Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте

Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте

Представлено математичну модель динаміки та алгоритм керування пошуково-спостережною головкою, встановленою на наземному рухомому об’єкті. Проведено чисельний аналіз для дослідження динаміки головки в умовах впливу кінематичних збурень з боку рухомого об’єкта. This paper presents a mathematical mode...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Проблемы управления и информатики
Дата:2012
Автори: Кжыштофик, И., Коруба, З.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2012
Теми:
Управление физическими объектами и техническими системами
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207502
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте / И. Кжыштофик, З. Коруба // Проблемы управления и информатики. — 2012. — № 3. — С. 97–105. — Бібліогр.: 7 назв. - рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-207502
record_format dspace
spelling Кжыштофик, И.
Коруба, З.
2025-10-08T15:36:40Z
2012
Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте / И. Кжыштофик, З. Коруба // Проблемы управления и информатики. — 2012. — № 3. — С. 97–105. — Бібліогр.: 7 назв. - рос.
0572-2691
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207502
519.711
10.1615/JAutomatInfScien.v44.i5.40
Представлено математичну модель динаміки та алгоритм керування пошуково-спостережною головкою, встановленою на наземному рухомому об’єкті. Проведено чисельний аналіз для дослідження динаміки головки в умовах впливу кінематичних збурень з боку рухомого об’єкта.
This paper presents a mathematical model of dynamics and control algorithm of the searching and tracking head mounted on the ground moving object. Numerical analysis was carried out to investigate the dynamics of the head under the impact of kinematic excitation from the movable object.
ru
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Проблемы управления и информатики
Управление физическими объектами и техническими системами
Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
Модель динаміки і керування пошуково-спостережною головкою, розміщеною на рухомому об’єкті
Model of Dynamics and Control of the Searching and Tracking Head Placed on a Moving Object
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
spellingShingle Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
Кжыштофик, И.
Коруба, З.
Управление физическими объектами и техническими системами
title_short Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
title_full Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
title_fullStr Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
title_full_unstemmed Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
title_sort модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте
author Кжыштофик, И.
Коруба, З.
author_facet Кжыштофик, И.
Коруба, З.
topic Управление физическими объектами и техническими системами
topic_facet Управление физическими объектами и техническими системами
publishDate 2012
language Russian
container_title Проблемы управления и информатики
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
format Article
title_alt Модель динаміки і керування пошуково-спостережною головкою, розміщеною на рухомому об’єкті
Model of Dynamics and Control of the Searching and Tracking Head Placed on a Moving Object
description Представлено математичну модель динаміки та алгоритм керування пошуково-спостережною головкою, встановленою на наземному рухомому об’єкті. Проведено чисельний аналіз для дослідження динаміки головки в умовах впливу кінематичних збурень з боку рухомого об’єкта. This paper presents a mathematical model of dynamics and control algorithm of the searching and tracking head mounted on the ground moving object. Numerical analysis was carried out to investigate the dynamics of the head under the impact of kinematic excitation from the movable object.
issn 0572-2691
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/207502
citation_txt Модель динамики и управление поисково-следящей головкой, помещенной на подвижном объекте / И. Кжыштофик, З. Коруба // Проблемы управления и информатики. — 2012. — № 3. — С. 97–105. — Бібліогр.: 7 назв. - рос.
work_keys_str_mv AT kžyštofiki modelʹdinamikiiupravleniepoiskovosledâŝeigolovkoipomeŝennoinapodvižnomobʺekte
AT korubaz modelʹdinamikiiupravleniepoiskovosledâŝeigolovkoipomeŝennoinapodvižnomobʺekte
AT kžyštofiki modelʹdinamíkiíkeruvannâpošukovosposterežnoûgolovkoûrozmíŝenoûnaruhomomuobêktí
AT korubaz modelʹdinamíkiíkeruvannâpošukovosposterežnoûgolovkoûrozmíŝenoûnaruhomomuobêktí
AT kžyštofiki modelofdynamicsandcontrolofthesearchingandtrackingheadplacedonamovingobject
AT korubaz modelofdynamicsandcontrolofthesearchingandtrackingheadplacedonamovingobject
first_indexed 2025-11-25T19:58:08Z
last_indexed 2025-11-25T19:58:08Z
_version_ 1850522361537757184
fulltext © И. КЖЫШТОФИК, З. КОРУБА, 2012 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2012, № 3 97 УПРАВЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ УДК 519.711 И. Кжыштофик, З. Коруба МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИE ПОИСКОВО-СЛЕДЯЩЕЙ ГОЛОВКОЙ, ПОМЕЩЕННОЙ НА ПОДВИЖНОМ ОБЪЕКТЕ Введение Развитие ракетного вооружения ставит перед современными самоходными противовоздушными средствами все более жесткие требования. Поиск, идентифи- кация и слежение за обнаруженной воздушной целью происходят при движении транспортного средства (автомашина, бронетранспортер и т.п.) [1, 2]. Эту задачу реализует управляемая поисково-следящая головка (ПСГ), которая осуществляет движения в вертикальной и в горизонтальной плоскостях в диапазонах до 90° и  180° соответственно. Во время поиска воздушной цели головка реализует за- данное программное движение, а после обнаружения цели автоматически перехо- дит в режим слежения [3–5]. Следует отметить, что от ПСГ требуется высокая эксплуатационная надеж- ность и точность реализации программного и следящего движений. Поэтому от головки требуется высокая эксплуатационная надежность и точность реализации программного и следящего движений. Учитывая, что она функционирует в усло- виях воздействия вибрации и внешних возмущений, особенно тщательно нужно подбирать ее параметры на стадии проектирования. Из указанного выше следует, что существует необходимость исследования ди- намики управляемой головки в условиях действия кинематических возмущений, генерируемых подвижным объектом, на котором она установлена. Важным в реше- нии этой задачи является эффективное демпфирование переходных процессов. Математическая модель системы платформа–головка Рассмотрим физическую модель системы платформа-головка [3], показанную на рис. 1. Платформа крепится к борту подвижного объекта с помощью упруго- демпфирующих элементов. На платформе установлена ПСГ. Со стороны борта на платформу действуют кинематические возмущения ),(01 ty ),(02 ty ).(03 ty Дви- жение платформы охарактеризуем тремя переменными: )(typ — перемещением центра масс платформы ,pO углом )(tp поворота платформы вокруг оси pz и углoм )(tp поворота платформы вокруг оси .px Движение головки определим углами )(tg и )(tg поворота внешней рамки вокруг оси 1gy и внутренней рамки вокруг оси gz соответственно. Число степеней свободы рассматриваемой системы равно пяти. В качестве обобщенных координат примем: py — перемещение центра масс платформы, 98 ISSN 0572-2691 p и p — углы отклонения платформы, g — угол поворота головки, g — угол наклона головки. Колебания платформы принимаются малыми. Введем следующие обозначения: pm — масса платформы; pp zx JJ , — мо- менты инерции платформы; rwrz mm , — массы внешней и внутренней рамок (с камерой) соответственно; gl — расстояние центра масс внутренней рамки (с камерой) от центра пересечения осей вращения головки; 111 ,, ggg zyx JJJ — мо- менты инерции внешней рамки; ggg zyx JJJ ,, — моменты инерции внутренней рамки (с камерой); ,1pa ,2pa ,1ph 2ph — геометрические размеры платформы; ,1pk ,2pk 3pk и ,1pc ,2pc 3pc — коэффициенты упругости и демпфирования элементов подвеса платформы; gF  — сила, действующая на центр массы голов- ки; ,zM wM — управляющие моменты относительно осей вращения внешней и внутренней рамок соответственно; rwrz MM , — моменты сил трения в подшип- никах внешней и внутренней рамок. Внешняя рамка головки Внутренняя рамка головки Платформа gy py g g gz pz p px p pO gx gO 01y 1pc 1pk 03y 3pk 3pc 02y 2pk 2pc Рис. 1 Для принятой физической модели, используя уравнения Лагранжа второго рода, запишем следующие уравнения движения системы платформа–головка:  )cos()sin()( gyrwgxrwprzp gg V dt d mV dt d mymm  ,0332211332211  pppppppppppp ccckkk  (1)  )cossin()cos()sin( 1111 ggxxgzzgxxpz ggggggp dt d J dt d J dt d JJ   ]sincos[)cos()sinsin( ggxgrwgzzggyy ggggg V dt d lm dt d J dt d J  111]sinsin[)]cos1(cos[ pppggzgrwggygrw hkV dt d lmV dt d lm gg ,0313222111313222  ppppppppppppppp hchchchkhk  (2) Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2012, № 3 99  )sin()cos( 1111 gzzgxxpx ggggp dt d J dt d JJ   )sincos()coscos( ggyyggxx gggg dt d J dt d J  ]sinsin[)sin( ggxgrwgzz ggg V dt d lm dt d J  ]sincos[)]cos1(sin[ ggzgrwggygrw gg V dt d lmV dt d lm ,0323111323111  pppppppppppp acacakak  (3)  )]cos1([)cos()sin( 1 gzgrwgyygxxgy gggggg V dt d lm dt d J dt d JJ   1111111 sincos)( ggggggggggggg xzzgzyygzxxzxzx JJJJJ ,]sin)cos1(sin[ 111 rz g zzgzzgxgygxxgrw MMMVVVlm ggggg  (4)  ggggggg yxyxygrwzz JJV dt d lm dt d J )( .)( rw g wwxzzxgrw MMMVVlm gggg  (5) Здесь введены следующие обозначения: ,sincos 1 gpgpxg   , 1 gyg   ,cossin 1 gpgpzg   ,sincos)sincos( ggggpgpxg   ,cossin)sincos( ggggpgpyg   ,cossin ggpgpzg   ,sinsin 1 gzggpx gg lyV   ),cos(cos 1 ggg zgzggpy lyV   ).( 1 ggg yygz lV  Моменты сил трения в подшипниках внешней и внутренней рамок определяются равенствами ,gzrzM   .gwrwM   Моменты силы тяжести задаются соотношениями ).sinsincoscossin( ),cossin( ggpgggpgrw g w gpgpgrw g z glmM glmM   Перемещения элементов подвески платформы вычисляются по формулам ,01111 yahy pppppp  ,0222 yhy pppp  .03213 yahy pppppp  100 ISSN 0572-2691 Управление головкой на подвижной платформе Для достижения высокоточного слежения за воздушной целью необходимо ослабить влияние движения платформы на динамику управляемого движения ПСГ. Обеспечить это могут соответствующим образом сформированные моменты zM и ,wM приложенные к двум взаимно-перпендикулярным осям головки [6]. Чтобы получить закон управления головкой, линеаризуем уравнения (1)–(5) ее динамики и запишем их в виде  ggrwpgrwprwrzp lmlmymmm  2)( ,0332211332211  pppppppppppp ccckkk  (6)  111 22 )2(2)4( 1 pppggrwzpgrwpgrwzzz hklmJylmlmJJJ gggp  ,0313222111313222  ppppppppppppppp hchchchkhk  (7) ,0)( 3231113231111  pppppppppppppxxx acacakakJJJ ggp  (8) ,)4( 2 1 rz g zzggrwyy MMMlmJJ gg   (9) .)2()( 22 rw g wwpgrwpgrwzggrwz MMMylmlmJlmJ gg   (10) Здесь ;;;;; ***** pppggggggpppppp yyy  *, pp yy — действительное и расчетное вертикальные перемещения; ,p ,g pg  , — действительные угловые перемещения; **** ,,, ggpp  — расчетные угловые перемещения. Структура управляющих моментов zM и wM определяется режимами движе- ния головки. Программные управляющие моменты находим из решения обратной за- дачи динамики. Эта задача состоит в определении таких моментов ),(tM p z ),(tM p w которые, действуя на головку, реализуют ее заданное движение, определяемое уг- лами * g и * g . Требуемые сигналы * g и * g в этом случае могут изменяться во времени, например: ),cos()sin()( 12 * ttt cccg  (11) ),sin()sin()( 12 * ttt cccg  (12) где c — амплитуда углового отклонения, 21, cc  — угловые скорости. Схема реализации программного движения приведена на рис. 2. Подвижной объект Генератор программного управления ПСГ Генератор требуемого движения ПСГ Корректирующее управление uk )(tp g )(tp g )(tg )(tg )(tM z k )(tM k w )(tM p z )(tM p w e e Рис. 2 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2012, № 3 101 Корректирующие моменты k zM и k wM определяем по формулам: , 0  kt t p z k z p z k z p z k z k z dteiehekM  (13) , 0  kt t p w k w p w k w p w k w k w dteiehekM  (14) где ,p gg p ze  ;p gg p we  ,k zk ,k wk ,k zh ,k wh ,k zi k wi — постоянные коэф- фициенты. После обнаружения и захвата цели оптической системой головки происходит процесс слежения, реализуемый управляющими моментами s zM и .s wM Для сле- жения за обнаруженной целью необходима информация об углах ,,  характери- зующих положение линии визирования головка–цель. Значения этих углов опре- деляются из системы уравнений:  ]sinsin)(coscoscos[ ccccV dt dr ],sinsin)(coscoscos[  ppppV (15) ),(sincos)(sincoscos pppccc VV dt d r   (16)    ]cossin)(cossincos[ ccccV dt d r .]cossin)(cossincos[  ppppV (17) В уравнениях (15)–(17) введены следующие обозначения: r — расстояние между подвижным объектом и воздушной целью; cp VV , — скорости платформы и це- ли; cc  , — углы поворота и наклона вектора скорости цели; pp  , — углы отклонения платформы. Найденные из решения уравнений (15)–(17) значения углов  и  и их произ- водных по времени используются далее для формирования управляющих момен- тов s zM и s wM в виде , 0  kt t s z s z s z s z s z s z s z dteiehekM  (18) , 0  kt t s w s w s w s w s w s w s w dteiehekM  (19) где ; g s ze ; g s we ,,,, s w s z s w s z hhkk s w s z ii , — заданные постоянные ко- эффициенты. Коэффициенты усиления в выражениях (13), (14) и (18), (19) для управляю- щих моментов выбираются из условия заданного распределения корней соответ- ствующих характеристических уравнений. Выбранные таким образом параметры управления ПСГ обеспечивают требу- емое качество управления ПСГ в рассматриваемых режимах функционирования головки. Это имеет особо важное значение для фиксации требуемого положения оптической оси головки, размещенной на транспортном средстве, осуществляю- щем маневры. 102 ISSN 0572-2691 Результаты моделирования Моделирование процесса управляемого движения ПСГ проводилось при следую- щих значениях параметров: масса и моменты инерции платформы — 112,11pm кг, 25,0 pxI кгм 2 , 25,0 pzI кгм 2 ; параметры подвески платформы — 1pk 60000 Н/м, 600002 pk Н/м, 600003 pk Н/м; 10001 pc Нc/м, 10002 pc Нc/м, 10003 pc Нc/м; геометрические размеры платформы — м,26,01 pa м,26,02 pa м,15,01 ph м;3,02 ph масса и моменты инерции внешней рамки головки — 393,6rzm кг, 22,0 1  gxI кгм 2 , 114,0 1  gyI кгм 2 , 117,0 1  gzI кгм 2 ; масса и моменты инерции внутренней рамки головки — 375,3rwm кг,  gxI 061,0 кгм 2 , 035,0 gyI кгм 2 , 029,0 gzI кгм 2 . Расстояние центра масс внутрен- ней рамки от центра пересечения осей вращения головки — .м002,0gl Кинематические воздействия задавались в виде ),sin(01 tAy mm  ),sin(02 tAy mm  ).sin(03 tAy mm  Точность управления головкой исследовалась для ее программного движения в виде ),sin()( tt ccgz  ).cos()( tt ccgz  Работоспособность и эффективность предлагаемых алгоритмических реше- ний задач обнаружения и слежения за целью анализировались путем моделирова- ния динамики управляемого движения ПСГ, описываемой нелинейными уравне- ниями (1)–(5). Нa рис. 3–10 представлены результаты численных исследований. На рис. 3, 4 показаны угловые перемещения ПСГ, ее действительная и заданная траектории, а также управляющие моменты для варианта моделирова- ния, когда м,0002gl .0 ,0 ,5,1,5,1 ,5 ,5  zwzzww iihkhk Эти же функции времени, но при значениях параметров ,м002,0gl ,15wk ,5,4wh ,15zk ,5,4zh ,15wi 15zi приведены на рис. 5, 6, а при ,0gl ,5wk ,5wh ,5,1zk ,5,1zh ,0wi 0zi — на рис. 7, 8. 20 15 10 5 0 5 10 5 20 ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g 10 5 0 5 10 ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g Рис. 3 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2012, № 3 103 20 15 10 5 0 5 10 5 20 ,, g z g  град 0 5 10 ,, g z g  град 5 10 Заданная траектория Действительная траектория 50 40 0 10 20 ,, wz MM Нм 0 5 10 t, c 30 20 10 zM wM Рис. 4 ,, g z g  град 0 5 10 t, c 10 5 0 10 15 5 z g g 10 8 0 2 4 ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g 6 2 4 6 8 Рис. 5 10 5 0 5 10 5 ,, g z g  град 0 4 ,, g z g  град 8 4 Действительная траектория Заданная траектория 80 60 0 10 40 ,, wz MM Нм 0 5 10 t, c zM wM 40 20 Рис. 6 10 5 0 5 10 5 ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g 10 8 0 2 4 6 2 4 6 8 Рис. 7 104 ISSN 0572-2691 10 5 0 5 10 5 ,, g z g  град 0 4 ,, g z g  град 8 4 Действительная траектория Заданная траектория 25 20 0 5 10 ,, wz MM Нм 0 5 10 t, c zM wM 15 10 5 Рис. 8 Точность управления головкой оценивалась также при слежении за целью. Ли- ния визирования головка–цель изменялась в пространстве согласно уравнениям ,2,0)( 0 tt cc  .)( 0 tt cc  Результаты моделирования для этого случая приведены на рис. 9, 10 при ,002,0gl .5,5,5,1,5,5,1 ,5  zwzzww iihkhk 0 50 100 150 200 250 ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g 300 350 400 ,, g z g  град 0 5 10 t, c z g g 0 100 50 150 Рис. 9 ,, g z g  град ,, g z g  град Действительная траектория Заданная траектория 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 50 100 25 20 0 5 10 ,, wz MM Нм 0 5 10 t, c zM wM 15 10 5 Рис. 10 Заключение Эффективность действия самоходного противовоздушного средства во время локализации и идентификации воздушной цели зависит, прежде всего, от точно- сти работы поисково-следящей головки. На базе проведенных исследований мож- но сделать следующие выводы. Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2012, № 3 105 1. Для ослабления влияния переходного процесса на точность функциониро- вания ПСГ при наезде транспортного средства на препятствия на дороге следует использовать корректирующее управление. 2. Качественной работы головки в режимах поиска и слежения за целью можно достичь соответствующим выбором параметров в алгоритмах управления, исходя, например, из заданного распределения корней характеристических уравнений. 3. Сравнительно большие ошибки слежения за целью вызваны, главным об- разом, смещением центра масс внутренней рамки головки относительно центра пересечения осей вращения ПСГ. 4. Предлагаемое алгоритмическое обеспечение системы управления ПСГ эф- фективно решает задачи поиска воздушной цели и высокоточного слежения за ее маневром 5. Возможность технической реализации предлагаемых решений требует до- полнительных исследований. І. Кжиштофік, З. Коруба МОДЕЛЬ ДИНАМІКИ І КЕРУВАННЯ ПОШУКОВО-СЛІДКУЮЧОЮ ГОЛОВКОЮ, РОЗМІЩЕНОЮ НА РУХОМОМУ ОБ’ЄКТІ Представлено математичну модель динаміки і алгоритм керування пошуково- слідкуючою головкою, встановленою на наземному рухомому об’єкті. Чисель- ний аналіз проведено для дослідження динаміки головки в умовах впливу кіне- матичних збурень з боку рухомого об’єкта. I. Krzysztofik, Z. Koruba MODEL OF DYNAMICS AND CONTROL OF THE SEARCHING AND TRACKING HEAD PLACED ON A MOVING OBJECT This paper presents a mathematical model of dynamics and control algorithm of searching and tracking head mounted on the ground moving object. Numerical analy- sis was carried out to investigate the dynamics of head under the impact of kinematic excitation from the movable object. 1. Мишин В.П. Динамика ракет. — М. : Машиностроение, 1990. — 464 с. 2. Siouris G.M. Missile guidance and control systems. — New York : Springer-Verlag, 2004. — 666 р. 3. Dziopa Z., Krzysztofik I., Koruba Z. An analysis of the dynamics of a launcher-missile system on a movable base // Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences. — 2010. — 58, N 4. — P. 645–650. 4. Koruba Z., Dziopa Z., Krzysztofik I. The dynamics of a controlled anti-aircraft missile launcher mounted on a moveable base // J. of Theoretical and Appl. Mechanics. — 2010. — 48, N 2. — Р. 279–295. 5. Krzysztofik I., Osiecki J.W. Detection and tracking targets // Scientific Issue of Kielce University of Technology. — 2008. — N 340. — 216 р. 6. Koruba Z. Dynamics and control of a gyroscope mounted on board of an aerial vehicle // Mono- graphs, Studies, Dissertations. — 25. — Kielce University of Technology, Kielce, 2001. — 283 р. 7. Osiecki J., Stefański K. On a method of target detection and tracking used in air defence // J. of Theoretical and Appl. Mechanics. — 2008. — 46, N 4. — P. 909–916. Получено 03.01.2011 http://www.ptmts.org.pl/article.xsl?vol=46&no=4&page=909

Схожі ресурси