Способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бортовых системах автоматического управления летательными аппаратами. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение точности управления. Для достижения данного результата устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата содержит измеритель углового положения, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения. При этом второй вход блока сравнения соединен с выходом измерителя углового положения, второй вход первого суммирующего усилителя соединен с выходом измерителя угловой скорости. Первый ограничитель сигнала дополнительно содержит последовательно соединенный интегрирующий усилитель. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами (ЛА).

Известны способы и системы управления и стабилизации углового положения ЛА. Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются способ и система управления каналом тангажа летательного аппарата, входящие в "Систему управления угловым движением беспилотного летательного аппарата" (патент РФ №2234117, кл. G05D 1/08, 2004 г.).

Этот способ управления состоит в том, что задают сигнал управления, измеряют сигнал углового положения ЛА, измеряют сигнал угловой скорости ЛА, формируют сигнал рассогласования между заданным сигналом управления и измеренным сигналом углового положения ЛА, усиливают сигнал рассогласования, усиливают сигнал угловой скорости, формируют управляющий сигнал как сумму усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости и ограничивают сигнал суммы.

Устройство для формирования сигнала управления по этому способу содержит измеритель углового положения ЛА, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, управляемый переключатель, первый и второй ограничители сигнала, сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а второй вход подключен к выходу второго ограничителя сигнала, и исполнительное устройство объекта управления.

Существенными признаками прототипа-способа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие признаки: способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, включающий задание сигнала управления, измерение сигнала углового положения летательного аппарата, измерение сигнала угловой скорости летательного аппарата, формирование сигнала рассогласования между заданным сигналом управления и измеренным сигналом углового положения, усиление сигнала рассогласования, усиление сигнала угловой скорости, формирование сигнала суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости и ограничение сигнала суммы.

Существенными признаками прототипа-устройства, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие признаки: устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, содержащее измеритель углового положения, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, первый суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, и первый ограничитель сигнала.

Недостатками способа и устройства, принятого за прототип, являются ограниченность функциональных возможностей управления и невысокая точность при больших углах атаки, поскольку на поддержание балансировочного угла атаки ЛА расходуется основная часть сигнала управления, а для реализации эволюций при разворотах ЛА остается незначительная часть ограниченного сигнала управления.

Указанный недостаток особенно заметно проявляется в реальных условиях при управлении летательным аппаратом, рулевые поверхности которого задействуются во всех трех каналах управления (т.е. не только по тангажу, но и по курсу и крену).

Решаемой в предлагаемых способе и устройстве технической задачей является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности управления.

Для решения названной технической задачи в способе формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, включающем задание сигнала управления, измерение сигнала углового положения летательного аппарата, измерение сигнала угловой скорости летательного аппарата, формирование сигнала рассогласования между заданным сигналом управления и измеренным сигналом углового положения, усиление сигнала рассогласования, усиление сигнала угловой скорости, формирование сигнала суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости и ограничение сигнала суммы, дополнительно масштабируют сигнал рассогласования, интегрируют масштабированный сигнал рассогласования, ограничивают интегральный сигнал и суммируют ограниченный интегральный сигнал с ограниченным сигналом суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости.

Для решения названной технической задачи устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, содержащее измеритель углового положения, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, первый суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, и первый ограничитель сигнала, дополнительно содержит последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй ограничитель сигнала и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а выход является выходом устройства.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения - способа формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата - является то, что масштабируют сигнал рассогласования между заданным сигналом управления и измеренным сигналом углового положения летательного аппарата, интегрируют масштабированный сигнал рассогласования, ограничивают интегральный сигнал и суммируют ограниченный интегральный сигнал с ограниченным сигналом суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения - устройства формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата является то, что в него введены последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй ограничитель сигнала и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а выход является выходом устройства.

Предложенные способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления, как показывает проведенное математическое моделирование, позволяют расширить функциональные возможности управления летательным аппаратом (т.е. дают возможность отрабатывать интенсивные медленно меняющиеся "опорные" сигналы управления и быстро меняющиеся стабилизационные сигналы) и повысить при этом точность управления. По существу, сформированы два взаимосвязанных канала, сочетающие в целом управление медленным балансировочным и быстрым маневренным движением ЛА.

Способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления могут найти применение в системах управления маневренными летательными аппаратами, к которым предъявляются достаточно высокие требования по точности управления при ограниченных энергетических или динамических ресурсах исполнительных органов систем управления.

Предлагаемые технические решения поясняются блок-схемой, на которой представлена структурная схема устройства формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата.

Устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата содержит измеритель углового положения ЛА 1, измеритель угловой скорости 2, последовательно соединенные задатчик сигнала управления 3, блок сравнения 4, второй вход которого подключен к выходу измерителя углового положения 1, первый суммирующий усилитель 5, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости 2, первый ограничитель сигнала 6, последовательно соединенные интегрирующий усилитель 7, вход которого подключен к выходу блока сравнения 4, второй ограничитель сигнала 8 и второй суммирующий усилитель 9, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала 6, а выход является выходом устройства.

Устройство с реализацией способа работает следующим образом.

Задатчиком сигнала управления 3 формируется (задается) сигнал управления ϑзад.(t), основными составными компонентами которого являются:

- медленная компонента ϑзад.м(t), соответствующая медленным разворотам ЛА с балансировочными углами атаки αбал и балансировочными углами отклонения рулей δбал;

- быстрая компонента ϑзад.б(t), соответствующая маневренным разворотам ЛА.

Таким образом,

Закон регулирования (управления и стабилизации) формируется по сигналу управления ϑзад(t), сигналу углового положения ЛА, ϑ(t) и угловой скорости ЛА ωz(t). Основная, базовая компонента сигнала управления σб(t) формируется в суммирующем усилителе 5 в виде:

где Δϑ(t) - сигнал рассогласования,

формируемый блоком сравнения 4 по сигналам ϑзад(t) от задатчика 3 и ϑ(t) от измерителя углового положения 1;

Kϑ, Кωz - передаточные числа;

ωz(t) - сигнал угловой скорости ЛА, поступающий от измерителя угловой скорости 2,

Сигнал σб(t) ограничивается по уровню первым ограничителем сигнала 6, и ограниченный сигнал поступает на второй суммирующий усилитель 9. Уровень ограничения, установленный на первом ограничителе 6, определяет величину сигналов рассматриваемого канала управления, необходимую для отработки их соответствующими рулевыми поверхностями, с учетом бездефицитности отработки этими же рулями сигналов смежных каналов (курса и крена, здесь не рассматриваемых).

Сигнал, сформированный в соответствии с базовым законом управления (2), дополняется сигналом интегральной компоненты σи(t), который формируется интегрирующим усилителем 7 по сигналу рассогласования (3)

где Ки - масштабный передаточный коэффициент интегрирующего усилителя 7. Величина этого коэффициента назначается пропорционально передаточному коэффициенту по рассогласованию Kϑ:

Сигнал σи(t) ограничивается вторым ограничителем сигнала 8, уровень ограничения которого соответствует рассчитанному значению балансировочного отклонения рулей δбал. Ограниченный сигнал интегральной компоненты σогри(t) со второго ограничителя 8 поступает на сумматор 9, сигнал на выходе которого равен:

и является выходным сигналом устройства.

Введение канала интегральной компоненты - блоков 7, 8, 9 - обеспечивает отработку балансировочной, медленной компоненты сигнала управления ϑзад.м(t). Действительно, пусть ϑзад.б=0; ϑзад.м≠0. Тогда в силу того, что закон формирования выходного сигнала представленного устройства является астатическим законом нулевого порядка, установившееся значение сигнала рассогласования для такого режима

Тогда, в соответствии с (3) установившееся значение ϑуст:

Очевидно также, что для этого режима Следовательно, и установившееся значение интегральной компоненты σи уст соответствует балансировочному значению угла отклонения рулевых поверхностей ЛА:

Поскольку для рассматриваемого режима Δϑуст=0, ωzуст=0, то и σбуст=0 и σогрбуст=0.

При поступлении на вход прямой цепи устройства (блоки 4, 5, 6, 9) быстрой компоненты сигнала управления ϑзад.б(t) для управления маневром ЛА отработка его будет осуществляться относительно балансировочного движения ЛА и будет симметричной для сигналов ϑзад.б(t) разных знаков, т.е. будет производиться относительно нуля характеристики первого ограничителя 6 (ограничителя прямой цепи формирования управляющего сигнала σвых(t)), что повышает точность отработки управляющих воздействий на ЛА в целом.

Введение ограничения сигнала интегральной компоненты позволяет уменьшить колебательность в замкнутом контуре регулирования и выбросы (перерегулирование) в переходных процессах.

Таким образом, предложенные способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления позволяют расширить функциональные возможности управления летательным аппаратом и повысить при этом точность управления. Сформированы два взаимосвязанных канала, сочетающие в целом управление медленным балансировочным и быстрым маневренным движением ЛА.

Положительный эффект предложения подтвержден результатами анализа и математического моделирования.

Все составные операции способа, звенья и блоки устройства управления могут быть выполнены на современных элементах автоматики и вычислительной техники, а также и программно-алгоритмически в бортовых вычислительных машинах ЛА.

1. Способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, включающий задание сигнала управления, измерение сигнала углового положения летательного аппарата, измерение сигнала угловой скорости летательного аппарата, формирование сигнала рассогласования между заданным сигналом управления и измеренным сигналом углового положения, усиление сигнала рассогласования, усиление сигнала угловой скорости, формирование сигнала суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости и ограничение сигнала суммы, отличающийся тем, что масштабируют сигнал рассогласования, интегрируют масштабированный сигнал рассогласования, ограничивают интегральный сигнал и суммируют ограниченный интегральный сигнал с ограниченным сигналом суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости.

2. Устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, содержащее измеритель углового положения, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, первый суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, и первый ограничитель сигнала, отличающееся тем, что содержит последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй ограничитель сигнала и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а выход является выходом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и предназначается для использования в системах управления ракетами. .

Изобретение относится к области приборостроения и может использоваться для определения местоположения транспортных средств, в частности железнодорожных вагонов.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в устройствах ввода/вывода. .
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля за техническим состоянием транспортных средств для оперативного определения неисправностей летательных аппаратов.

Изобретение относится к устройствам автоматического управления и может быть использовано при построении систем управления, современных летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к управлению летательными аппаратами и может быть использовано для решения задач маневрирования на заданной траектории движения. .

Изобретение относится к мобильному роботу, такому как робот-уборщик, в частности к устройству для отслеживания перемещения мобильного робота. .

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в системах управления полетом дирижаблей. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бортовых системах автоматического управления аэродинамическими беспилотными летательными аппаратами в условиях широкого диапазона их применения по скорости и высоте полета.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах автоматического регулирования полета для управления скоростью полета дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (ДПЛА), экранопланов и т.п.

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано для отработки бортового и наземного оборудования при исследовании и создании аппаратно-программных средств и методов обнаружения и предупреждения потенциально конфликтных ситуаций в воздушном пространстве, отработки алгоритмов и индикации обеспечения группового полета самолетов, для подготовки и тренировки летного состава при выполнении полета строем, дозаправки самолетов в воздухе, киносъемки опытного самолета

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в авиационной, космической технике и других областях приборостроения

Изобретение относится к области управляющих устройств и предназначено для управления роботом-пылесосом

Изобретение относится к ряду областей промышленности, где находит применение дистанционное управление одним или несколькими подвижными техническими объектами различного назначения: наземными, воздушными, водными аппаратами и устройствами, например, роботами (беспилотными летательными аппаратами)

Изобретение относится к области управления беспилотными летательными аппаратами

Изобретение относится к авиационным системам с автономно пилотируемыми малогабаритными летательными аппаратами и предназначено для телевизионного мониторинга местности, анализа обстановки и исследования состояния объектов с низких высот в режиме реального времени

Изобретение относится к системам сигнализации и управления и предназначено для автоматической блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов, применяемых во внутренних морских и воздушных пространствах, за разрешенную зону, а также блокирования входа их в запретные зоны

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в авиации, космонавтике, ракетостроении, судостроении и других областях техники

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах для отображения информации при автоматическом управлении полетом самолета

Изобретение относится к системе наведения мобильного робота-уборщика, способного распознавать изображение

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бортовых системах автоматического управления летательными аппаратами

Наверх