Способ формирования сигнала управления угловым движением беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления



Способ формирования сигнала управления угловым движением беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2532719:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") (RU)

Изобретение относится к бортовым устройствам для систем автоматического управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Техническим результатом является повышение устойчивости процессов управления. Устройство управления содержит задатчик сигнала управления, три блока вычитания и три усилителя, сумматор, противоизгибный фильтр, измеритель угла, измеритель угловой скорости, два формирователя модульной функции, блок выделения сигнала положительной полярности, масштабный усилитель с зоной нечувствительности и управляемый ключ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к бортовым устройствам для систем автоматического управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА).

Известен способ формирования сигнала управления, заключающийся в том, что задают сигнал управления, измеряют сигналы углового положения и угловой скорости, формируют сигнал рассогласования между измеренным сигналом углового положения и заданным сигналом управления, усиливают сигналы рассогласования и угловой скорости и формируют выходной сигнал управления суммированием усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости [1].

Известно устройство управления систем автоматического управления БПЛА, в котором содержится блок задающего воздействия, блок вычитания, суммирующий усилитель, датчики состояния [1].

Недостатком известных способа и устройства управления является ограниченность функциональных возможностей в условиях возникновения значительных угловых рассогласований, обусловленных нештатной ситуацией, а также в связи с техническими ограничениями, характерными для интервалов времени отхода БПЛА от носителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ формирования сигнала управления БПЛА, заключающийся в том, что задают сигнал управления, измеряют сигналы углового положения и угловой скорости, формируют сигнал рассогласования между измеренным сигналом углового положения и заданным сигналом управления, усиливают сигналы рассогласования и угловой скорости, формируют базовый сигнал управления суммированием усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости, формируют выходной сигнал управления посредством противоизгибной фильтрации базового сигнала управления [2].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство формирования сигнала управления БПЛА, содержащее последовательно соединенные задатчик сигнала управления, первый блок вычитания и первый усилитель, последовательно соединенные сумматор и противоизгибный фильтр, выход которого является выходом устройства, измеритель угла, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, и последовательно соединенные измеритель угловой скорости и второй усилитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора [2].

Недостатками известных способа и устройства являются ограниченные функциональные возможности в условиях существенного изменения условий полета по скорости и высоте, при аппаратурных ограничениях значений параметров цифроаналоговых элементов и наличии отказов по превышению сигналов углового рассогласования, что может привести к срыву устойчивости в целом.

Технической задачей, решаемой в предлагаемых способе и устройстве, является повышение устойчивости процессов управления и расширение функциональных возможностей с учетом возникновения отказных ситуаций при многофакторных условиях полета.

Неотъемлемой составной частью синтеза контура угловой стабилизации является учет разбросов параметров и факторов упругости объекта. Эти обстоятельства в совокупности с отказной ситуацией определяют необходимость в идентификации состояния объекта управления и системы управления в целом. Предложенным построением обеспечивается адаптация параметров устройства и функционально-логическое их изменение, что обеспечивает повышение устойчивости и качества процессов управления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования сигнала управления БПЛА, состоящий в том, что задают сигнал управления, измеряют сигналы углового положения и угловой скорости, формируют сигнал рассогласования между измеренным сигналом углового положения и заданным сигналом управления, усиливают сигналы рассогласования и угловой скорости, формируют базовый сигнал управления суммированием усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости, формируют выходной сигнал управления посредством противоизгибной фильтрации базового сигнала управления, дополнительно задают опорный сигнал, выделяют сигналы модульных функций сигнала рассогласования и заданного сигнала управления, формируют разность сигналов модульных функций сигнала рассогласования и заданного сигнала управления при превышении указанной разности опорного сигнала, масштабируют разностный сигнал, формируют дополнительную компоненту сигнала рассогласования дополнительным усилением при положительной полярности масштабированного разностного сигнала, полученную дополнительную компоненту вычитают из усиленного сигнала рассогласования и формируют реверсивное исключение дополнительной компоненты при отрицательной полярности масштабированного разностного сигнала, при этом коэффициент масштабирования Kм=1,1-1,4, а коэффициент дополнительного усиления ΔK1=(0,5-0,8)K1, где K1 - коэффициент усиления сигнала рассогласования.

Указанный технический результат достигается и тем, что в известное устройство формирования сигнала управления БПЛА, содержащее последовательно соединенные задатчик сигнала управления, первый блок вычитания и первый усилитель, последовательно соединенные сумматор и противоизгибный фильтр, выход которого является выходом устройства, измеритель угла, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, и последовательно соединенные измеритель угловой скорости и второй усилитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, дополнительно введены последовательно соединенные первый формирователь модульной функции, вход которого соединен с выходом задатчика сигнала управления, второй блок вычитания, блок выделения сигнала положительной полярности, масштабный усилитель с зоной нечувствительности, управляемый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, третий усилитель и третий блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход - со входом сумматора, и второй формирователь модульной функции, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, а выход - со вторым входом второго блока вычитания.

Действительно, при этом обеспечивается отработка сигналов управления с максимальным качеством в широком диапазоне изменения высоты и скорости полета БПЛА, а также при возникновении отказных ситуаций по угловому рассогласованию.

На чертеже представлена блок-схема устройства формирования сигнала управления угловым движением БПЛА с реализацией способа.

Устройство содержит последовательно соединенные задатчик сигнала управления 1 (ЗСУ), первый блок вычитания 2 (1БВ) и первый усилитель 3 (1У), последовательно соединенные сумматор 4 (С) и противоизгибный фильтр 5 (ПИФ), выход которого является выходом устройства, измеритель угла 6 (ИУ), выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания 2, и последовательно соединенные измеритель угловой скорости 7 (ИУС) и второй усилитель 8 (2У), выход которого соединен со вторым входом сумматора 4, последовательно соединенные первый формирователь модульной функции 9 (1ФМФ), вход которого соединен с выходом задатчика сигнала управления 1, второй блок вычитания 10 (2БВ), блок выделения сигнала положительной полярности 11 (БВСПП), масштабный усилитель с зоной нечувствительности 12 (МУЗН), управляемый ключ 13 (УК), второй вход которого соединен с выходом первого блока вычитания 2, дополнительный третий усилитель 14 (ЗУ) и третий блок вычитания 15 (ЗБВ), второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 3, а выход - со входом сумматора 4, и второй формирователь модульной функции 16 (2ФМФ), вход которого соединен с выходом первого блока вычитания 2, а выход - со вторым входом второго блока вычитания 10.

Устройство формирования сигнала управления угловым движением БПЛА, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Основные каналы сформированы на базе аналоговых звеньев. Сигналы управления φу от задатчика 1 и текущего положения φ от измерителя угла 6 поступают на первый блок вычитания 2, с выхода которого сигнал рассогласования Δφ

поступает на первый усилитель 3, который формирует базовую компоненту сигнала управления по рассогласованию u1

где K1 - передаточный коэффициент усилителя 3.

Компонента сигнала управления по угловой скорости u2 формируется во втором усилителе 8:

где ωz - сигнал угловой скорости, получаемый от измерителя угловой скорости 7;

K2 - передаточный коэффициент по угловой скорости второго усилителя 8.

В сумматоре 4 все компоненты сигнала управления суммируются, формируя сигнал u, который фильтруется противоизгибным фильтром 5, вырабатывая выходной сигнал устройства uвых.

Значения передаточных коэффициентов K1 и K2 определены исходя из условий обеспечения устойчивости переходных процессов с учетом ограничений по упругости конструкции БПЛА. Управляемый переключатель 13 разомкнут.

При возникновении высоких значений сигналов управления φу от задатчика 1 и больших начальных значений рассогласований Δφ в блоке 2 устройства, имеющего технические ограничения, возможен срыв устойчивого движения и возникновение отказной ситуации.

Предлагаемое техническое решение позволяет исключить возникновение указанной отказной ситуации. Блоки 9 и 16 соответственно выделяют сигналы модульных функций φу и Δφ.

Второй блок вычитания 10 формирует разность полученных сигналов:

Блок 11 выделяет положительную составляющую а 2 сигнала a 1, свидетельствующую о превышении сигнала |Δφ| над сигналом |φу| и о возможном отказе и срыве процесса управления.

Сигнал а 2 усиливается масштабным усилителем 12 с зоной нечувствительности ε и с коэффициентом усиления Kм=(1,1÷1,4). Сигнал А на выходе масштабного усилителя 12 вызывает коммутацию ключа 13 на замыкание, подключая дополнительную компоненту сигнала управления по рассогласованию Δφ через дополнительный третий усилитель 14 с коэффициентом ΔK1 к третьему блоку вычитания 15.

На выходе блока 15 формируют сигнал u

Сигнал u поступает на сумматор 4, на выходе которого формируется сигнал и

Сигнал u фильтруется противоизгибным фильтром 5, выход которого является выходным сигналом устройства uвых.

Необходимо отметить, что решение основано на уменьшении общего коэффициента сигнала рассогласования, который при приближении к отказной ситуации становится равным (K1-ΔK1). При этом ΔK1=(0,5÷0,8)·K1. Такое решение позволяет находиться в области устойчивости с удалением от границы устойчивости. В дальнейшем при отработке заданного сигнала φу сигнал Δφ уменьшается и становится меньше ε, ключ 13 размыкается, восстанавливая общий передаточный коэффициент по Δφ, равный K1, т.е. восстанавливая качество работы устройства. Воспользоваться изменением коэффициента K2 затруднительно в условиях управления БПЛА с учетом упругих колебаний во избежание выхода за границу области устойчивости.

Все составные операции способа, звенья и блоки устройства формирования сигнала управления могут быть выполнены на современных элементах автоматики и вычислительной техники [3, 4], а также и программно-алгоритмически в бортовых вычислительных машинах БПЛА.

Предложенные способ формирования сигнала управления угловым движением беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления решают проблему отказных ситуаций.

Источники информации

1. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. / Под ред. Г.С. Бюшгенса. М.: Наука. Физматлит, 1998, с.443.

2. Патент РФ №2338236, кл. G05D 1/08, 10.11.2008 г.

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.

1. Способ формирования сигнала управления угловым движением беспилотного летательного аппарата, состоящий в том, что задают сигнал управления, измеряют сигналы углового положения и угловой скорости, формируют сигнал рассогласования между измеренным сигналом углового положения и заданным сигналом управления, усиливают сигналы рассогласования и угловой скорости, формируют базовый сигнал управления суммированием усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости, формируют выходной сигнал управления посредством противоизгибной фильтрации базового сигнала управления, отличающийся тем, что выделяют сигналы модульных функций сигнала рассогласования и заданного сигнала управления, формируют разность сигналов модульных функций сигнала рассогласования и заданного сигнала управления при превышении указанной разности зоны нечувствительности, масштабируют разностный сигнал, формируют дополнительную компоненту сигнала рассогласования дополнительным усилением при положительной полярности масштабированного разностного сигнала, полученную дополнительную компоненту вычитают из усиленного сигнала рассогласования и формируют реверсивное исключение дополнительной компоненты при отрицательной полярности масштабированного разностного сигнала, при этом коэффициент масштабирования Kм=1,1-1,4, а коэффициент дополнительного усиления ΔK1=(0,5-0,8)K1, где K1 - коэффициент усиления сигнала рассогласования.

2. Устройство формирования сигнала управления угловым движением беспилотного летательного аппарата, содержащее последовательно соединенные задатчик сигнала управления, первый блок вычитания и первый усилитель, последовательно соединенные сумматор и противоизгибный фильтр, выход которого является выходом устройства, измеритель угла, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, и последовательно соединенные измеритель угловой скорости и второй усилитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные первый формирователь модульной функции, вход которого соединен с выходом задатчика сигнала управления, второй блок вычитания, блок выделения сигнала положительной полярности, масштабный усилитель с зоной нечувствительности, управляемый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, третий усилитель и третий блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход - со входом сумматора, и второй формирователь модульной функции, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, а выход - со вторым входом второго блока вычитания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бортовому радиоэлектронному оборудованию. Техническим результатом является повышение надежности.
Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при управлении беспилотными летательными аппаратами (БЛА). Технический результат - повышение эффективности управления путем независимого ввода дополнительных поправок в каждый из приводов наведения БЛА и повышение точности наведения.

Группа изобретений относится к способу соединения гофрированного шланга с корпусом. В корпусе выполняют высверленное отверстие с диаметром, меньшим чем наружный диаметр гофрированного шланга, и заправляют или запрессовывают гофрированный шланг в отверстие.

Изобретение относится к технике управления и может применяться для наведения летательных аппаратов (ЛА) на радиоизлучающие воздушные цели с использованием угломерных двухпозиционных радиолокационных систем.

Изобретение относится к средствам управления, а более конкретно - к системам поиска, обнаружения, опознавания и слежения, получившим широкое распространение во многих областях народного хозяйства и в военной технике.

Изобретение относится к системам управления и может быть использовано при разработке систем управления подвижными объектами, обеспечивающих их перемещение по заданной траектории с заданной скоростью в неопределенных средах.

Изобретение относится к области оценки функциональных возможностей движущегося тела или летательного аппарата. Технический результат заключается в оценке траектории подвижного объекта после регистрации события, или при изменении цели, для которого необходимо осуществление угловых перемещений.

Изобретение относится к автоматическому управлению движением транспортных средств вдоль заданного токонесущим проводом направления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения возможности использования транспортного средства с адресацией мест его остановки.

Изобретение относится к авионике - к приборам сигнализации об опасности сближения с землёй или с высоким препятствием. Технический результат заключается в уменьшении размеров антенны за счет выбора большой рабочей частоты и уменьшении мощности передатчика и чувствительности приёмника.

Изобретение относится к области судовождения. Система содержит приемник (1) спутниковой навигационной системы, задатчик (2) маршрута с выходами заданного сигнала путевого угла (ПУ) и заданного угла φзд угла курса, регулятор (3) угла δзд перекладки руля, рулевой привод (4), регулятор (5) оборотов nзд гребного вала, привод (6) гребного вала, регулятор (7) оборотов nподр, подруливающего устройства, подруливающее устройство (8), блок (9) сравнения, блок (10) разностей, блок (11) коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов nзд гребного вала, оборотов nподр подруливающего устройства, блок (12) четырех секторов граничных значений углов положения вектора путевого угла (ПУ), формирователь (13) коэффициентов управления и судно (14), соединенные между собой.

Изобретение относится к области авиации, в частности к области способов помощи в навигации для определения траектории летательного аппарата. Технический результат - ограничение использования процедур увода при потере спутниковой навигационной информации, что позволяет уменьшить насыщенность воздушного пространства и ограничить затраты и продолжительность полетов.

Изобретение относится к электронной технике и автоматике и может использоваться в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных физических величин.

Изобретение относится к управлению самолетами при выполнении боевых задач. Способ маневра боевого самолета включает взлет и полет основного боевого самолета и взлет и полет самолетов уменьшенных размеров с компьютерным управлением со своим боевым комплектом, которые позиционно располагают по окружности на определенном расстоянии от направления полета основного самолета с возможностью перемещения их по этой окружности и с возможностью увеличения диаметра полетной окружности.

Изобретение относится к комплексной системе управления траекторией летательного аппарата при заходе на посадку. Система включает инерциальную навигационную систему, систему воздушных сигналов, индикатор посадочных сигналов (ИПС), блок комплексной обработки информации (КОИ), спутниковую навигационную систему, блок памяти, блок определения параметров взлетно-посадочной полосы (ВПП), блок определения местоположения виртуального курсо-глиссадного радиомаяка (ВКГРМ), блок определения пеленга и дальности ВКГРМ, первый и второй сумматоры, блок определения угла места ВКГРМ.

Изобретение относится к бортовому оборудованию летательных аппаратов. Комплекс бортового оборудования вертолета содержит комплексную систему электронной индикации и сигнализации, пилотажный комплекс вертолета, пилотажно-навигационную аппаратуру, систему управления общевертолетным оборудованием, информационный комплекс высотно-скоростных параметров, пульты управления общевертолетным оборудованием, систему регулирования внутрикабинного освещения, интегрированную систему резервных приборов, ответчик системы управления воздушным движением, малогабаритную систему сбора и регистрации, комплекс средств связи, генератор цифровых карт, метеонавигационную радиолокационную систему, систему раннего предупреждения близости земли, бортовую систему диагностики вертолета, комплект внутреннего светотехнического и светосигнального оборудования, пульты-вычислители навигационные, аварийные спасательные радиомаяки, систему табло аварийной и уведомляющей сигнализации, основной канал информационного обмена, аудиоканал информационного обмена.

Изобретение относится к устройствам управления для бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами с реализацией режимов координированных разворотов. Технический результат - повышение статической и динамической точности управления. Предложенным построением устройства управления достигается функциональная возможность варьирования интенсивностью управления при изменении задающих воздействий в широких пределах. Устройство управления содержит датчик угла крена, датчик угловой скорости по крену, датчик угла курса, датчика угловой скорости по курсу, первый и второй суммирующие усилители, задатчик сигнала управления по курсу, первый и второй блоки вычитания, инвертирующий усилитель, первый и второй нелинейные элементы с ограничением, нелинейный элемент с зоной нечувствительности, усилитель и ограничитель сигнала. 1 ил.

Настоящее изобретение относится в целом к погрузочно-разгрузочным устройствам и в частности к системам и способам, объединяющим данные по зонам обнаружения в дополнительные беспроводные средства дистанционного управления погрузочно-разгрузочными устройствами. Технический результат - улучшение характеристик эксплуатации погрузочно-разгрузочного устройства. Способ эксплуатации погрузочно-разгрузочного устройства использует множественные зоны обнаружения, заключающийся в: - определении первой зоны обнаружения, покрывающей область, как минимум частично расположенную спереди от движущегося вперед устройства; - определении второй зоны обнаружения, покрывающей область, как минимум частично расположенную спереди от движущегося вперед устройства; - выполнении первого действия, если в первой зоне обнаружения было определено недопустимое препятствие; и выполнении второго действия, отличного от первого, если во второй зоне обнаружения было определено недопустимое препятствие. Способ предусматривает, что первая и вторая зоны обнаружения определяются при помощи как минимум одного бесконтактного датчика препятствий, передающего информацию на контроллер, настроенный на управление как минимум одним параметром погрузочно-разгрузочного устройства. 5 н. и 33 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к информационным спутниковым системам (ИСС) различного назначения, задачи которых в общем аспекте сводятся к обеспечению обзора (непрерывного или периодического) планеты, в частности Земли. В предлагаемой ИСС спутники для обзора области заданного широтного пояса с более низкими широтами выводят на орбиты с наклонением меньшим, чем наклонение орбит, на которые выводят спутники для обзора области с более высокими широтами. Высокоширотными спутниками осуществляют также обзор областей с указанными более низкими широтами. Целесообразность такого построения ИСС обусловлена тем фактом, что полосы обзора вдоль соседних трасс спутников сближаются и перекрываются с ростом широты. Орбиты спутников могут быть выбраны близкими к круговым со средней высотой, различной для высокоширотных и низкоширотных спутников. Существенным условием построения ИСС является равенство скоростей регрессии линии узлов орбит всех спутников. Это условие обеспечивает сохранение структуры ИСС (заданного разнесения плоскостей орбит по долготе восходящего узла). Тем самым достигается уменьшение потребного числа спутников в ИСС и/или потребной ширины полосы обзора. При заданном числе спутников в ИСС и фиксированной ширине полос обзора повышаются характеристики наблюдения (снижение периодичности обзора, повышение точности навигационного поля и др.). Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности ИСС путем уменьшения неоднородности по широте условий наблюдения спутниками поверхности планеты. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к космическим системам (КС) обслуживания спутниковых систем (СС) различного назначения (мониторинга, навигации, связи и др.). Предлагаемая КС содержит средства обслуживания на орбитах базирования, каждой из которых поставлена в соответствие своя область обслуживания. Эта область является подмножеством всего множества спутников на их орбитах, обслуживаемых КС за некоторый временной период. Орбиты и число спутников, вообще говоря, меняются со временем. Орбиты базирования и соответствующие им области обслуживания м.б. выбраны (оценены) заранее (на основе прогнозирования эволюции СС) исходя из тех или иных условий оптимальности обслуживания. При этом орбиты базирования имеют одинаковые скорости регрессии линии узлов, различаясь, вообще говоря, по другим параметрам: наклонениям, большим полуосям, долготам восходящего узла и т.д. Этот фактор содействует охвату множества областей обслуживания миним. числом средств обслуживания. Последние м.б. выполнены с возможностью возврата на орбиты базирования по завершении обслуживания ими спутников. Технический результат группы изобретений состоит в построении такой КС обслуживания, которая была бы максимально универсальной и в то же время оптимальной для широкого класса СС. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. Устройство содержит установленные на подводном аппарате (1) движители вертикального (2) и горизонтального (3) перемещений, телекамеру (4), выполненную с возможностью поворота, датчик (5) положения угла поворота телекамеры, первый (6), второй (7) и третий (8) нелинейные функциональные преобразователи, блок (9) управления движителями, датчик (10) расстояния, вручную коммутируемый ключ (11), пороговый элемент (12), электронно-управляемый переключатель (13). Повышается надежность и точность подхода подводного аппарата к обнаруженному объекту. 1 ил.
Наверх