Автопилот

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИНЕСКИх

РЕСПУВЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР . (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

С:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4810553/24 (22 06.04,90 (46 15.03.93. Бюл. М 10 (71 Казанский авиационный институт им.

А.,Туполева (72) Л.Г.Романенко, С,В.Филюнин и

Н.,Шилова (56 Патент США

N 198017, кл. В 64 С 13/04, опубл. 1980.

Авторское свидетельство СССР

Nl 105860, кл. G 05 В 13/02, 1982., Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами, М.: Машиностроениф, 1973, с, 181.-182, рис, 5-15. (54 АВТОПИЛОТ (57 Изобретение относится к области автома ического регулирования, а именно к сист мам управления полетом беспилотного ма оразмерного летательного аппарата

Изобретение относится к области автомаТического регулирования и может быть использована для управления полетом беспилотного малоразмерного летательного аппарата (МЛА), Целью изобретения является повышениф запаса устойчивости автопилота.

Функциональная блок-схема автопилота . представлена на чертеже, где приняты слддующие обозначения: канал курса 1, канал крена 2, датчик угловой скорости канала ку са 3, блок переменных козффиииентоа канала 4, суммирующий усилитель канала ку са 5. формирователь закона управления ка ала курса 6, исполнительный механизм ка ала курса 7, блок обратной связи канала куРса 8, иэодромный блок 9, датчик боковой

„„ Ц „„1802357 А1 (я)5 G 05 D 1/08, G 05 В 11/00 (МЛА). Целью изобретения является повышение запаса устойчивости автопилота. Автопилот содержит канал курса 1, канал крена 2, датчик угловой скорости канала курса 3, блок переменных коэффициентов канала курса 4, суммирующий усилитель канала курса 5, формирователь закона управления 6 канала курса, исполнительный механизм 7 канала курса, блок обратной связи 8, изодрамный блок 9, датчик боковой перегрузки 10, датчик угловой скорости 11 канала крена, блок переменных коэффициентов 12 канала крена, суммирующий усилитель 13 канала крена, формирователь закона управления 14 канала крена, исполнительный механизм 15 канала крена, блок . обратной связи 16 канала крена, блок умножения 17, блок определения знака 18, сумматор 19, датчик скоростного напора 20. формировэтельсигнала управления 21. 1 ил, перегрузки 10, датчик угловой скорости канала крена 11, блок переменных коэффициентов канала крена 12, суммирующий. 00 усилитель канала крена 13, формирователь . Q закона управления канала крена 14, испол-,,) нительный механизм канала крена 15, блок . (Ъ обратной связи канала крена 16, блок умно- у жения 17, блок определения знака 18, сумматор 19, датчик скоростного напора 20, формирователь сигнала управления 21. ву — угловая скорость вращения отно- сительно нормальной оси ЛА; е и йЬ< — угловая скорость вращения относительно продольной оси ЛА;

q — скоростной напор; п — боковая перегрузка;

0к — сигнал управления;

1802357 д, — угол отклонения руля направления; д,— угол отклонения элеранов.

Автопилот работает следующим образом.

В канале курса 1 на выходе датчика угловой скорости 3 формируется сигнал, пропорциональный угловой скорости ау вращения относительно нормальной оси

ЛА. Этот сигнал поступает на входе блока 4 переменных коэффициентов канала курса, на управляющий вход которого подается сигнал с выхода датчика скоростного напора 20, пропорциональный величине скоростного напора q. Коэффициент l4gq) передачи сигнала блока 4 линейно зависит от величины скоростного напора q, причем уменьшается с ростом скоростного напора.

Выходной сигнал t4y(q) ау блока переменных коэффициентов 4 поступает на первый суммирующий вход суммирующего усилителя 5 канала курса. Одновременно сигнал с выхода датчика угловой скорости канала курса 3 поступает на вход изодромного блока 9. на выходе которого формируется сигт нал, пропорциональный Р ау, т +1 который подается на второй суммирующий вход суммирующего усилителя 5 канала курса. На выходе датчика боковой перегрузки

10 вырабатывается сигнал, пропорциональный боковой перегрузке и< и поступает на второй вычитающий вход суммирующего усилителя 5 канала курса. выходной сигнал которого поступает через формирователь закона управления б на исполнительный механизм 7 канала курса, который отклоняет руль направления на угол дн. При этом сигнал пропорциональный углу дн. отклонения руля направления через блок обратной связи канала курса 8 подается на первый вычитающий вход суммирующего усилителя 3 и уравновешивает суммарный сигнал датчиков. В результате руль направления отклоняется на величину: дн = q) о у + l4y " щ — Кпе Ъе

Тр

Р .где Kgy(q), КЦу, KHz — коэффициенты передачи сигналов в канале курса 1;

Т вЂ” постоянная времени изодромного блока 9;

Р - оператор дифференцирования.

clt

В результате создается аэродинамический момент относительно нормальной оси ЛА.

Одновременно в канале крена 2 на выходе датчика угловой скорости 11 формируется сигнал, пропорциональный угловой скорости в» вращения относительно продольной оси ЛА. Этот сигнал поступает на вход блока 12 переменных коэффициентов

5 канала крена, на управляющий вход которого подается сигнал с выхода датчика скоростного напора 20, пропорциональный величине скоростного напора q. Коэффициент l4x(q) передачи сигнала блока 12 линейно зависит от величины скоростного напора, Сигнал KRx(q) м» с выхода блока переменных коэффициентов 12 поступает на первый суммирующий вход суммирую15 щего усилителя 13 канала крена. На второй вычитающий вход суммирующего усилителя

13 подается сигнал с выхода датчика 3 угловой скорости канала курса, который также поступает на вход блока определения знака

20 18, с выхода которого снимается сигнал постоянного уровня, знак которого зависит от

Sign ау. Кроме того, сигнал с выхода датчика

3 подается на суммирующий вход сумматора 19, нэ вычитающий вход которого посту-.

25 пает сигнал управления 14 с выхода формирователя сигнала управления 21. На выходе сумматора 19 формируется сигнал (0» - К3хву). Сигналы с выходов датчика 3 угловой скорости канала курса, блока опреде30 пения знака 18 и сумматора 19 поступают соответственно на первый, второй и третий входы блока умножения 17, который формирует сигнал вида Sign ву (0к — туву) му, который подается нэ второй суммирующий вход суммирующего усилителя 13 канала крена. На третий суммирующий вход последнего поступает сигнал управления U» с выхода формирователя сигнала управления

40 21. Сигнал с выхода суммирующего усилителя 13 подается через формирователь закона ,управления 14 на исполнительный меха низм 15 канала крена, который отклоняет элероны на угол д, При этом отклонение

45 элеронов осуществляется в соответствии с законом: д, = KPo x(q) в„— КВ>у ву + КЛф (sign э у) х(0 — КВу.в ) о у + Uk

50: (С гдеКЯ х (ц), Яу Кдф — коэффициенты передачи сигналов в канале крена.

B результате отклонения элеронов создается

"момент относительно продольной оси ЛА.

55 Поясним действие некоторых сигналов каналов курса 1 и крена 2, что важно для понимания сущности данного изобретения.

Если ЛА приобретает случайный крен у, возникает проекция подъемной аэродинамической силы Y на горизонтальную пло1802357

20 скость, равная Y, Sin у, что вызывает появление скольжения ЛА в сторону опущенного крыла. При этом возникает момент статичеР Р ской устойчивости пути Му P(My производная момента рыскания по углу скольжения j3), под действием которого происходит разворот ЛА по курсу в сторону совмещения его продольной оси с вектором

1 воздушной скорости. В результате появится угловая скорость соу вращения ЛА относительно нормальной оси, которая будет суествовать, пока существует крен. лагодаря этой взаимосвязи угла крена и угловой скорости ау ведение сигнала пропорционального QJy в закон откланения зле онов способствует выравниванию ЛА при с лучайных кренах и обеспечивает поперечную устойчивость МЛА.

Рассмотрим действие нелинейного сиг64ала (Sign й>у)(О» — К иу й>у) йуу.

Сигнал управления О» > О вызывает отк лонение элеронов 4 > О, что, как известно, сЬответствует отклонению элерона первого крыла вниз, а левого — вверх. В результате создается момент крена М,Зд, (М„э — продэ дэ гааеодная момента крена по углу гт,), н

А начинает поворачиваться относительно продольной оси, опуская левое к,,рыло и поднимая правое. Возникающий г ри этом крен у самолета создает боковую силу Y sin y, что вызывает скольжение в сторону опущенного крыла. При этом появляется момент статической устойчивости

Р г ути Му Р, и ЛА начинает разворот по курсу с угловой скоростью r > О. Причем, при ву = c >"y"= будет достигнут режим зад Uc

i>y установившегося разворота. Действител ьЙо, если ву < в у д, то нелинейный сигнал (sign й>у)(О, — Копушу) иу, играя роль поло>кительной обратной связи, будет способс твовать увеличению крена, и следовательно, увеличению угловой скор1асти ву. Если ву > ву"д, то знак нелинейного сигнала совпадает со знаком сигнала

"-К соу ву", В этом случае нелинейный сигн1ал (Sign ву)(О» — К иу ву) ву действует как сигнал отрицательной обратной связи, способствует уменьшению крена, а следовательно — и уменьшению углавор скорости, При снятии команды (U» = О) нелинейный с гнал. играя роль отрицательной обратной связи, способствует быстрому возвращению ЛА в "îðèçîíòàëüíîå положение за счет дополнительного отклонения электронов, пропорционального сигналу ву.

Поскольку сигнал боковой перегрузки и, эквивалентен сигналу па углу скольжения

"-Р", ега введение с соответствующим знаком в закон отклонения руля направления способствует искусственному увеличению флюгерных свойств МЛА и повышает быстродействие по курсу замкнутой системы ЛАавтопилот. С другой стороны, флюгерные свойства ЛА ухудшают его реакцию на ветровые возмущения. Для уменьшения влияния ветрового возмущения на МЛА в закон управления рулем направления введен сигТ нал + 1 . ау, который при порывах ветра

Р+" эффективно противодействует возмущающему моменту. При разворотах ЛА с постоянной угловой скоростью шу влияние этого сигнала отсутствует и он не препятствует выполнению маневра.

Из вышеизложенного следует, что данный автопилот, имея малые габариты и вес, благодаря нетрадиционному решению, когда в составе бортового оборудования нет позиционных датчиков, обеспечивает поперечную устойчивость ЛА при высоком быстродействии по крену и малом отклонении

ЛА по углу рыскания при случайных кренах, Поскольку работа автопилота не требует вмешательства летчика, ан может найти применение как на пилотируемых, так и на беспилотных ЛА.

Формула изобретения

Автопилот, содер>кащий формирователь сигнала управления, датчик скоростного напора и каналы курса и крена, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика угловой скорости, блока переменных коэффициентов, суммирующего усилителя, формирователя закона управления и исполнительного механизма, выходом подключенного через блок обратной связи к первому вычитающему входу суммирующего усилителя, кроме тога, канал курса содержит изадромный блок, а выход датчика скоростного напора соединен с управляющими входами блоков переменных коэффициентов обоих каналов, а т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения запаса устойчивости автопилота, в нем дополнительно установлены датчик боковой перегрузки, сумматор, блок умно>кения и блок определения знака, причем выход датчика угловой скорости канала курса соединен с входам иэадромного блока канала курса, с вторым входом блока умножения, с вычитающим входом сумматора и с вхгдам блока определения знака, подключенного выходом к второму входу блока умножения, сое1802357 диненного третьим входом с выходом сумматора, а выходом — с вторым суммирующим входом суммирующего усилителя канала крена, подключенного третьим суммирующим входом к выходу формирователя сигнала управления и к суммирующему вхо1

Составитель Н.Шилова

Техред М. Моргентал Корректор Н,Малюкова

Редактор С.Кулакова

Заказ 849 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж;ород, ул.Гагарина, 101 1 !

L ду сумматора, выход датчика боевой перегрузки соединен с вторым вычитающим входом суммирующего усилителя канала курса, подключенного вторым суммирующим вхо5 дом к выходу изодромного блока канала курса,