УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1995 года по МПК H05K10/00 

Изобретение относится к устройствам автоматического управления и может быть использовано при построении систем управления летательных аппаратов.

Для управления движением центра масс летательного аппарата используется информация о векторе кажущегося ускорения. В этом случае в неизбыточном варианте необходимо реализовать на летательном аппарате измерительный базис, образуемый системой трех векторов, связанных с осями чувствительности одностепенных акселерометров.

Для повышения точности и надежности работы систем управления летательных аппаратов широко применяется резервирование как каналов управления в целом, так и входящих в них акселерометров. Известна система управления, где для управления движением центра масс летательного аппарата включены три идентичных канала управления, причем в каждом канале используется по три акселерометра, при этом число акселерометров получается равным девяти. (Системы наведения. Под ред. Л.А.Майбороды и В.М.Миронова. МО СССР, 1986, с.294-295). Для определения отказавшего акселерометра в полете летательного аппарата в каждом канале производится сравнение выходных сигналов трех акселерометров. Такое резервирование позволяет сохранить работоспособность системе управления летательного аппарата лишь при отказе только одного акселерометра из девяти размещаемых на объекте.

Это приводит к увеличению массогабаритных показателей измерительных комплексов систем управления летательных аппаратов.

Известно устройство для контроля и резервирования акселерометров в системе управления движением центра масс летательного аппарата, содержащее в измерительном комплексе шесть акселерометров, три акселерометра подключены к коммутатору, а остальные три к трем суммирующим устройствам, к входам которых подключены и выходы коммутатора, выходы суммирующих устройств соединены с входами коммутатора и тремя компараторами нуля, выходы которых подключены к дешифратору, а три выхода дешифратора к коммутатору, три выхода которого соединены с вычислительным устройством системы управления. (Авторское свидетельство СССР N 302679, кл. G 05 B 13/00, 1988). Выбранная ориентация акселерометров и алгоритмы обработки информации с них позволяют сохранить работоспособность системе управления летательного аппарата при отказе одного акселерометра из шести размещаемых на объекте.

Размещение шести акселерометров на летательном аппарате также увеличивает массогабаритные показатели измерительного комплекса системы управления, состоящего из шести измерителей.

Цель изобретения снижение массогабаритных показателей измерительного комплекса системы управления летательного аппарата.

Это достигается тем, что в устройство для контроля и резервирования акселерометров в системе управления летательного аппарата, содержащего пять акселерометров, первый, второй и третий из которых подключен к коммутатору, первые три выхода которого подключены к вычислительному устройству, а оставшиеся четвертый, пятый и шестой выходы коммутатора соединены с тремя суммирующими устройствами, выходы которых подключены соответственно к трем компараторам нуля, выходы которых соединены с дешифратором, три выхода которого подключены к коммутатору, введены два суммирующих устройства и два компаратора нуля, выход каждого из введенных суммирующих устройств соединен соответственно с входом введенного компаратора нуля, выход первого суммирующего устройства подключен к входу коммутатора, четвертый выход которого подключен к входу первого и второго, а также к двум входам четвертого и пятого суммирующих устройств, пятый выход коммутатора подключен к входу первого и второго, а также к двум входам третьего и пятого суммирующих устройств, пятый выход коммутатора подключен к входу первого и второго, а также к двум входам третьего и пятого суммирующих устройств, шестой выход коммутатора подключен к входу первого и второго, а также к двум входам третьего и четвертого суммирующих устройств, выход четвертого акселерометра соединен с входами первого, третьего, четвертого и пятого суммирующих устройств, а выход пятого акселерометра соединен с входами второго, третьего, четвертого и пятого суммирующих устройств, все пять выходов дешифратора подключены к входам вычислительного устройства.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства для контроля и резервирования акселерометров в системе управления, содержащего пять акселерометров 1-5, коммутатор 6, пять суммирующих блоков 7-11, пять компараторов нуля 12-16, дешифратор 17 и вычислитель кажущегося ускорения 18.

Оси чувствительности акселерометров 1-3 образуют ортогональную систему координат XYZ с началом в точке 0. Ось чувствительности акселерометра 4 OS₁ ориентирована так, что образует углы с осями чувствительности акселерометров 1-3 соответственно γ_4-1, β_4-2 α_4-3. Ось чувствительности акселерометра 5 ОS₂ориентирована так, что образует углы с осями чувствительности акселерометров 1-3 соответственно γ_5-1, β_5-2 α_5-3. Причем γ_4-1 γ_5-1, β_4-2 ≠ β_5-2, α_4-3 ≠ α_5-3. Все углы не равны нулю.

Очевидно, что для управления движения центра масс летательного аппарата с устройства для контроля и резервирования акселерометров необходимо выдавать в систему управления достоверную информацию о величине кажущегося ускорения W или кажущейся скорости V (в случае интегрирующего акселерометра), относительно осей OX, OY и OZ, т.е. с акселерометров 1-3.

Устройство для контроля и резервирования акселерометров в системе управления работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства для контроля и резервирования выходы акселерометров 1-3 подключены коммутатором 6 к вычислителю кажущегося ускорения 18 системы управления и к соответствующим входам суммирующих устройств 7-11 (см.фиг.1 и 2). Суммирующие устройства 7 и 8 реализуют следующие функции:
I I_S1 I_X cos γ_4-1 I_Y cos β_4-2
I_Z cos α_4-3 (1)
I I_S2 I_Zx cos γ_5-1 I_Y cos β_5-2
I_Z cos α_5-3 (2) где I , I выходные сигналы суммирующих устройств 7,8;
I_X, I_Y, I_Z, I_S1, I_S2 выходные сигналы акселерометров 1-5.

Во время полета летательного аппарата и в случае, если показания всех акселерометров правильны (нет неисправностей или отказов), то согласно предлагаемой ориентации осей чувствительности акселерометров 1-5 и алгоритмов работы суммирующих устройств 7,8 с их выходов получим:
I I 0 (3)
Для выявления алгоритмов работы суммирующих устройств 9-11 выразим из выражения (2) с учетом (3) выходные сигналы акселерометров 1-3:
I_x= (4)
I_y= (5)
I_z= (6)
После этого подставим выражения (4), (5) и (6) последовательно в (1) с учетом (3). Тогда функции, которые выполняют суммирующие устройства 9-11, будут иметь вид
(7)
-(8)
cosα_4-3(9)
При исправной работе акселерометров 1-5 во время полета летательного аппарата с выходов суммирующих устройств 9-11 получим
I I I 0. (10)
В этом случае на выходах компараторов нуля 12-16 образуются логические нули. Дешифратор 17 не является полным, т.е. нулевая комбинация, поступающая на его вход, относится к неиспользуемой (см.фиг.2). Поэтому в вычислитель 18 системы управления движением центра масс летательного аппарата будет выдаваться достоверная информация с выходов акселерометров 1-3. По показаниям трех взаимно ортогональных акселерометров 1-3 вычислитель 18 легко определяет величину кажущегося ускорения W или кажущейся скорости V как геометрическую сумму
W (11)
Используемыми комбинациями дешифратора 17 (см.фиг.2) являются 11011, 11101, 11110, 10111, 01111 (младший разряд слева). Данные комбинации входных сигналов у дешифратора 17 возникают в случае появления неисправностей (отказов) акселерометров 1-5. Итак, в случае отказа акселерометра 1 появляется код 11011, акселерометра 2 11101, акселерометра 3 11110, акселерометра 4 10111, акселерометра 5 01111. Коды взаиморазличимы. В случае появления отказов акселерометров 4 или 5, т.е. появления кодов 10111 или 01111 с дешифратора 17 идет предупреждение об отказе акселерометра 4 или 5 (у дешифратора 17 возбуждается выход 29 или 30) в вычислитель 18 системы управления, а величина вектора кажущегося ускорения определяется в вычислителе 18 по алгоритму (11).

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в случае отказа акселерометра 1 (отказы акселерометров 2 и 3 аналогичны по принципу работы). При этом, согласно выражениям (1), (2), (8) и (9), на выходах суммирующих устройств 7,8,10 и 11 (см.фиг.1) появляется сигнал, отличный от нулевого. Компараторами нуля 12, 13, 15 и 16 вырабатываются логические единицы, компаратором нуля 9 логический нуль. На вход дешифратора 17 (см.фиг.2) поступает код 11011, у которого возбуждается выход 27, сигналом которого идет предупреждение об отказе акселерометра 1 в вычислитель 18, а также обеспечивается открытие транзистора Т1 в коммутаторе 6 и срабатывает реле К1. Контактами К1 обеспечивает отключение выхода акселерометра 1 от входов суммирующих устройств 7,8,10, 11 и от вычислителя 18 системы управления, одновременно контактами этого же реле К1 на вход вычислителя 18 подключается выход суммирующего устройства 7. Эта величина будет равна
I I_S1 I_Ycosβ_4-2 I_Zcosα_4-3 (12)
В этом случае величина кажущегося ускорения будет вычисляться в блоке 18 по алгоритму
W (13)
В случае отказа акселерометра 2 идет предупреждение об этом отказе в вычислитель 18, а также на вход блока 18 подключается выход суммирующего устройства 7. Алгоритм работы блока 18 в этом случае
W (14)
В случае отказа акселерометра 3 идет предупреждение об этом отказе в вычислитель 18, а также на вход блока 18 подключается выход суммирующего устройства 7. Алгоритм работы блока 18 в этом случае
W (15)
Тем самым устройство для контроля и резервирования акселерометров в системе управления сохраняет свою работоспособность в случае отказа одного из пяти акселерометров.

Изобретение может быть использовано при построении систем управления современных летательных аппаратов. Изобретение позволяет снизить массогабаритные показатели измерительного комплекса системы управления летательного аппарата за счет снижения количества применяемых в нем акселерометров, а также повысить надежность его работы. Для этого в устройстве применена своеобразная ориентация осей чувствительности пяти акселерометров 1-5, соединения выходов акселерометров 1-3 с коммутатором 6, а через него с входами суммирующих блоков 7-11 и с вычислителем кажущегося ускорения 18, кроме того, выходы акселерометров 4 и 5 напрямую соединены с входами суммирующих блоков 7-11, выходы которых соединены соответственно с компараторами нуля 12-16, а выход первого суммирующего блока 7, кроме того, соединен с входом коммутатора 6, выходы компараторов нуля 12-16 соединены с дешифратором 17, пять выходов которого соединены с вычислителем 18, а три выхода подключены к коммутатору 6. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащее пять акселерометров и вычислитель кажущегося ускорения, отличающееся тем, что в устройство введены пять суммирующих блоков, пять компараторов нуля, дешифратор и коммутатор, подключенный первым, вторым и третьим выходами к соответствующим информационным входам вычислителя кажущегося ускорения, четвертым выходом к первым входам первого и второго суммирующих блоков и к объединенным первому и второму входам третьего и четвертого суммирующих блоков, пятый выходом к вторым входам первого и второго суммирующих блоков, третьему и четвертому входам третьего суммирующего блока и первому и второму входам пятого суммирующего блока, шестым выходом к третьим входам первого и второго суммирующих блоков, третьему и четвертому входам четвертого суммирующего блока и третьему и четвертому входам пятого суммирующего блока, выходы первого, второго и третьего акселерометров связаны с соответствующими информационными входами коммутатора, подключенного первым, вторым и третьим управляющими входами соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам вычислителя кажущегося ускорения и к соответствующим выходам дешифратора, а четвертым информационным входом к выходу первого суммирующего блока и первому входу первого компаратора нуля, связанного выходом с первым входом дешифратора, выходы второго, третьего, четвертого и пятого суммирующих блоков соединены с первыми входами соответствующих компараторов нуля, подключенных вторыми входами к шине нулевого потенциала, а выходами к соответствующим входам дешифратора, связанного четвертым и пятым выходами с четвертым и пятым управляющими входами вычислителя кажущегося ускорения, выход четвертого акселерометра подключен к четвертому входу первого суммирующего блока и к пятым входам третьего, четвертого и пятого суммирующих блоков, выход пятого акселерометра соединен с четвертым входом второго суммирующего блока и шестыми входами третьего, четвертого и пятого суммирующих блоков.