Синтез и разработка инвариантных систем стабилизации основного вооружения танков

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.03 – системы и процессы управления. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков – 2016. Диссертация посвящена разработке аналоговых и цифровых инвариантных систем наведения и стабилизации основного вооружения танков на основе создания математических моделей возмущенного движения танковой пушки относительно оси цапф и танковой башни с пушкой относительно оси поворота, а также имитационных моделей внешних возмущений, действующих на основное вооружение в каналах вертикального и горизонтального наведения. Показано, что повышение степени инвариантности замкнутой системы стабилизации к действию внешних возмущений, за счет объединения в стабилизаторе двух основных принципов управления – принципа управления по отклонению и принципа управления по возмущению, приводит к снижению запаса устойчивости замкнутой системы. Для сохранения требуемого запаса устойчивости предложено введение в систему дополнительного контура обратной связи по угловому ускорению объекта стабилизации. С использованием метода гармонической линеаризации нелинейностей решена задача отыскания амплитуд и частот автоколебаний рамок гироскопической платформы, используемой в качестве гироскопического датчика углов отклонения оси канала ствола танковой пушки от линии прицеливания, а также автоколебаний давления рабочей жидкости в гидросистеме стабилизатора канала вертикального наведения. Показано, что причиной возмущения автоколебаний в первом случае является нелинейная характеристика системы разгрузки гироплатформы и "сухое" трение в осях кардановых подвесов, а во втором случае – нелинейные характеристики предохранителей гидроклапанов. Сделан вывод о том, что такие автоколебания являются высокочастотной помехой, приводящей к снижению помехозащищенности замкнутой системы наведения и стабилизации. Рассмотрены особенности цифровой инвариантной системы стабилизации наведения и стабилизации танковой пушки, в частности, необходимость использование цифровых низкочастотных фильтров Баттеруорта и Ланцоша для фильтрации высокочастотных помех выходных сигналов датчиков. Доказано, что при построении цифрового стабилизатора танковой пушки целесообразно последовательно-параллельное использование цифровых фильтров Баттеруорта и Ланцоша. Разработана структура и осуществлен выбор варьируемых констант алгоритмов стабилизации, обеспечивающих инвариантность замкнутой системы наведения и стабилизации без существенного снижения её запаса устойчивости. Моделирование процессов наведения и стабилизации в замкнутой системе с последующим анализом этих процессов позволяет сделать вывод о значительном повышении точности отработки внешнего возмущения (в 1.8 – 1.9 раз) по сравнению со штатной.The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.13.03 – Systems and management processes. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov – 2016. The thesis is dedicated to development analog and digital invariant guidance systems and stabilize the main armament of tanks through the creation of mathematical models perturbed motion tank gun relative to the axis of the pins and the tank tur ret gun relative to the axis of rotation, as well as simulation models of external disturbances acting on the main armament channels vertical and horizontal guidance. It is shown that increasing the degree of invariance closed stabilization system to external perturbations lead to lower stability margin closed system. To maintain the desired stability margin suggested the introduction of the system of additional feedback path for the angular acceleration of the object of stabilization. The features invariant digital stabilization system tank gun, including the need to use a digital low-pass filter Batteruorta and Lanczos filtering high frequency noise output signals of sensors. It is proved that the construction of a digital stabilizer tank cannon appropriate series-parallel use of digital filters Batteruorta and Lanczos. The structure created and the choice of variable constants stabilization algorithms was made that provide an invariance closed system of guidance and stabilization without significantly reducing its stability margin. Modeling of guidance and stabilization in a closed system with subsequent analysis of these processes suggests a significant increase in accuracy working off of external perturbation (at 1.8 – 1.9 times) compared with the standard.