Высокоточная информационно-измерительная система стабилизации и наведения оптической линии визирования с электроприводами постоянного и переменного тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Кожеуров, Максим Александрович

• Кожеуров, Максим Александрович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кожеуров, Максим Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА И КИНЕМАТИКА ДВУХОСНОЙ СОВМЕЩЕННОЙ ИИССИН

1.1. Российские и зарубежные ИИССиН, применяемые в обзорно-прицельных комплексах

1.2. Принципиальная схема двухосной совмещенной ИИССиН

1.3. Геометрия и кинематика двухосных совмещенных ИИССиН на качающемся основании

1.3.1. Кинематические уравнения качки ЛА

1.3.2. Кинематические уравнения наведения ОЛВ

1.4. Влияние качки основания на угловые скорости наведения ОЛВ

1.5. Порядок поворота системы координат, связанной с ЗЛВ. Кинематические уравнения ЗЛВ

1.6. Структурные схемы кинематики высокоточной ИИССиН

1.7. Выводы по главе 1

2. ДИНАМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОЙ ИИССиН НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВАНИИ

2.1. Уравнения движения двухосного карданова подвеса ИИССиН

2.2. Уравнения исполнительных двигателей ИИССиН

2.2.1. Уравнения двигателя постоянного тока

2.2.2. Уравнения двигателя переменного тока

2.3. Динамические модели высокоточной ИИССиН

2.3.1. Уравнения движения высокоточной ИИССиН с двигателями постоянного тока

2.3.2. Уравнения движения высокоточной ИИССиН с двигателями переменного тока

2.4. Выводы по главе 2

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДВУХОСНЫХ ВЫСОКОТОЧНЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ

3.1. Определение моментов сил, действующих по осям двухосного карданова подвеса высокоточной ИИССиН

3.2. Структурные схемы электроприводов

3.2.1. Структурная схема электропривода постоянного тока

3.2.2. Структурная схема электропривода переменного тока

3.3. Структурные схемы двухосных высокоточных ИИССиН

3.4. Исследование динамики ИИССиН в режиме стабилизации ОЛВ

3.5. Исследование динамики ИИССиН в режиме наведения ОЛВ

3.6. Выводы по главе 3

4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ НАВЕДЕНИЯ СОВМЕЩЕННЫХ ИИССиН

4.1. Использование последовательно-параллельной коррекции в совмещенных ИИССиН

4.2. Совмещенные ИИССиН с подчиненным регулированием

4.3. Компенсация отклонения от задающего воздействия в совмещенных ИИССиН

4.4. Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1

Приложение 2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АМД - асинхронный моментный датчик

АЭП - асинхронный электрический привод

ВАК - высшая аттестационная комиссия

ГУ - гироскопическое устройство

ГС - гироскопический стабилизатор

ДМ - датчик момента

ДПТ - двигатель постоянного тока

ДУС - датчик угловой скорости

ЗЛВ - задающая линия визирования

ИИССиН - информационно-измерительная система стабилизации и наведения

ЛА - летательный аппарат

НПО - научно-производственная организация

ОАО - открытое акционерное общество

ОВ - ось визирования

ОЛВ - оптическая линия визирования

ОС - обратная связь

ПАО - публичное акционерное общество

ПИ - пропорционально-интегральный

ПИД - пропорционально-интегро-дифференциальный

ПК - преобразователь координат

ПО - подвижный объект

РЛС - радиолокационная станция

СК - система координат

ЭП - электрический привод

ФПУ - фотоприемное устройство

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокоточная информационно-измерительная система стабилизации и наведения оптической линии визирования с электроприводами постоянного и переменного тока»

ВВЕДЕНИЕ

Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) используются на морских, воздушных и сухопутных подвижных объектах (ПО) для получения информации об угловых параметрах движения оси визирования (ОВ). Они входят в состав обзорно-прицельных комплексов наведения и представляют собой электромеханические устройства автоматического управления, совмещающие функции гироскопической стабилизации качки основания и систем слежения за движущимися объектами. В качестве полезной нагрузки в ИИССиН обычно используются оптические и теплови-зионные камеры, лазеры, радары, а также отдельные элементы этих приборов: зеркала, линзы, клинья, антенны. Для механической стабилизации ОВ применят электрические приводы (ЭП), осуществляющие движение рам кар-данова подвеса, несущего полезную нагрузку таким образом, чтобы абсолютные угловые скорости и углы поворота ОВ были равны заданным. Для измерения абсолютных угловых скоростей и углов поворота ОВ в контурах обратных связей ИИССиН используют гироскопические чувствительные элементы. ИИССиН выполняет две функции. Моделирует систему координат, связанную с ОВ и измеряют абсолютные угловые скорости и углы пеленга ОВ относительно ПО. От погрешности определения выходной информации в виде углов и угловых скоростей ОВ в значительной мере зависит точность всего обзорно-прицельного комплекса [1, 4, 47, 55].

В настоящее время в России ПО «Уральский оптико-механический завод» (г. Екатеринбург), ОАО «НПО «Карат» (г. Санкт- Петербург), Красногорский завод им. С. А. Зверева, ОАО «Пергам-Инжиниринг» (г. Москва), ФГУП НИИ прикладной механики им. Академика в. И. Кузнецова (г. Москва), ГУП НПЦАП (г. Москва), ОАО «Холдинговая компания «Ак Барс» (г. Казань), «Вологодский оптико-механический завод», в Белоруссии - ОАО «Пеленг» и БелОМО им. С.И. Вавилова (г. Минск) и другие предприятия предлагают различные высокотехнологичные гиростабилизированные при-

боры и системы. Их продукция связана с гироскопической стабилизацией, оптическими системами, лазерными системами. Выполняя гражданские и оборонные заказы, эти предприятия создают ИИССиН оптической линии визирования (ОЛВ), соответствующие современным техническим требованиям.

За рубежом разработкой и производством подобных систем занимаются Cineflex, FLIR Systems Inc., McDonnel Douglas, HMC Helicopters Services, Rockwell International Corp., United Space Alliance (США), TRT, SFIM (Франция), DST CONTROL AB (Швеция), GEC Avionics (Великобритания), Somag, Carl Zeiss, Rodenstock GmbH (Германия).

Разработанные устройства в большей части имеют двух или трехосные кардановы подвесы. В качестве гироскопических датчиков применяются двухстепенные и трехстепенные гироскопы. ЭП построены на низкоскоростных двигателях постоянного и переменного тока, которые работают в режиме датчиков момента. С целью уменьшения габаритов устройства стабилизацию качки ПО и наведение ОЛВ осуществляют по одним и тем же осям кар-данова подвеса, совмещая в ЭП функции стабилизации и наведения. В дальнейшем такие системы будем называть совмещенными ИИССиН.

Существующие публикации, посвященные исследованию совмещенных систем с двухосным кардановым подвесом, не достаточно полно отражают вопросы математического описания, анализа и синтеза структуры и параметров ИИССиН с целью обеспечения высокой точности наведения ОВ с учетом стабилизации качки ПО. Обычно режимы стабилизации и наведения ИИССиН рассматривают отдельно по упрощенным математическим моделям, поэтому полученные результаты нуждаются в уточнении средствами моделирования и экспериментальными исследованиями, что усложняет процесс проектирования и увеличивает его длительность. При этом исследования динамических погрешностей, совмещенных ИИССиН на подвижном основании, проводят при постоянных углах поворота рам карданова подвеса и без учета электромагнитных процессов, протекающих в ЭП.

В прецизионных ИИССиН переменные составляющие угловых скоростей и ускорений рам карданова подвеса, вызванные качкой основания, создают дополнительные возмущающие моменты, компенсацию которых должны обеспечивать ЭП, однако, методик и формул для расчета погрешностей, имеющих целью повышение точности совмещенных систем стабилизации и наведения при переменных возмущающих моментах с учетом электромагнитных процессов, протекающих в ЭП, на данный момент не существует.

Таким образом, задача разработки математических моделей ИИССиН с учетом электромагнитных процессов, протекающих в ЭП при переменных углах поворота рам карданова подвеса, и исследования на их основе погрешностей стабилизации и наведения ОЛВ, а также способов повышения точности ИИССиН при наведении ОЛВ с ПО является актуальной и в целом пока еще не решена.

Объектом исследования диссертационной работы является высокоточная совмещенная ИИССиН с двухосным кардановым подвесом, гироскопическими датчиками угловых скоростей (ДУС) и ЭП постоянного и переменного тока, предназначенная для стабилизации и наведения ОЛВ и выдачи информации об углах пеленга и угловых скоростях ОЛВ в систему управления летательного аппарата (ЛА).

Предметом исследования является разработка математических моделей высокоточной совмещенной ИИССиН с учетом динамики ДУС и электромагнитных процессов, протекающих в ЭП постоянного и переменного тока, и проведение на их основе анализа динамических погрешностей стабилизации и наведения ОЛВ при переменных углах пеленга задающей линии визирования (ЗЛВ), а также динамического синтеза, направленного на уменьшение этих погрешностей.

Целью работы является повышение точности определения углов поворота ОЛВ с помощью двухосной совмещенной ИИССиН за счет улучшения динамических процессов, протекающих в контурах регулирования ЭП, стабилизации и наведения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Получены уравнения кинематики, структурные схемы и аналитические зависимости, определяющие влияние и качки ЛА и наведения ОЛВ на угловые скорости, ускорения и углы пеленга ЗЛВ.

2. Разработаны математические модели движения совмещенной ИИС-СиН для угловой скорости, погрешности и пеленга ОЛВ, учитывающие уравнения кинематики ЗЛВ, динамики ДУС и электромагнитных процессов в ЭП постоянного и переменного тока.

3. Определены возмущающие моменты в осях двухосного карданова подвеса совмещенной ИИССиН, вызванные качкой ЛА и наведением ОЛВ для моделей по угловой скорости, погрешности и пеленгу ОЛВ.

4. Проведен анализ и получены выражения для погрешности стабилизации и наведения ОЛВ от действия возмущающих моментов с учетом динамики ДУС и ЭП постоянного и переменного тока.

5. Предложены методы динамического синтеза с подчиненным регулированием и косвенным измерением задающего воздействия для совмещенных ИИССиН с учетом динамики ДУС и ЭП, направленные на уменьшение погрешности стабилизации и наведения ОЛВ.

Методы исследований. Методологической и теоретической основой работы послужили теория гироскопических систем, теория автоматического управления, теория оптических систем, теоретическая механика. Для решения поставленных задач использовались матричные методы, методы преобразований Лапласа, методы решения дифференциальных уравнений, методы компьютерного моделирования.

Теоретические предпосылки к разработке подобных систем были созданы трудами отечественных ученых: Ишлинским А.Ю., Пельпором Д.С., Ривкиным С.С., Северовым Л.А., Фабрикантом Е.А., Неусыпиным А.К., Родионовым В.И. и др.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложен порядок поворотов системы координат, связанной с ЗЛВ,

8

для различных вариантов расположения двухосного карданова подвеса на ЛА, который в отличие от других позволяет использовать кинематические уравнения ЗЛВ в качестве первого приближения при исследовании динамики совмещенных ИИССиН при переменных углах поворотов рам карданова подвесов;

- получены дифференциальные уравнения первого приближения, определяющие динамику высокоточной совмещенной ИИССиН, отличающиеся от известных учетом кинематики ЗЛВ, динамики ДУС и электромагнитных процессов, протекающих в ЭП постоянного и переменного тока;

- проведен анализ и получены выражения для возмущающих моментов ИИССиН с учетом кинематики ЗЛВ, используемые в моделях для абсолютной угловой скорости, погрешности и пеленга ОЛВ;

- проведен анализ и получены выражения для погрешности высокоточных совмещенных ИИССиН от действия возмущающих моментов с учетом кинематики ЗЛВ, динамики ДУС и электромагнитных процессов, протекающих в ЭП постоянного и переменного тока;

- впервые предложены методы подчиненного регулирования и косвенного измерения задающего воздействия для совмещенных ИИССиН с ДУС и ЭП постоянного и переменного тока, позволяющие повысить точность определения углов поворотов ОЛВ.

Положения, выносимые на защиту.

1. Кинематические уравнения, структурные схемы и аналитические зависимости для углов поворота ЗЛВ двухосных высокоточных совмещенных ИИССиН, полученные с учетом предложенного порядка поворотов системы координат, связанной с ЗЛВ.

2. Математические модели движения двухосной совмещенной ИИССиН, учитывающие кинематику ЗЛВ, динамику ДУС и ЭП постоянного и переменного тока.

3. Выражения для определения возмущающих моментов, полученные с

учетом кинематики ЗЛВ для математических моделей ИИССиН, определяю-

9

щих угловую скорость, погрешность и пеленг ОЛВ.

4. Результаты исследования динамики двухосной совмещенной ИИС-СиН на подвижном ЛА с учетом кинематики ЗЛВ, динамики ДУС и ЭП постоянного и переменного тока.

5. Динамический синтез совмещенной ИИССиН, основанный на методе подчиненного регулирования и косвенного измерения задающего воздействия, направленный на уменьшение погрешности стабилизации и наведения ОЛВ.

Достоверность теоретических положений и результатов исследования подтверждены математическим моделированием ИИССиН с использованием пакета Ма1:ЬаЬ (81ши1тк).

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанное математическое описание, структурные схемы, аналитические зависимости и методы повышения точности позволяют сократить время и затраты на проектирование высокоточных совмещенных ИИССиН с ЭП постоянного и переменного тока.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: XXIV Международная научно-практическая Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы науки», г. Москва, 2015 г., XXIV Международная научно-практическая конференция «наука в современном мире», г. Москва, 2015 г.

Реализация и внедрение результатов. Научные положения и результаты исследований диссертации реализованы в учебных дисциплинах «Общая и прикладная теория автоматического управления» и «Автоматизированный электропривод» при подготовке бакалавров и магистров по направлениям 24.03.02 и 13.04.02. Акты внедрения приводятся в приложении Б.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 2 публикации в материалах

Всероссийских и Международных конференций.

10

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и включает 133 страницы машинописного основного текста с 59 рисунками, список литературы из 103 наименований на 9 страницах и приложения на 8 страницах. Отдельные выводы и рекомендации даны в каждом разделе, основные теоретические и практические результаты - в заключении диссертации. В приложении помещены акт внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс, программы и схемы численного моделирования ИИССиН на компьютере.

В первой главе проведен краткий обзор ИИССиН, применяемых в обзорно-прицельных комплексах, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью. Описываются методы стабилизации и наведения ОЛВ, а также разновидности гиростабилизаторов, применяемых в ИИССиН. Рассматриваются четыре принципиальные схемы двухосной ИИССиН, для которых представлены кинематические уравнения и получены структурные схемы кинематики ИИССиН, определяющие угловые скорости, ускорения и углы пеленга ЗЛВ. Проведено исследование, подтверждающее возможность использования линеаризованной модели кинематики ЗЛВ в режимах стабилизации и наведения ОЛВ.

Во второй главе разработаны математические модели двухосных ИИССиН, для абсолютных угловых скоростей, углов пеленга ОЛВ и погрешностей стабилизации и наведения, позволяющие исследовать динамику ИИССиН, используя результаты анализа кинематики ЗЛВ. Математические модели учитывают электродинамические процессы, протекающие в двигателях постоянного тока и асинхронных трехфазных двигателях, а также механические процессы в гироскопических датчиках угловых скоростей.

В третьей главе проведено исследование устойчивости, собственных колебаний и вынужденного движения двухосной ИИССиН с учетом электродинамических процессов, протекающих в электроприводах постоянного и переменного тока, а также механических процессов в датчиках угловых скоростей. Получены упрощенные уравнения движения и структурные схемы

11

двухосной ИИССиН, позволяющие исследовать угловую скорость, пеленг и погрешность ОЛВ в режимах стабилизации и наведения по азимутальному каналу при переменном пеленге ЗЛВ.

В четвертой главе проведен синтез совмещенной ИИССиН, построенной на датчике угловой скорости, с последовательно-параллельной коррекцией, с подчиненным регулированием и с селективным контуром наведения, позволяющие повышать точность стабилизации и наведения ОЛВ.

В заключении приведены основные научные выводы, полученные в диссертации.

В приложении помещены схемы численного моделирования ИИССиН в среде Ма1ЪаЬ и акт внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс Тульского государственного университета.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА И КИНЕМАТИКА ДВУХОСНОЙ СОВМЕЩЕННОЙ ИИССИН

Современные оптико-электронные обзорно-прицельные комплексы, установленные на воздушных, наземных и надводных объектах, выполняют поиск, распознавание и определение дальности до цели на расстоянии, более 12 км в любое время суток [5, 17, 93]. Процесс наблюдения удаленных объектов с подвижного основания требует решения задачи стабилизации и наведения ОЛВ прибора наблюдения относительно выбранной системы координат [6, 12, 15, 16, 24, 58, 86].

1.1. Российские и зарубежные ИИССиН, применяемые в обзорно-прицельных комплексах

В России на международном аэрокосмическом салоне МАКС-2003 были продемонстрированы перспективные вертолеты Ми-24ПН, Ми-24ПК-2, имеющие обзорно-прицельные системы ОПС-24Н и ГОЭС-342, которые обеспечивают управление ОЛВ в диапазоне углов обзора по азимуту ± 60°, по углу места до +30° (вверх) и - 80° (вниз) [67]. Продемонстрирована также модификация истребителя МиГ-29СМТ, оснащенная современным комплексом, включающим в свой состав РЛС «Жук-МЭ» и оптико-электронную прицельную систему, зона обзора которой увеличена до ±85° по азимуту и +60°... - 40° по углу места [67].

Ведущим Российским производителем оптоволокна и различных оптических деталей и приборов является холдинг «Швабе». Компания проводит исследования и разработку уникальных по своим характеристикам и возможностям оптико-электронных комплексов и систем. Холдинг объединяет около 20 ведущих предприятий и заводов в России, таких как АО «Национальный центр лазерных систем и комплексов «Астрофизика» (Москва), АО «Вологодский оптико-механический завод», АО «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (Санкт-Петербург), АО «Производственное объединение «Уральский оптико-механический завод»

им. Э.С. Яламова» (Екатеринбург), ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» (Московская обл.) и др. В их производственной линейке представлены приборы для визуального наблюдения, комплексы приема спутникового и стационарного телевидения, гиростабилизированные РЛС антенны и системы стабилизации оптического изображения. Эти предприятия разрабатывают и изготавливают ИИССиН ОЛВ, соответствующие современным мировым образцам [9, 21, 41, 49, 60].

На российских боевых вертолетах и самолетах широко применяются уже зарекомендовавшие себя на практике системы стабилизации оптического изображения, выпускаемые на АО «Производственное объединение «Уральский оптико-механический завод им. Яламова» (ПО «УОМЗ»). На заводе разработан широкий класс устройств, у которых стабилизация и наведение осуществляется за счет управления всем блоком, содержащим оптическую, тепловизионную и лазерную аппаратуру. Для этого гироскопический блок с аппаратурой устанавливается в двухосный или трехосный карданов подвес. Для повышения точности и обеспечения требуемого диапазона углов наведения используется также четырехосный карданов подвес.

В таблице 1. 1 . приведены ориентировочные технические характеристики некоторых гироскопических систем стабилизации и наведения, изготовленных в разное время на «ПО «УОМЗ» [21, 49, 67].

На рисунке 1.1 приведены фотографии двухканальной гиростабилизи-рованной оптико-электронной системы ГОЭС-321М, которая установлена на модернизированных транспортно-боевых вертолетах Ми-8МТКО и четырех-канальной ГОЭС-342, входящей в состав обзорно-прицельной системы ОПС-24Н модернизированных боевых вертолетов Ми-24ВК/ПК [49].

В настоящее время ОАО «НПО «Карат» (г. Санкт- Петербург) предлагает различные высокотехнологичные гиростабилизированные приборы и системы, такие как «Ланнер-А» и «Сфера-02», представляющие собой автономные оптико-электронные приборы наблюдения (рисунок 1.2) [99].

Таблица 1.1

Тип Точность стабилизации, угл. мин. Скорости наведения, град/с Углы обзора, град. угол места (азимут) Масса, кг, габариты, мм Количество каналов

ГС-1 3 - ± 60 (±120) 120, сфера 0 700 три

ГС-2 3 - ± 60 (±120) 45, сфера 0300 три

ГОЭ С 330 5 60 + 45... -115 (±235) 56 460 х 460 х 613 три

СОН -122 - 0,02.. ... 45 + 20... - 90 (±190) 51, 340 х 340 х 400 четыре

Рисунок 1.1. Вертолетные гироскопические оптико-электронные системы

ГОЭС-321М и ГОЭС-342 15

Прибор «Ланнер-А» является системой авиационного базирования для дозвуковой авиации и предназначен для круглосуточного и всепогодного обзора нижней полусферы (наблюдения за наземными и надводными объектами) посредством телевизионного и тепловизионного каналов.

Прибор «Сфера-02» - автономный гиростабилизированный оптико-электронный прибор наблюдения верхней полусферы. Прибор является системой палубного базирования и предназначен для круглосуточного и всепогодного наблюдения за береговым, надводным и воздушным пространством посредством телевизионного и тепловизионного каналов. Основные технические характеристики прибора «Сфера-02» приведены в таблице 1.2 [99].

Не утратили своей актуальности и высокоточные ИИССиН изображения, где стабилизация ОЛВ осуществляется за счет стабилизации оптического элемента, чаще всего плоского зеркала. В настоящее время они широко используются в танковых прицелах и перископах подводных лодок [63, 64, 68].

Таблица 1.2

Зона обзора а) по курсовому углу б) по углу места ± 180 угл.град -20 — +80 угл.град

Максимальная скорость разворота линии визирования 60 угл.град./с

Точность наведения и стабилизации оси визирования на объект не хуже 1 угл.мин

Среднеквадратическое значение погрешности измерения угловых координат не более 1 угл.мин

Потребляемая мощность от сети ~27В, 50Гц (без опций) 0,2 - 0,5 кВт

Масса не более 140 кг

Рисунок 1.2. Вертолетный и палубный приборы наблюдения «Ланнер-А» и «Сфера-02»

Например, публичное акционерное общество (ПАО) «Красногорский завод им. С.А. Зверева» выпускает танковый комбинированный командный наблюдательно-прицельный комплекс «Агат-МДТ» и танковый тепловизи-онный комплекс «Ирбис-К» (рисунок 1.3), имеющие в своем составе системы стабилизации и наведения ОЛВ. В этих прицелах стабилизация ОЛВ обеспечивается за счёт головного зеркала.

Рисунок 1.3. Танковые гиростабилизированные прицельные комплексы

«Агат-МДТ» и «Ирбис-К»

Характеристики гиростабилизаторов зеркала танковых прицельных комплексов Красногорского завода приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Тип при- Точность Количеств Углы наведения, Даль-

цельного стабилизации, осей ста- град ность,

комплекса угл. мин. билизации м

Агат-МДТ 1 одна - 4000

горизонтального

Ирбис-К 0,5 две -8...+8 вертикального -18...+23 3300

В Республике Беларусь ведущим предприятием по разработке и производству оптоэлектронной продукции является ОАО «Пеленг». Многоканальный прицел наводчика «Сосна-У» имеет дневной и тепловизионный каналы с дальностью обнаружения до 5 км., лазерный дальномер и канал управления ракетой. Двухосная гироскопическая стабилизация поля зрения осуществляется головным зеркалом. Наиболее успешными разработками ОАО «Пеленг» стали тепловизионные прицелы наводчика «Эсса» (для Т-90С), «Плиса» (для Т-80У), «Эсса-72» (для Т-72) и «Весна-К» (для БМП-3). (рисунок 1.4) [64].

Работы по созданию тепловизионных приборов проводились в тесном взаимодействии с французской компанией THALES [38]. В настоящее время ОАО «Пеленг» совместно с Вологодским оптико-механическим заводом организовало производство и поставку этих прицелов для Российской Федерации.

Системы стабилизации производства Белорусского оптико-механического объединения (БелОМО) предназначены для дистанционного обзора земной поверхности с беспилотного летательного аппарата.

Рисунок 1.4. Прицелы наводчика «Сосна-У» и «Эсса»

Их технические характеристики приведены в таблице 1.4. Точность стабилизации определялась при синусоидальной пространственной качке с максимальной скоростью 6,28 град / сек и ускорением 40 град / сек2.

Таблица 1.4

Точность стабилизации 0,4°

Точность в режиме наведения 0,05°

Углы прокачки ОЛВ ± зо° по азимуту и углу места

Скорость наведения ОЛВ ± (0,02...3,5) град/с

Массогабаритные характеристики 15 кг, 0 180 х 600 мм

За рубежом разработкой и производством ИИССиН, предназначенных для установки на ЛА, занимаются как крупные фирмы, работающие в интересах вооруженных сил - McDonnel Douglass, Rockwell International Corp., (США), SFIM (Франция), Carl Zeiss (Германия), так и менее известные [100, 101, 102, 103]. Характеристики вертолетных систем представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Тип Точность угл. сек. Скорости наведения, град/с Углы обзора, град., угол места (азимут) Масса, кг, (габариты, мм) Количество осей стабилизации

MMS/ McDonnel Douglass (США) 412 - ± 30 (±190) 72,5 (0 642) две

Athos/SFIM (Франция) 20 12 + 28... - 20 (±118) 8,8 зеркало

CHLIO/TRT (Франция) 30 + 25... - 70 (±120) 8,0 две

TICM II / GEC Avionics (Великобритания) 412 - - 15 (0 280 х 470) две

GyroCam 360 HMC Helicopters Services (США) - 60 + 20... -110 (±360) 32 (0 381 х 528) пятиос-ный карданов подвес

ULTRA 3000 FLIR Systems Inc. (США) - 60 + 40... -110 (±360) 15 ( 0 251х376), две

Фирма DST CONTROL AB (Швеция) выпускает гиростабилизирован-ные микроподвесы OTUS-U135, OTUS-L170 и др., одни из самых малоразмерных двухосных подвесов телекамер SONY типа FCB-EX20DP или подобного размера тепловизионных камер. Они снабжены широкополосными датчиками момента, осуществляюшим стабилизацию и наведение оси визирова-

ния камеры и трехосным микромеханическим инерциальным измерительным блоком, смонтированным непосредственно на оптической установке. Погрешность стабилизации составляет менее 0,1 мрад.

Многообразие принципиальных решений, положенных в основу построения систем оптического наблюдения, может быть классифицировано по следующим основным признакам [61,70, 77]:

- методу стабилизации (косвенный, непосредственный);

- типу гиростабилизатора (непосредственный, силовой, индикаторный);

- количеству осей стабилизации (двухосные, трехосные, четырехосные);

- виду подвеса (внутренний, наружный, смешанный);

- ориентации осей подвеса и др.

Косвенный метод стабилизации применяется обычно для крупногабаритных приборов наблюдения. При этом гироскопические устройства (ГУ) располагаются на ПО и выдают информацию об углах и угловых скоростях качки ПО. Оптический прибор и его фотоприемное устройство (ФПУ) размещаются в кардановом подвесе, установленным на ПО. Для пересчета углов поворота ФПУ в систему координат, связанную с ПО, необходимо использовать преобразователи координат (ПК).

Для малогабаритных оптических приборов и приборов среднего размера применяется непосредственный метод стабилизации. Он заключается в установке оптического прибора в карданов подвес, изолирующий их от качки ПО. При этом наведение ОЛВ может осуществляться с помощью ЭП двумя способами:

1) по азимуту и углу места относительно горизонтально стабилизированной платформы, установленной на ПО;

2) по азимуту и углу места относительно ПО;

Второй способ стабилизации и наведения ОЛВ называют совмещённым способом управления [28, 71, 72], а реализующие его системы - совмещенными системами стабилизации и наведения. В совмещенных ИИССиН

ГУ и ФПУ располагают в одном кардановом подвесе. ЭП совмещенных

21

ИИССиН работают в режимах стабилизации ОЛВ, наведения и сопровождения наблюдаемых объектов.

Непосредственные гиростабилизаторы (ГС) используют гироскопические моменты в качестве моментов стабилизации и наведения, поэтому их часто называют гироскопическими приводами [53]. Масса и моменты инерции ротора гироскопа должны быть значительными, чтобы создавать необходимый момент гироскопической стабилизации, поэтому его наведение с большими угловыми скоростями становится затруднительным, так как требуются значительные управляющие моменты от электродвигателей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кожеуров, Максим Александрович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авиационные средства наблюдения за наземными целями. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Вооруженные силы и военно-промышленный потенциал. - 2002. - №3. -С. 38-43.

2. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д.Н. Есь-ков, Ю.П. Ларионов, В.А. Новиков и др.-Л.: Машиностроение, 1998. - 240 с.

3. Александров А.Д. Индикаторные гироскопические платформы. -М.: Машиностроение, 1979. - 375 с.

4. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 295 с.

5. Афинов В. Авиационные оптоэлектронные средства разведки наземных целей. // Зарубежное военное обозрение. - 2003. - №4. - С. 44-47.

6. Бабаев А.А. Стабилизация оптических приборов. - Л.: Машиностроение, 1975. -192 с.

7. Бабичев В. И. Области применения и особенности бортовых гиро-приборов управляемых ЛА ракетно-артиллерийских комплексов // Оборонная техника. - 1994. - № 5-6. - С. 5-6.

8. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский М.Г. Управление электроприводами. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

9. Белозеров А.Ф. Современные зарубежные тепловизионные приборы. / А.Ф. Белозеров, В.М. Иванов //Оптический журнал. - 2003. - Т. 70. -№10. - С. 62-71.

10. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975. - 768 с.

11. Бесекерский В. А., Фабрикант Е. А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. - Л.: Судостроение, 1968. -351 с.

12. Бельский А. Оптико-электронные и лазерные системы в современ-

ных и перспективных комплексах бортового оборудования вертолетов // Фотоника. № 6, 2012. - С. 26-31.

13. Боровиков М.А. Расчет быстродействующих систем автоматизированного электропривода и автоматики. - Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1980, 389 с.

14. Бурулько Л. К., Глазычев А. В. Динамика электроприводов ЛА: учеб. пособие. - Томск: Изд-во ТПИ, 2003. - 127 с.

15. Волков В.Г. Авиационные приборы ночного видения. // Специальная техника. - 2006. - №4. - С. 2-12.

16. Волков В.Г. Корабельные приборы ночного видения. / В.Г. Волков // Специальная техника. - 2006. - № 1. - С. 2-8.

17. Волков В.Г. Вертолётные оптико-электронные системы наблюдения и разведки. // Специальная техника. - 2001. - № 3. - С. 2-10.

18. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М.: Наука, 1967. - 576 с.

19. Герман-Галкин С.Г. Ма1:ЬаЬ & 81шиНпк. Проектирование мехатрон-ных систем на ПК. - СПб.: КОРОНА-Век, 2008.

20. Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем. Ч.2. Гироскопические стабилизаторы / Под ред. Д. С. Пельпора. М.: Высшая школа, 1977. - 223 с.

21. Гиростабилизированные системы нового поколения. ПО УОМЗ. Екатеринбург, 2000.

22. Горовиц А. М. Синтез систем с обратной связью / Под ред. М.В. Меерова. - М.: Сов. радио, 1970. - 600 с.

23. Диткин В.А., Прудников А.П. Справочник по операционному исчислению. - М.: Высшая школа, 1965. - 467 с.

24. Еськов Д.Н., Степин Ю.А., Горопин В.А. Методы и средства стабилизации оптического изображения // Оптико-механическая промышленность. - 1982. - № 1. - С. 25-30.

25. Журавлев Л.Д., Фабрикант Е.А. Динамика систем сопровождения на подвижном основании. Обзорно-аналитическая информация. - Л.: Изд-во ЦНИИ «Румб», 1983. - 93 с.

26. Заде Л., Дезоер Ч. Теория линейных систем. - М.: Наука, 1970. -

703с.

27. Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. М.: Наука, 1976. - 671 с.

28. Карпов В. К. Принципы построения и оптимальный синтез гироскопических систем, работающих в совмещенных режимах // Изв. ВУЗов. Приборостроение. - 1990.- № 1. С. 54-58.

29. Карпов В.К., Родионов В.И. Теория гироскопов и гиростабилизато-ров. Способы повышения точности гироскопических систем наведения: Учеб. пособие. - Тула: ТулПИ, 1983. - 84 с.

30. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Сравнительный анализ кинематики двухосных систем стабилизации и наведения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5: в 2-х ч. Ч.2.Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С.313-319.

31. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Влияние динамики гироскопа и электропривода на погрешность стабилизации систем наведения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5: в 2-х ч. Ч.2.Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 320-329.

32. Кожеуров М.А., Михед А.Д., Родионов В.И. К вопросу повышения точности информационно-измерительных систем стабилизации и наведения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12: в 2-х ч. Ч.1.Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 210-215.

33. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Система стабилизации и наведения с подчиненным регулированием // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12: в 2-х ч. Ч.1.Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 228-234.

34. Кожеуров М.А., Михед А.Д., Родионов В.И. Информационно -

измерительная система стабилизации и наведения с последовательно-

параллельной коррекцией // Наука в современном мире: материалы XXIV

136

Международной научно-практической конференции (30 октября 2015). - М.: Издательство «Перо», 2015. С. 98-101.

35. Кожеуров М.А., Михед А.Д., Родионов В.И. Применение автоматического проектирования и синтеза для исследования информационно -измерительной системы наземного мобильного робота // Актуальные вопросы науки: Материалы XXII Международной научно-практической конференции (10.11.2015). - М.: Издательство «Спутник +», 2015. С. 28-31.

36. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Информационно-измерительная система стабилизации и наведения с асинхронным трехфазным электродвигателем // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 7: в 2-х ч. Ч.1.Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. - С. 123-129.

37. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Исследование влияния электроприводов на динамику системы стабилизации и наведения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 10.Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. - С. 126-131.

38. Компания Thaïes разрабатывает новые тепловизионные камеры наблюдения. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб зарубежных государств. - 2006. - №7. - С. 18-20.

39. Корн Г., Корн Т., Справочник по математике для научных работников и инженеров / Под ред. Арамановича. -М.: Наука, 1984. - 831 с.

40. Корякин О.Г., Родионов В.И. Системы стабилизации и управления информационно-поисковых приборов и комплексов // Оборонная техника. -1995. - № 6. - С.53-57.

41. Крупнейшие мировые производители тепловизионных систем -фирмы Франции. // Сб. научно-технической информации. - Тула, КБП. -2007. - №1(19). - С. 151-171.

42. Кузовков Н.Т. О движении гиростабилизированной платформы при больших углах отклонения // Изв. АН СССР. ОТН. - 1958.- № 1. - С. 44-51.

43. Кухтенко А.И. Проблемы инвариантности в автоматике. Киев: Гос-техиздат, 1963. - 376 с.

44. Ланкастер П. Теория матриц. - М.: Наука, 1982.-269 с.

45. Лестев А. М. Динамика и погрешности гиростабилизатора при колебаниях основания // Изв. вузов. Приборостроение. - 1986. - № 10. - С. 57-62.

46. Лунц Я.Л. Ошибки гироскопических приборов. - Л.: Судостроение,

1968.-232 с.

47. Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань: Уни-пресс, 1998, 320 с.

48. Макаров И. М., Менский Б. М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). М.: Машиностроение, 1982. - 504 с.

49. Максин С.В. Разработка и производство современных авиационных оптико-электронных систем - одно из главных производств УОМЗ // Взлет, 2005. - №11. - С. 18-23.

50. Мееров М. В. Исследование и оптимизация многосвязных систем управления. -М.: Наука, 1986.-236 с.

51. Менский Б.М. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании и управлении. М.: Машиностроение, 1972. - 248 с.

52. Назаров Б.И. Хлебников Г.А. Гиростабилизаторы ракет. -М.: Во-ениздат, 1975.-215 с.

53. Неусыпин А. К. Гироскопические приводы. - М.: Машиностроение, 1978.- 191 с.

54. Никитин Е.А., Балашова А.А. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров. - М.: Машиностроение,

1969. - 215 с.

55. Никулин О.Ю., Петрушин А.Н. Системы телевизионного наблюдения. М.: ОБЕРЕГ-РБ, 1997, 168 с.

56. Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность): курс лекций. СПб.: Корона-Век, 2007.

57. Одинцов А. А. Теория и расчет гироскопических приборов.- Киев: Высшая школа, 1985. - 392 с.

58. Ольгин С. Модернизация авиационной прицельно-навигационной системы «Лайтенинг». // Зарубежное военное обозрение. - 2002. - №5. - С. 40-41.

59. Онищенко Г.Б. Электрический привод: учебник для вузов. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. - 320 с.

60. Панин. М. ИК системы переднего обзора на самолётах ВМС США. // Зарубежное военное обозрение. -1984. - №7. - С. 72-74.

61. Пельпор Д.С. Гироскопические системы ориентации и стабилизации: Справ. пособие. - М.: Машиностроение, 1982. - 165 с.

62. Пельпор Д. С., Колосов Ю. А., Рахтеенко Е. Р. Расчёт и проектирование гироскопических стабилизаторов. - М.: Машиностроение, 1972. - 325 с.

63. Пешехонов В.Г., Гутнер И.Е., Зиненко В.М., и др. Перископный комплекс «Парус-98» // Гироскопия и навигация, СПб. : ЦНИИ "Электроприбор, 2005. - № 1 (48) - С. 5-14.

64. Покрышкин. В. Белорусская оптика для бронетанковой техники // Военный парад №2 (104), 2011.

65. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. - М.: Наука, 1989. - 304 с.

66. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического управления и регулирования. - М.: Наука, 1979. - 256 с.

67. Право на самостоятельный экспорт ФГУП «ПО УОМЗ» // Аэрокосмическое обозрение №4, 2003. С. 16-17.

68. Прецизионные гироскопические стабилизаторы линии визирования / Ю.Б. Власов, П.Б. Дергачев, И.В Попова, А.А. Семенов и др. // 1 Санкт-Петербургская международная конференция по гироскопической технике.-

СПб.: ЦНИИ "Электроприбор". - 1994. - С. 122 - 130.

139

69. Репников А. В., Сачков Г. П., Черноморский А.И. Гироскопические системы. - М.: Машиностроение, 1983.- 319с.

70. Ривкин С. С. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании.- М.: Наука, 1978. - 320 с.

71. Родионов В. И. Геометрия и кинематика совмещенных систем стабилизации и управления // Оборонная техника. - 1993. - № 3. - С.22-26 с.

72. Родионов В. И. Исследование динамики совмещенных систем на ДУС при переменных углах пеленга // Оборонная техника.- 1993. - № 3. -С.25-27.

73. Родионов В.И. Управление гиростабилизатором, инвариантным к внешним воздействиям // Гравиинерциальные приборы и измерения. - Тула: Тул. политех. ин-т. - 1980. - С.22-24.

74. Родионов В.И. Управление гиростабилизатором, построенным на датчике угловой скорости // Оборонная техника. - 1996. - № 10-11. - С. 52-56.

75. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации и управления. - Тула: Тул. гос. ун-т, 2000. - 192 с.

76. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации линии визирования оптических приборов // Изв. вузов. Приборостроение. - 2001. Т. 44, № 9. - С. 36 - 41.

77. Родионов В.И. Системы гироскопической стабилизации оптического изображения: Учеб. пособ.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. - 155 с.

78. Родионов В.И. Влияние переменных углов пеленга на динамику управляемого гиростабилизатора // Авиакосмическое приборостроение. -2004, №3. - С. 2 - 5.

79. Родионов В.И. Анализ и синтез управляемого гиростабилизатора при переменных углах пеленга летательного аппарата // Авиакосмическое приборостроение. - 2005, №3. - С. 2 - 6.

80. Родионов В.И. Опыт разработки управляемых гиростабилизаторов // Датчики и системы. 2006. № 7. - С. 51-56.

81. Родионов В.И., Смирнов В.А., Михед А.Д., Кинематика и динамика двухосной системы стабилизации и наведения линии визирования, учитывающая особенности движения зеркала // Инженерная физика. 2010, № 11. - С. 20 -24.

82. Родионов В.И., Смирнов В.А. Динамика индикаторных гиростаби-лизаторов прицельных устройств // Оборонная техника. - 1999. - № 3- 4. -С.13-16.

83. Родионов В.И., Михед А.Д. Геометрия системы стабилизации и наведения с наклонным расположением карданова подвеса. // Приводная техника , М.: Изд-во НПФ «ОБРИС», 2011, №2 (90), - С. 34-37.

84. Родионов В.И., Телухин С.В., Данько К.Л. Моделирование многооборотного электропривода с асинхронным электродвигателем // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. Ч 1. - Тула, 2012. - С. 66-76.

85. Родионов В.И., Кобелев А.С., Малютин Д.М., Телухин С.В. Проектирование асинхронного электродвигателя // Справочник. Инженерный журнал. Приложение №10, 2013. - С. 5-8.

86. Саликов В.П. Эпоха ночной войны // Специальная техника, 2000, № 5, с. 21 - 32.

87. Ройтенберг Я. Н. Гироскопы.- М.: Наука 1975. - 592 с.

88. Северов Л.А. Механика гироскопических систем. М.: МАИ, 1996. -

212 с.

89. Сидельников Б.В. Перспективы развития и применения бесконтактных регулируемых электродвигателей // Изв. Вузов. Электромеханика. -2005, №2.

90. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, Л.Х. Дац-ковский, И.С. Кузнецов и др. - М.: Энергоатомиздат,1983. - 256 с.

91. Следящие приводы т.1, т.2/ под ред. Б.К. Чемоданова. - М.: Энергия, 1976. - 480 с.

92. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского.- М.: Наука, 1987.-712 с.

93. Тепловизоры дальнего радиуса действия. // Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств -участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб зарубежных государств. - 2008. - № 8. -С. 34-36.

94. Уланов Г.М. Динамическая точность и компенсация возмущений в системах автоматического управления. - М.: Машиностроение, 1971. - 260 с.

95. Фабрикант Е.А., Журавлев Л.Д. Динамика следящего привода гироскопических стабилизаторов. - М.: Машиностроение,1984. - 264 с.

96. Филонов М.П., Родионов В.И., Хвалина Е.А. Гироскопические системы стабилизации и управления линией визирования оптических приборов // Датчики и системы № 5, 2001. - С.5-6.

97. Филонов М.П., Родионов В.И., Смирнов В.А., Хвалина Е.А. Динамика системы стабилизации и наведения линии визирования при учете кинематики оптического элемента. Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». -Тула, 2002. - Вып. 7 - С. 84-90.

98. Электропривод в приборостроении: Учеб. пособие / П.К. Плотников. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - 160 с.

99. www.npo-karat.ru. Официальный сайт АО НПО «Карат».

100. Janers Weapons Systems. Ground Attack: integrated Systems-Helicopter. США, 2001, рр. 436 - 490.

101. Heli-Tele to-Ground Television Surveillance System. Проспект фирмы GEC Avionics Ltd. Великобритания, 1997.

102. Attackers, the Meaner the Better... Armada International, 2000, No. 1, pp. 48 - 53.

103. Avionics and Armament. Armada International, 2000, No. 1, pp. 53 -