Общая характеристика системы управления

Управление означает совокупность действий для целенаправленного изменения состояния некоторого объекта, называемого управляемый объект. Цель управления можно определить как желаемый результат, который должен быть достигнут в процессе управления, а систему управления как совокупность средств, предназначенных для осуществления управления. Часто различные элементы системы управления находятся на значительном расстоянии друг от друга и передача управляющих воздействий производится с помощью радио. Радиосредства в системе, в свою очередь, образуют радиосистемы, в задачу которых входит передача, извлечение и обработка различной информации. В тех случаях, когда радиосредства участвуют в выполнении основных функций управления, можно говорить о системах радиоуправления.

Наличие радиосредств в системах управления приводит к необходимости учитывать возможность воздействия на процесс управления специфических радиопомех. Следовательно, при разработке систем радиоуправления одной из центральных задач является обеспечение их помехозащищённости.

Одной из главных задач радиоуправления является управление движением различных объектов. В свою очередь управление движением летательного аппарата разделяется на управление полётом и управление ориентацией в пространстве. Другая задача заключается в управлении работой бортовых приборов и агрегатов. Системы, предназначенные для этой цели, носят название радиотелемеханических систем.

Системы радиоуправления различаются по способу получения информации о состоянии объекта и способу использования её для воздействия на объект. С этих позиций можно выделить четыре основных способа радиоуправления: командное радиоуправление, радиотеленаведение, самонаведение и автономное радиоуправление. Первый и четвёртый способы могут применяться как для систем управления движением, так и в радиотелемеханических системах. Второй и третий – только для управления движением.

Остановимся на командном радиоуправлении. Командное радиоуправление применяется для широкого класса летательных аппаратов. В таких системах команды вырабатываются на пункте управления и передаются на летательный аппарат по командной радиолинии. При формировании команд управления траекторией полёта летательного аппарата используются данные, полученные с помощью визиров (средств наблюдения за летательным аппаратом и целями). Различают следующие системы командного радиоуправления: КРУ-I, КРУ-II, КРУ-III. В системах КРУ-I визир цели размещается на пункте управления, в системах КРУ-II – на борту летательного аппарата. Радиоуправление типа КРУ-III является частным случаем КРУ-I, когда цель совмещена с местоположением радиовизира управляемого объекта.

Рис. 1.8 Обобщенная структура цифровой линии связи

Командные радиолинии представляют собой многоканальные радиолинии, которые обеспечивают передачу команд, адресованных тем или иным получателям (исполнителям) команд. Рассмотрим обобщённую структурную схему командной радиолинии.

Описание разработанной структурной схемы передающей части

Рис. 1.9

ИК – источник команд; на его выходе образуются совокупность командных сообщений. КУ – кодирующее устройство. БСС – блок символьной синхронизации. УУК – устройство уплотнения каналов. На его выходе формируется групповой НЧ сигнал. ГНК – генератор несущего колебания. М – модулятор с усилителем мощности.

Символьная синхронизация осуществляется инерционным методом на базе системы ФАП, обеспечивающей надежную символьную синхронизацию при изменениях символьной частоты принимаемого сигнала в пределах ±1, 5% и отношении сигнал/шум на символ h²≥ 10.

Функциональная схема блока символьной синхронизации представлена на рис. 1.10, а эпюры напряжений в характерных точках, поясняющие его работу, на рис. 1.11.

На рис. 1.11 т.1 представлена входная смесь сигнала и шума. Фазирование генератора несущей частоты Fс основано на выделении фазовой ошибки, получаемой при сравнении усиленного и ограниченного принимаемого сигнала (рис. 1.11 т. 6) со сдвинутым на τ с/2 регенерированным сигналом (эпюра в т.3), полученным с входящей блок символьной синхронизации схемой регенерации символов. Таким образов, сдвиг на τ с/2 реализует восстановление тактовой частоты.

Рис. 1.10

Рис. 1.11

С выводов формирователя снимаются две последовательности символьной частоты Fс, сдвинутых между собой на τ с/2 (эпюры в т. 4 и 3). Одна последовательность (эпюра в т.3) поступает на схему регенерации, импульсы эт ой последовательности соответствуют границе принимаемых символов. Другая последовательность со сдвигом на τ с/2 (эпюра в т.4) используется с схеме фазового детектора. При появлении фазового сдвига между синхроимпульсами и прогенерированной последовательностью, также сдвинутой на τ с/2, цифровой фазовый детектор вырабатывает ошибку рассогласования. Она представлена в виде импульсов на эпюре в т.5. Разница длительностей этих положительных и отрицательных импульсов определяет, как величину фазового сдвига, так и направление настройки частоты генератора Fc.

Генератор Fc является управляемым LC генератором, дающим гармоническое колебание (эпюра в т.7).

Электронное управление частотой осуществляется напряжением с выхода интегрирующего фильтра. Электромеханическое правление частотой с помощью мотора служит для обработки постоянной фазовой ошибки. Схема отключения мотора включает его при отношении h² сигнал/шум на символ примерно ниже 10.

Наличие двух интеграторов в кольце ФАП (вторым интегратором является мотор) обеспечивает следящей системе астатизм второго порядка.

Выходное устройство на рис 1.10, кроме подачи частоты Fс, на своем втором выходе формирует КИМ-сигнал в импульсной форме (ИКИМ). Переход от потенциальной формы входного сигнала (эпюра в т.2) к импульсной (эпюра в т.7) осуществляется потому, что устройство обработки сигнала выполнено с использованием импульсной логики. Из блока оптимальной синхронизации ИКИМ и Fс поступают на устройства регистрации и в блок словной синхронизации.

Описание разработанной структурной схемы приемной части

Приёмная часть предназначена для приёма сигнала, который в общем случае имеет вид: . - мультипликативная помеха, - полезный сигнал, - белый шум. Приёмник должен выделить полезный сигнал на фоне шумов, и передать сообщения соответствующим получателям (исполнителям) команд.

Приёмная часть представлена на Рис. 1.12.

Рис. 1.12

ВЧП – приёмник ВЧ колебания. ДМ – демодулятор несущего колебания; на его выходе формируется групповой НЧ сигнал, который содержит синхросигнал и индивидуальные сообщения. ДКУ – декодирующее устройство командных сигналов. ДКУС – декодирующее устройство синхросигналов. ФСС – формирователь синхросигналов; синхросигналами управляется работа всего приёмного устройства. РК – распределитель каналов; распределяет сообщения по получателям.

Также как и в других многоканальных системах, в командной радиолинии для передачи каждого независимого сообщения выделяется отдельный канал.

Расчетная часть

1. Найдем скорость вращения ИСЗ v из уравнения движения спутника на высоте h:

2. Найдем период обращения ИСЗ Tобр. из следующего соотношения: