СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БОКОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1997 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в частности к системам управления, обеспечивающим обход препятствий рельефа местности летательными аппаратами в маловысотном полете.

Известны системы управления, обеспечивающие отработку заданного бокового отклонения, приведенные в книгах Байбородина Ю.В. "бортовые системы управления полетом" М. Транспорт, 1975 [1][2]
В качестве прототипа принимается система, описанная в [2]
Структурная схема данной системы, приведенная на фиг.1, содержит задатчик параметров бокового отклонения (ЗПБО), датчик координат и скорости (ДКС), блок разности (БР).

Сигнал заданного бокового отклонения Z₃, выдаваемый программно или вручную оператором с выходом ЗПБО, поступает на третий вход БР, на первый и второй входы которого с первого и второго выходов ДКС поступают сигналы текущего бокового отклонения Z и текущей боковой скорости .

На выходе БР формируется сигнал , подаваемый в смежную систему стабилизации, имеющий передаточную функцию:

где
Z_y управляющий сигнал,
g ускорение силы тяжести,
C₁, C₂ постоянные коэффициенты,
p оператор дифференцирования.

При
в замкнутом контуре навигации будет движение
Z(B₄P⁴ + B₃P³+B₂P² +B₁P+1)=ZR(p)=Z₃.

Если Z₃ является заданной траекторией обхода препятствий - функцией времени, например, Z₃= Asinωt, а R(p)=(Tp+1)⁴, то амплитуда по Z₃ имеет вид:

соответственно, например, при T²ω²0,05, A=1000 погрешность dA_z0,1A=100 м, наличие таких погрешностей, например, в режиме обхода препятствий является недостатком системы прототипа, так как существенно уменьшает показатели безопасности.

Технико-экономичиским эффектом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является повышение точности управления. Достигается это тем, что в систему управления, содержащую последовательно соединенные по первому и второму выходам-входам датчик координат и скоростей и первый блок разности, а также задатчик параметров бокового отклонения, дополнительно введены задатчик параметров замкнутого контура, блок формирования сигнала прогнозирования и блок формирования сигнала и параметрических производных, на первый-пятый входы которого подключены соответственно первый-пятый выходы задатчика параметров бокового отклонения, на один и другой вход которого подключены соответственно первый и третий выходы датчика координат и скоростей, причем первый-пятый выходы задатчика параметров замкнутого контура подключены к первому-пятому входам блока формирования сигнала прогнозирования, на третий вход первого блока разности подключен первый выход блока формирования сигнала управления и параметрических производных, второй-пятый выходы подключены к шестому-девятому входам блока формирования сигнала прогнозирования, на десятый вход которого подключен четвертый выход датчика координаты и скорости, выход блока формирования сигнала прогнозирования подключен к четвертому входу первого блока разности, а на шестой вход блока формирования сигнала управления и параметрических производных подключен третий датчик координат и скоростей.

На фиг.1 представлена блок-схема прототипа, обозначения входящих блоков приведены выше; на фиг.2 блок-схема предлагаемой системы, содержащей:
1- датчик координат и скоростей ДКС:
2 Первый блок разности БР1, 3 задатчик параметров бокового отклонения ЗПБО, 4 блок формирования сигнала управления и параметрических производных БФСУПП, 5 блок формирования сигнала прогнозирования БФСП, 6 задатчик параметров замкнутого контура ЗПЗК; на фиг.3 блок-схема БФСУПП 4, содержащего:
7 второй блок разности БР2, 8 первый блок умножения БУ1, 9 блок возведения в степень БВС, 10 блок суммирования БС;
на фиг.4 блок-схема БФСП 5, содержащего:
11 второй блок умножения БУ2, 12 блок суммирования и разности БСР, 13 блок извлечения корня квадратного БИКК, 14 блок деления БД.

Система работает следующим образом.

С первого и второго выходов ДКС1 сигнал боковой координаты Z и боковой скорости поступают соответственно на первый и второй входы БР1 (2).

С третьего выхода ДКС1 сигнал продольной координаты "X" поступает на шестой вход БФСУПП 4 и на один вход ЗПБО 3, на другой вход которого поступает сигнал боковой координаты Z. В соответствии с координатами местоположения Z, X с ЗПБОЗ по первому-пятому выходам выдаются через дискетное значение "d" дискретные параметры трех точек опорной траектории обхода препятствий:

При этом, если Z₃(х)=a₀+а₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴,

Z₃₁ a₀ + a₁d + a₂d² + a₃d³ + a₄d⁴,
Z₃₂ a₀ + 2a₁d + 4a₂d² + 8a₃d³ + 16a₄d⁴,
Z₃₁ a₁ + 2a₂d + 3a₃d² + 4a₄d³.

Параметры Z₃₀, , Z₃₁, Z₃₂, поступают на первый пятый входы БФСУПП 4, в котором (см. фиг. 3):
первый вход (сигнал Z₃₀ a₀) подключен к первому входу БР2(7), к пятому входу БУ1(8) и к одиннадцатому входу БС10;
второй вход (сигнал ) подключен ко второму входу БР2(7), к шестому входу БУ1(8) и к двенадцатому входу БС10;
третий вход (сигнал Z₃₁) подключен к третьему входу БР2(7);
четвертый вход (сигнал Z₃₂) подключен к четвертому входу БР2(7);
пятый вход (сигнал ) подключен к пятому входу БР2(7);
шестой вход (сигнал x) подключен ко входу БВС9 и к четвертому входу БУ1(8).

В БР2(7) по поступившим сигналам на трех элементах разности формируются сигналы (при d const):

Сигнал a₂ с первого выхода БР2(7) поступает на седьмой вход БУ1(8) и на тринадцатый вход БС10, сигнал a₃ со второго выхода БР2(7) поступает на восьмой вход БУ1(8) и на четырнадцатый вход БС10, сигнал a₄ с третьего выхода БР2(7) поступает на девятый вход БУ1(8).

В БВС9 на трех элементах возведения в степень формируются сигналы x², x³, x⁴, которые с первого-третьего выходов БВС9 поступают на первый^oCтретий входы БУ1(8), в котором на элементах умножения формируются сигналы: a₁x; a₂x²; a₃x³; a₄x⁴; 2a₂x; 3a₃x²; 4a₄x³, 6a₃x; 12a₄x², 24a₄x, которые с первого-десятого выходов БУ1(8) поступают на первый-десятый входы БС10, и сигнал с одиннадцатого выхода БУ1(8) поступает на пятый выход БФСУПП 4.

В БС10 на элементах суммирования формируются сигналы:
f₀ Z₃(x) a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + a₄x⁴,

Сигналы f₀, f₁, f₂, f₃ с первого-четвертого выходов БС10 поступают соответственно на первый^oCчетвертый выходы БФСУПП 4. Сигнал f₀ Z₃(x) с первого выхода БФСУПП 4 поступает на третий вход БР1(2).

Сигналы параметрических производных (по параметру X) f₁, f₂, f₃, f₄ со второго-пятого выходов БФСУПП 4 поступают на шестой-девятый входы БФСП5, на первый-пятый входы которого с первого-пятого выходов ЗПЗК6 поступают сигналы заданных постоянных величин B₁, B₂, B₃, B₄, 1.

При движении с постоянным модулем скорости V const




В БФСП 5 (см. фиг.4):
первый-четвертый входы (сигналы B₁, B₂, B₃, B₄) подключены к первому-четвертому входам БУ2(II);
пятый вход (сигнал "I") подключен к пятнадцатому входу БСР12;
шестой-девятый входы (сигналы f₁, f₂, f₃, f₄) подключены соответственно к пятому-восьмому входам БУ2(II);
десятый вход (сигнал V) подключен к первому входу БД14.

В БУ2(11) на элементах умножения формируется сигнал f21

который с первого выхода БУ2(11) поступает на первый вход БСР12, где на элементе суммирования формируется сигнал (1 + f21 ), который с первого выхода БСР12 поступает на третий вход БД14 и на вход БИКК13, где формируется сигнал поступающий на второй вход БД14, в котором в соответствии с зависимостью (1) формируется сигнал который с первого выхода БД14 поступает на десятый вход БУ2(11), где в соответствии с зависимостью (2) формируется сигнал и соответственно сигнал который с одиннадцатого выхода БУ2(11) поступает на одиннадцатый вход БСР12.

Сформированный в БУ2(11) сигнал с пятнадцатого выхода БУ2(11) поступает на шестой вход БД14, где формируется реализующий зависимость (3) сигнал который со второго выхода БД14 поступает на одиннадцатый вход БУ2(11), где формируется сигнал который с двенадцатого выхода БУ2(11) поступает на двенадцатый вход БСР12.

В БУ2(11) формируются сигналы , которые со второго и третьего выходов БУ2(11) поступают на второй и третий входы БСР12, где формируется сигнал , который со второго выхода БСР12 поступает на четвертый вход БД14, где формируется реализующий зависимость (5) сигнал , который с третьего выхода БД14 поступает на двенадцатый вход БУ2(11), где формируется сигнал , который с тринадцатого выхода БУ211 поступает на тринадцатый вход БСР12.

В БУ2(11) формируются сигналы , которые с четвертого и пятого выходов БУ2(11) поступают на четвертый и пятый входы БСР12, где формируется реализующий зависимость (6) сигнал , который с четвертого выхода БСР12 поступает на девятый вход БУ2(22), где формируются сигналы , которые с шестого-десятого выходов БУ2(11) поступают на шестой-десятый входы БСР12 где формируется сигнал
,
который с третьего выхода БСР12 поступает на пятый вход БД14, реализующий зависимость (7), где формируется сигнал , который с четвертого выхода БД14 поступает на тринадцатый вход БУ2(11), где формируется сигнал , который с четырнадцатого выхода БУ2(11) поступает на четырнадцатый вход БСР12, где формируется прогнозирующий сигнал , который с пятого выхода БСР12 поступает на выход БФСП 5 и с выхода БФСП 5 сигнала Zn поступает на четвертый вход БР1(2), где формируется сигнал управления Z_y Z₃K₁ + ZnK₁ ZK₁ ZpK₂, подаваемый в смежную систему стабилизации с передаточной функцией

В замкнутом контуре управления будет движение

откуда следует, что при Z Z₃, т.е. действительное движение по Z полностью повторяет заданное.

При расхождении коэффициентов, например, если Z(Tp+1)⁴= Z₃(τp+1)⁴, где τ = T+Δ, Δ ≈ 0,1T при Z₃= Asinωt будет , соответственно погрешность δA_Z= 0,2Aω²T², и при A 1000 м, T²ω²= 0,05 δA_Z= 10 м это на порядок меньше, чем в системе-прототипе, поэтому свидетельствует о достижении технико-экономического эффекта.

Примеры технического исполнения приведены:
блоков БР, БС, БСР, БД, БУ, ЗПЗК в книге И.М. Тетельбаума, Ю.Р. Шнейдера "Практика аналогового моделирования, М. Энергоатомиздат, 1981, стр. 24,181,182,204;
блок БВС, БИКК в книге В.Б. Смолова "Функциональные преобразователи информации" Л. Энергоатомиздат, 1981, стр. 38, 54;
блока ЗПБО в книге И.Н. Белоглазова и др. "Основы навигации по геофизическим полям", М. Наука, 1985, стр. 24 29;
блока ДКС в книге М.А. Кирста "Навигационная кибернетика полета", М. Воениздат, 1971 г. стр. 23,155.

Использование: относится к авиационному приборостроению, в частности к системам управления, обеспечивающим обход препятствий рельефа местности летательными аппаратами в маловысотном полете. Сущность изобретения: система управления содержит датчик бокового отклонения. Дополнительно введены задатчик параметров замкнутого контура, блок формирования сигнала прогнозирования и блок формирования сигнала управления и параметрических производных 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система управления боковым движением летательного аппарата, содержащая последовательно соединенные по первому и второму выходам входам датчик координат и скоростей и первый блок разности, а также задатчик параметров бокового отклонения, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены задатчик параметров замкнутого корпуса, блок формирования сигнала прогнозирования и блок формирования сигнала управления и параметрических производных, на первый пятый входы которого подключены соответственно первый пятый выходы задатчика параметров бокового отклонения, на один и другой входы которого подключены соответственно первый и третий выходы датчика координат и скоростей, причем первый пятый выходы задатчика параметров замкнутого контура подключены к первому пятому входам блока формирования сигнала прогнозирования, на третий вход первого блока разности подключен первый выход блока формирования сигнала управления и параметрических производных, второй пятый выходы которого подключены соответственно к шестому девятому входам блока формирования сигнала прогнозирования, на десятый вход которого подключен четвертый выход датчика координат и скоростей, выход блока формирования сигнала прогнозирования подключен к четвертому входу первого блока разности, а на шестой вход блока формирования сигнала управления и параметрических производных подключен третий выход датчика координат и скоростей. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования сигнала управления и параметрических производных выполнен в виде второго блока разности, первого блока умножения, блока возведения в степень, блока суммирования, на первый четырнадцатый входы которого подключены соответственно первый десятый выходы блока умножения, первый и второй выходы блока формирования сигнала управления и параметрических производных, первый и второй выходы второго блока разности, на первый пятый выходы блока формирования сигнала управления и параметрических производных подключены соответственно первый четвертый выходы блока суммирования и одиннадцатый выход первого блока умножения, на первый девятый входы которого подключены первый третий выходы блока возведения в степень, шестой, первый и второй входы блока формирования сигнала управления и параметрических производных и первый третий выходы второго блока разности, на первый пятый входы которого соответственно подключены первый пятый входы блока формирования сигнала управления и параметрических производных, шестой вход которого подключен также к входу блока возведения в степень. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что блок формирования сигнала прогнозирования выполнен в виде второго блока умножения, блока извлечения корня квадратного, блока суммирования и разности, на первый пятнадцатый входы которого подключены первый четырнадцатый выходы блока умножения и пятый вход блока формирования сигнала прогнозирования, на выход которого подключен пятый выход блока суммирования и разности, первый четвертый выходы которого подключены соответственно к третьему пятому входам блока деления и девятому входу блока умножения, на первый восьмой входы которого подключены соответственно первый четвертый, шестой девятый входы блока формирования сигнала прогнозирования, десятый вход которого подключен к первому входу блока деления, первый четвертый выходы которого подключены к десятому - тринадцатому входам второго блока умножения, пятнадцатый выход которого подключен к шестому входу блока деления, между вторым входом которого и первым выходом блока суммирования и разности включен блок извлечения корня квадратного.