) используются в качестве технических средств получения информации. Они предназначены для непрерывного, точного определения координат летательных аппаратов, наземных и надводных объектов.

При автоматическом управлении воздействие на управляемые системы осуществляют специальные управляющие устройства, получившие наименование автоматических систем.

Управление может быть ручным или автоматическим.

При ручном управлении на ход процессов, происходящих в отдельных устройствах и в целом РЛС, воздействует непосредственно человек – оператор из состава обслуживающего персонала станции.

сопровождение объектов по угловым координатам и дальности; управление антеннами; стабилизация положения антенн относительно плоскости горизонта; поддержание постоянства несущей частоты передатчика и перестройка его на другие частоты; автоматическая регулировка усиления приемных каналов и т.д.

Автоматические системы используются для выполнения следующих функций:

Структурная схема САУ и принцип работы ее основных систем

Структуры современных автоматических систем характерны своим многообразием, которое выражается в различном количестве и типах функциональных элементов, видов соединений, в особенностях принципов функционирования и конструктивного исполнения.

Структурная схема САУ.

– задающий элемент САУ. Он формирует входное управляющее воздействие и определяет закон изменения выходной величины в динамике работы системы. В автоматических системах РЛС задающее устройство может формировать требуемое значение управляемой величины в виде электрического напряжения (в системах АПЧ), угловых величин в системах управления антеннами и т.д.

2 – измерительный элемент или дискриминатор. Это совокупность чувствительного элемента и устройства сравнения. Элемент сравнения необходим для определения в каждый момент времени соотношения величин x(t) и y(t). В результате сравнения формируется разность, называемая рассогласованием или ошибкой САУ - (t). (t) = x(t) - y(t)

3 - корректирующее устройство. Предназначено для изменения свойств автоматических систем в нужном направлении, то есть преобразования сигнала рассогласования или управления в целях придания системе необходимых динамических свойств.

4 - усилительный элемент. Он необходим для преобразования управляющего воздействия с точки зрения его усиления по амплитуде, мощности.

В САУ РЛС широко применяются - электромашинные, - магнитные, - гидравлические - пневматические усилители.

5 - исполнительное устройство вырабатывает управляющее воздействие, прикладываемое непосредственно к объекту управления в требуемом виде.

В качестве этих элементов могут применяться электродвигатели, электронные схемы, электромеханические устройства (в системах АПЧ передатчика), гидравлические приводы (в системах стабилизации антенны).

6 - объект управления, регулирования. 7, 8 - соответственно главная и местная обратные связи CAP. Местная ОС служит для предания системе требуемых динамических свойств. На объект управления в динамике работы CAP неизбежно влияние как внешних, так и внутренних возмущающих воздействий - F(t). В нашем примере на ракету в процессе ее полета может влиять, например, ветер.

Основные величины, характерные для любой автоматической системы:

x(t) - управляющее воздействие, или задающая, входная величина; y(t) - выходная величина, характеризующая состояние объекта управления; (t) - сигнал рассогласования системы.

Применительно к управлению полетом ЗУР по заданной траектории величину x(t) можно определить как заданное направление полета ЗУР, y(t) - реальное направление полета. Чувствительным элементом является гироскоп ракеты, исполнительным - рулевые машины, сама ЗУР представлена в виде объекта управления.

Вывод:

При всём многообразии автоматических систем, применяемых в современных РЭС, они строятся на общих рассмотренных принципах и характеризуются общими качественными показателями.

Измерительные и преобразующие элементы

Наиболее часто в качестве измерителей и преобразователей в автоматических системах применяются дискриминаторы, сельсинные пары, вращающиеся трансформаторы, тахогенераторы. Дискриминаторы служат для обнаружения рассогласования в системах радиоавтоматики и его преобразования в величину, удобную для последующего усиления. Наиболее часто в АС величиной рассогласования является постоянное или переменное напряжение.

Измерители рассогласования классифицируют по виду входной величины. В соответствии с этим признаком различают: частотные, фазовые, угловые и временные дискриминаторы.

Дискриминаторы с последовательным сравнением сигналов; Дискриминаторы с мгновенным равносигнальным направлением.

Антенна автоматической системы сопровождения по направлению (АСН) с одновременным сравнением сигналов.

В дискриминаторах второй группы системы АСН антенна состоит из отражателя и 4-х излучателей, расположенных симметрично относительно геометрической оси отражателя. Излучатели формируют четыре ДНА. Линия пересечения этих диаграмм, совпадающая с геометрической осью отражателя, является равносигнальным направлением антенны (РСН).

В зависимости от способа формирования РСН угловые дискриминаторы АСН делятся на две группы:

Работа фазового дискриминатора в АСН с одновременным сравнением сигналов суммарно-разностного типа.

В целом ряде систем АСН используется суммарно - разностная обработка отраженных сигналов для определения величины и знака ошибки сопровождения по направлению. Рассмотрим образование сигнала ошибки в дискриминаторе суммарно - разностной системы АСН в какой либо одной плоскости: угломестной или азимутальной.

Если в анализируемой плоскости РСН и ЛВЦ (линия визирования цели) не совпали, то сигналы U1 и U2 не будут равны между собой. С выходов суммарно - разностного волноводного моста М снимаются разностный и суммарный сигналы: U = U1 - U2, U = U1 + U2 В преобразователях частоты, состоящих из смесителей СМ и СМ и общего гетеродина Г, формируются разностное и суммарное напряжения промежуточной частоты U’ и U’. Усиленные в УПЧ и УПЧ соответственно, эти переменные напряжения поступают на вход фазового дискриминатора ФД, причем U’ является опорным напряжением. На выходе ФД формируется постоянное напряжение UФД, величина которого тем больше, чем больше угловое несовпадение РСН и ЛВЦ. Для небольших значений рассогласования функция вида UФД = f() носит линейный характер, где – угол несовпадения ЛВЦ и РСН в данной плоскости.

Сельсинами называются специальные электрические машины переменного тока, предназначенные для работы в следящих системах. Принцип действия сельсина аналогичен принципу действия электродвигателя переменного тока.

Сельсинная пара в трансформаторном режиме.

В трансформаторном режиме пара сельсинов преобразует угловое перемещение ротора в электрический сигнал, снимаемый со статорной обмотки.

В индикаторном режиме положение ротора не фиксировано. Статорные однофазные обмотки подключены к источнику переменного тока. При одинаковом положении роторов по отношению к статорным обмоткам ( = ) индуцируемые в соответствующих роторных обмотках ЭДС равны между собой и противоположны по направлению. Эти ЭДС создаются магнитными потоками статорных обмоток сельсинной пары.

Сельсинная пара в индикаторном режиме.

Широко распространены синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ), у которых магнитные оси вторичных обмоток сдвинуты в пространстве на 90. Это позволяет получить ЭДС во вторичных роторных обмотках, пропорциональные функциям синуса и косинуса от переменного напряжения, подаваемого на вход СКВТ.

Вращающиеся трансформаторы – это электрические машины с неявно выраженными полюсами ротора и статора, на каждом из которых размещаются по две обмотки.

СКВТ предназначены для решения задач поворота координатных осей и преобразования координат, разложения вектора на составляющие в прямоугольной системе координат и наоборот.

Тахогенераторы широко применяются в АС современных РЛС в качестве измерительных и корректирующих элементов.

Тахогенератором (ТГ) называется малогабаритный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, ЭДС на выходных клеммах которого линейно зависит от числа оборотов ротора (якоря).

ТГ является электрическим датчиком, входным сигналом которого служит угловая скорость вала якоря, а выходным – напряжение.

Усилительные элементы автоматических систем РЛС.

Коэффициент усиления по мощности в наиболее часто применяемых двухкаскадных ЭМУ может достигать значения 104. Особенностью конструкции данного типа усилителей является то, что двигатель, вращающий ротор, и сам ЭМУ выполнены, как правило, в единой конструкции.

Электромашинный усилитель (ЭМУ) – это генератор постоянного тока, ротор которого вращается двигателем.

ЭМУ предназначен для усиления маломощных электрических сигналов за счет энергии двигателя, вращающего ротор.

Основным элементом простейшего МУ является дроссель, выполненный из сердечника в виде замкнутого магнитопровода.

Магнитные усилители (МУ) нашли широкое применение в автоматических системах как усилители мощности.

Входными сигналами МУ являются напряжения или токи постоянной величины, выходным – переменный ток.

Достоинства магнитных усилителей:

Немедленная готовность к работе после включения; Высокая устойчивость к вибрациям и изменениям условий эксплуатации; Способность выдерживать значительные электрические перегрузки; Значительно большие коэффициенты усиления сигналов по току и мощности в одном каскаде, чем у электронных усилителей; Способность усиливать весьма малые по мощности (10-1210-16Вт) сигналы; Надежность, большой срок и простота в эксплуатации и обслуживании; Способность преобразовывать сигналы постоянного тока в пропорциональные им сигналы переменного тока без применения дополнительных преобразующих элементов.

Недостатки магнитных усилителей:

Основным недостатком данного усилителя является его инерционность, которая определяется постоянной времени и может достигать при больших коэффициентах усиления значений до секунды и более. Это ухудшает устойчивость и быстродействие автоматических систем.

Исполнительные элементы САУ.

Наиболее часто в качестве исполнительных элементов АС РЛС используются электрические двигатели постоянного и переменного тока. Двигателем постоянного тока называется электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию вращения подвижной части двигателя – ротора. Они обладают свойством обратимости , т.е. способны работать и как электродвигатели, и как генераторы, в которых механическая энергия вращения ротора преобразуется в электрическую энергию постоянного тока.

Двигатели и генераторы состоят из двух основных частей: ротора – вращающейся части двигателя; статора – неподвижной части двигателя.

Принцип действия двигателя постоянного тока основан на вращении проводника с током в виде рамки в магнитном поле. Если по проводнику течет ток, то на него действует пара сил F1 и F2, направление которых определяется по правилу левой руки. Для непрерывного вращения рамки, то есть постоянного действия и неизменной направленности сил F1 и F2, применяются контактные щетки Щ1 и Щ2 и коллекторные полукольца К1 и К2 якоря. Для изменения направления вращения якоря обычно меняется направление тока в якоре.

Принцип действия двигателя постоянного тока.

Основными представителями двигателей переменного тока являются асинхронные (АД) и синхронные (СД) двигатели. Причем последние обладают известным свойством обратимости, то есть могут работать и в качестве двигателей, и в качестве генераторов.

Принцип действия данных двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля, создаваемого в обмотках возбуждения переменными токами. Под действием этого поля начинает вращаться якорь двигателя. Якорь может быть коротко замкнутым или фазным, в котором есть обмотка и контактные кольца. Наиболее часто в качестве АД используются трехфазные двигатели. На полюсах стального статора помещены три обмотки, смещенные одна относительно другой на 120.

Трехфазный асинхронный двигатель.

Рассмотренные элементы автоматических систем РЛС позволяют строить на их основе сложные системы управления разнообразными процессами в современных системах вооружения с требуемыми показателями устойчивости, точности, надежности управления.