Бортовая цифроаналоговая система управления летательным аппаратом

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бортовых системах автоматического управления беспилотными летательными аппаратами. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата система управления содержит датчик угла, датчик угловой скорости, задатчик угла, блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, исполнительное устройство и элемент запаздывания обратной связи. Величина времени запаздывания τэз элемента запаздывания обратной связи составляет τэз=(0,1÷0,4)τоб, где τоб - величина постоянной времени летательного аппарата. 1 ил.

 

Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления беспилотными летательными аппаратами в условиях широкого диапазона их применения по скорости и высоте полета.

Известна система автоматического управления (САУ) летательным аппаратом (ЛА), в которой содержится блок задающего воздействия, блок сравнения, суммирующий усилитель, датчики состояния и исполнительное устройство [1].

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система управления летательным аппаратом, содержащая датчик угла, датчик угловой скорости и прямую цепь, состоящую из последовательно соединенных задатчика угла, блока сравнения, цифроаналогового преобразователя, суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и исполнительного устройства [2].

Недостатком известных систем являются ограниченные функциональные возможности и невысокая точность, обусловленные в значительной степени запаздыванием в прямой цепи системы управления при применении бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ).

Решаемой в предложенной системе управления технической задачей является расширение функциональных возможностей системы и повышение точности процессов управления. Предложенным построением системы управления достигается повышение показателей качества в условиях широкого диапазона параметров летательного аппарата и наличия запаздывания сигнала управления, обусловленного БЦВМ, т.е. достижением в системе управления свойства робастности.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную систему управления летательным аппаратом, содержащую датчик угла, датчик угловой скорости и последовательно соединенные задатчик угла, блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и исполнительное устройство, дополнительно введен элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом датчика угла, а выход - со вторым входом блока сравнения, при этом величина времени запаздывания τэз элемента запаздывания обратной связи составляет τэз=(0,1÷0,4)τоб, где τоб - величина постоянной времени летательного аппарата.

За основу расчета принята постоянная времени объекта управления (ЛА) как доминирующая для контура регулирования: блоки системы, формирующие закон управления, - исполнительное устройство - объект управления - датчики состояния.

Действительно, при этом решении обеспечивается отработка сигналов управления с максимальным качеством в широком диапазоне изменения высоты, скорости полета и массы летательного аппарата посредством реализации части системы управления на основе бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ).

Построение системы управления с БЦВМ в канале рассогласования осуществляется следующим образом.

Пусть передаточная функция прямой цепи имеет вид:

где τоб - величина постоянной времени инерционной части объекта управления (ЛА);

Wa - передаточная функция САУ, включающей в себя цифровую часть, цифроаналоговую часть, аналоговую часть, исполнительное устройство, оставшуюся часть объекта управления и датчики обратной связи.

Рассмотрим обобщенную передаточную функцию замкнутой САУ Wз с учетом введения элемента запаздывания в обратную связь по углу. Это звено имеет передаточную функцию:

где τэз - величина времени запаздывания этого звена.

Передаточная функция Wз имеет вид:

Без погрешности для аналитического исследования рассмотрим упрощенное описание звена запаздывания в первом приближении разложения в ряд в виде инерционного звена. Тогда (3) примет вид:

Непосредственно из (4) видно, что в числителе появляется форсирующая ячейка (τэзр+1), позволяющая динамичнее отрабатывать входной сигнал. Однако одновременно параметр τэз входит и в знаменатель передаточной функции (4), но как слагаемое с τоб. Соответствующий выбор τэз в сравнении с τоб позволяет существенно повысить точность процесса с динамической точки зрения: повысить быстродействие и сохранить устойчивость системы управления. Действительно, при τэз<<τоб постоянная времени знаменателя (4) практически не меняется, а числитель содержит производную по управлению, оказывая форсированную его отработку.

Наиболее приемлемым и определяющим компромисс по увеличению быстродействия и сохранения показателей устойчивости замкнутой САУ в целом является соотношение

На основе изложенного рассматривается предлагаемая система управления, имеющая цифровую и аналоговую части и для их сочетания цифроаналоговый преобразователь.

На чертеже представлена блок-схема бортовой цифроаналоговой системы управления летательным аппаратом.

Летательный аппарат условно показан на чертеже пунктирной линией.

Система управления содержит датчик угла 1 (ДУ), датчик угловой скорости 2 (ДУС) и прямую цепь, состоящую из последовательно соединенных задатчика угла 3 (ЗУ), блока сравнения 4 (БС), цифроаналогового преобразователя 5 (ЦАП), суммирующего усилителя 6 (СУ), второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости 2, и исполнительного устройства 7 (ИУ). Кроме того, система содержит элемент запаздывания обратной связи 8 (ЭЗОС), вход которого соединен с выходом датчика угла 1, а выход - со вторым входом блока сравнения 4.

Аналоговая часть системы управления включает в себя датчик угловой скорости 2, исполнительное устройство 7 и суммирующий усилитель 6. Цифровые каналы основного контура - это датчик угла 1 и блоки 3 и 4. Блок 5 - цифроаналоговый.

Система управления работает следующим образом.

Сигнал управления σ для подачи на исполнительное устройство 7 формируется датчиками и блоками 1÷6 и 8 в соответствии с законом управления:

где ∆φ - сигнал рассогласования, формируемый в блоке 4:

здесь φзад - сигнал задающего воздействия, подается от датчика 3;

К1, К2 - передаточные числа блока 6.

Сигнал угла φ снимается с датчика угла 1, сигнал угловой скорости ωφ снимается с датчика угловой скорости 2, сигнал задающего воздействия φзад формируется задатчиком угла 3. Коэффициенты К1 и К2 и сигнал σ формируются в суммирующем усилителе 6. Цифроаналоговый преобразователь 5 преобразует цифровой сигнал К1∆φ в аналоговую форму.

Исполнительное устройство 7 отрабатывает суммарный аналоговый управляющий сигнал σ, отклоняя рулевые органы на величину δ.

Значительная часть системы управления несложно реализуется алгоритмически, все звенья и блоки могут быть также реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например, по [3, 4].

Предложенная бортовая цифроаналоговая система управления летательным аппаратом позволяет расширить функциональные возможности системы и повысить точность управления.

Источники информации

1. Э.Я.Соловей, А.В.Храпов. Динамика систем наведения управляемых авиабомб. М.: Машиностроение, 2006, с.216.

2. Патент РФ №2305308, 27.08.07 г., кл. G05D 1/08.

3. В.Б.Смолов. Функциональные преобразователи информации. Л., Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981, с.22, 41.

4. А.У.Ялышев, О.И.Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: Машиностроение, 1981, с.107, 126.

Бортовая цифроаналоговая система управления летательным аппаратом (ЛА), содержащая датчик угла, датчик угловой скорости и последовательно соединенные задатчик угла, блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и исполнительное устройство, отличающаяся тем, что она содержит элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом датчика угла, а выход - со вторым входом блока сравнения, при этом для передаточной функции замкнутой системы автоматического управления (САУ) вида:

где Wa - передаточная функция системы автоматического управления, τоб - величина постоянной времени инерционной части объекта управления (ЛА),
величина времени запаздывания τэз элемента запаздывания обратной связи составляет τэз=(0,1÷0,4)τоб.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сведению к минимуму динамических нагрузок на конструкцию самолета, создаваемых внешним возбуждением. .

Автопилот // 2400795
Изобретение относится к области управления вращающимися по крену ракетами с одноканальным управлением. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах радиолокации, ближней и дальней навигации. .

Изобретение относится к системам управления беспилотными объектами и может быть использовано в системах управления движением объекта в вертикальной плоскости. .

Изобретение относится к области авиакосмического приборостроения и может найти применение при проектировании бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах управления подвижными объектами. .

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования различными объектами. .

Изобретение относится к области судовождения и касается автоматического управления движением корабля без хода в вертикальной плоскости. .

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

Изобретение относится к летательным аппаратам с крыльями. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации летательных аппаратов (ЛА)

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах высокоточного управления движением центра масс подвижных объектов

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для ориентации антенн мобильных и стационарных станций связи

Изобретение относится к автоматизированному контролю и управлению горными машинами в условиях добывающих предприятий

Изобретение относится к авиационному приборостроению и может быть использовано в бортовом оборудовании летательных аппаратов (ЛА)

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

Изобретение относится к построению дозвуковых летательных аппаратов, преимущественно беспилотных, к средствам управления летательными аппаратами, и служит для повышения их безопасности и надежности

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при проведении измерений, при фотосъемке и в ряде других областей для фиксации взаимного углового положения объектов в определенные моменты времени, например фотокамеры и объекта съемки, в случаях, когда стабилизировать взаимное угловое смещение объектов механическими средствами невозможно или нецелесообразно

Изобретение относится к области производства подводных работ с использованием буксируемых подводных аппаратов, преимущественно оснащенных гидроакустической измерительной аппаратурой

Изобретение относится к способу и системе управления системой сельхозмашин

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

Наверх