СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОТОЙ ПОЛЕТА Российский патент 1997 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, в частности к системам управления, обеспечивающим облет рельефа местности летательными аппаратами.

Известны системы, обеспечивающие отработку заданных отклонений высоты, приведенные в кн. Байбородин Ю.В. Бортовые системы управления полетом. М. Транспорт, 1975; Михалев И.А. и др. Системы автоматического управления самолетами. М. Машиностроение, 1987, Загайнов Г.И. Гуськов Ю.П. Управление полетом самолетов. М. Машиностроение, 1980. В качестве прототипа принимается система, описанная в вышеупомянутой книге Загайнова Н.И. Гуськова Ю.П. стр. 160 162. Структура данной системы, приведенная на фиг. 1, содержит задатчик отклонений высоты (30 B), датчик координат и скоростей (ДКС), блок разности (БР).

Сигнал заданного отклонения H₃, задаваемый программно или вручную с выхода 30 B, поступает на третий вход БP, на первый и второй входы которого с первого и второго выходов ДКС поступают соответственно сигналы текущей высоты H и текущей вертикальной скорости . На выходе БР формируется управляющий сигнал , поступающий в смежную систему стабилизации, имеющую передаточную функцию в общем виде где p оператор дифференцирования, r r(p) полином степени m, R R(p) полином степени n, n>m, тогда H[p²R + r(K₁ + K₂p)] H₃ • K₁ • r и, например, при r 1 + Tp R A₃p³ + A₂p² + A₁p + 1,

H H₃(1 + Tp)[B₅p⁵ + B₄p⁴ + B₃p³ + B₂p² + B₁p + 1]^-1,
и, например, при (B₅p⁵ + B₄p⁴ + B₃p³ + B₂p² + B₁p + 1) (Tp + 1)⁵, H H₃(Tp + 1)^-4 и, если H₃ при облете задано временной функцией Asinωt=H₃, где A амплитуда, ω частота, будет соответственно, например, при A 200 м, Tω=0,3 будет A_H 0,83А и погрешность δA_н=0,17 A 34 м. Наличие таких погрешностей, например, в маловысотном полете при облете рельефа местности является недостатком прототипа, так как ухудшается качество управления и существенно уменьшаются показатели безопасности.

Технико-экономическим эффектом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, являются повышение точности, улучшение качества управления и, как следствие этого, повышение показателей безопасности.

Это достигается 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 отклонений высоты, дополнительно введены последовательно соединенные по первому шестому выходам-входам блок формирования коэффициентов движения и блок формирования заданного сигнала управления, а также включенный между третьим входом первого блока разности и выходом блока формирования заданного сигнала управления апериодический фильтр и задатчик параметров контура управления, первый-пятый входы которого подключены к седьмому-одиннадцатому входам блока формирования заданного сигнала управления, на двенадцатый и тринадцатый входы которого подключены соответственно третий и четвертый выходы датчика координат и скоростей, третий выход которого подключен ко входу задатчика отклонений высоты, первый-шестой выходы которого подключены к первому-шестому входам блока формирования коэффициентов движения.

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 отклонений высоты 30 В, 4 блок формирования коэффициентов движения БФКД, 5 - блок формирования заданного сигнала управления БФЗСУ, 6 задатчик параметров контура управления ЗПКУ, 7 апериодический фильтр АФ. На фиг. 3 представлена блок-схема БФКД 4, содержащего: 8 второй блок разности БР2, 9 третий блок разности БР3, 10 четвертый блок разности БР4, 11 пятый блок разности БР5. На фиг. 4 представлена блок-схема БФЗСУ5, содержащего: 12 первый блок умножения БУ1, 13 второй сумматор С2, 14 второй блок умножения БУ2, 15 - третий блок умножения БУ3, 16 блок деления БД, 17 первый блок возведения в степень БВС1, 18 четвертый блок умножения БУ 4, 19 третий сумматор С3, 20 пятый блок умножения БУ5, 21 шестой блок умножения БУ6, 22 второй блок возведения в степень БВС2, 23 третий блок возведения в степень БВС3, 24 - седьмой блок умножения БУ7, 25 четвертый сумматор С4, 26 восьмой блок умножения БУ8, 27 девятый блок умножения БУ9, 28 четвертый блок возведения в степень БВС4, 29 пятый блок возведения в степень БВС5, 30 десятый блок умножения БУ10, 31 пятый сумматор С5, 32 одиннадцатый блок умножения БУ12, 33 двенадцатый блок умножения БУ12, 34 шестой блок возведения в степень БВС6, 35 седьмой блок возведения в степень БВС 7, 36 тринадцатый блок умножения БУ13, 37 четырнадцатый блок умножения БУ 14, 38 первый сумматор С1, 39 пятнадцатый блок умножения БУ15, 40 восьмой блок возведения в степень БВС 8.

Система работает следующим образом.

С первого и второго выходов ДКС1 сигналы высоты H и вертикальной скорости поступают на первый и второй входы БР1 (2).

С третьего выхода ДКС1 сигнал продольной координаты "X" поступает на двенадцатый вход БФЗСУ 5 и на вход 30Б3, с первого шестого выходов которого соответствующие высоте и скорости изменения высоты рельефа (или опорной траектории) сигналы трех дискретных точек, через дискретные значения d и 2d

поступают на первый-шестой входы БФКД4.

При аппроксимации полиномом
H₃ a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + a₄x⁴ + a₅x⁵,

будет
H₃₀ a₀, H₃₁ a₀ + a₁d + a₂d² + a₃d³ + a₄d⁴ + a₅d⁵,
H₃₂ a₀ + 2a₁d + 4a₂d² + 8a₃d³ + 16a₄d⁴ + 32a₅d⁵,

соответственно




В БКФД4 (см. фиг. 3):
первый вход (сигнал H₀ a₀) подключен к первому входу БР2(8), к первому входу БР3(9) и к первому выходу БФКД4,
второй вход (сигнал ) подключен ко вторым входам БР2(8), БР3(9), БР4(10), БР5(11) и ко второму выходу БФКД4,
третий вход (сигнал H₃₁) подключен к третьему входу БР2(8), на четвертый-шестой входы которого подключены соответственно выходы БР3(9), БР4(10), БР5(11),
четвертый вход (сигнал H₃₂) подключен к третьему входу БР3(5), на четвертый шестой входы которого подключены соответственно выходы БР2(8), БР4(10), БР5(11),
пятый вход (сигнал ) подключен к первому входу БР4(10), на третий-пятый входы которого подключены выходы БР2(8), БР3(9), БР5(11),
шестой вход (сигнал ) подключен к первому входу БР5(11), на третий-пятый входы которого подключены соответственно выходы БР2(8), БР3(9), БР4(10); при d const
на выходе БР2(8) формируется реализующий зависимость (1) сигнал a₂, поступающий на третий выход БФКД4,
на выходе БР3(9) формируется реализующий зависимость (2) сигнал a₃, поступающий на четвертый выход БФКД4,
на выходе БР4(10) формируется реализующий зависимость (3) сигнал a₄, поступающий на пятый выход БФКД4,
на выходе БР5(11) формируется реализующий зависимость (4) сигнал a₅, поступающий на шестой выход БФКД4.

С первого-шестого выходы БФКД4 сигналы a₀, a₁, a₂, a₃, a₄, a₅ соответственно поступают на первый-шестой входы БФ3СУ5, на седьмой одиннадцатый входы которого с ЗПКУ6 поступают соответственно заданные параметры замкнутого контура управления B₁, B₂, B₃, B₄, B₅; на двенадцатый и тринадцатый входы БФ3СУ5 поступают соответственно сигналы с третьего и четвертого выходов ДКС1.

В БФ3СУ5 (см. фиг. 4)
первый вход (сигнал a₀) подключен к первому входу С (38),
второй вход (сигнал a₁) подключен к одному входу БУ1(12), на другой вход которого подключен двенадцатый вход БФ3СУ5 (сигнал x),
третий вход (сигнал a₂) подключен к одному входу БУ4(18),
четвертый вход (сигнал a₃) подключен к одному входу БУ7(24),
пятый вход (сигнал a₄) подключен к одному входу БУ10(30),
шестой вход (сигнал a₅) подключен к одному входу БУ13(36),
седьмой вход (сигнал B₁) подключен к одному входу БУ3(15),
восьмой вход (сигнал B₂) подключен к одному входу БУ6(21),
девятый вход (сигнал B₃) подключен к одному входу БУ9 (27),
одиннадцатый вход (сигнал B₅) подключен к одному входу БУ15(39),
тринадцатый вход (сигнал ) подключен к одному входу БД16, на другой вход которого подключен двенадцатый вход БФ3СУ5 (сигнал x),
десятый вход (сигнал B₄) подключен к одному входу БУ12 (33).

В БД16 формируется сигнал поступающий на входы БВС8(40), БВС6(34), БВС4(28), ВВС2(22) и на другой вход БУ3(15), где формируется сигнал B₁ω, поступающий на один вход БУ2(14).

В БВС2 (22) формируется сигнал ω², поступающий на другой вход БУ6 (21), где формируется сигнал B₂ω², поступающий на один вход БУ5 (20).

В БВС4 (28) формируется сигнал ω³, поступающий на другой вход БУ9 (27), где формируется сигнал B₃ω³, поступающий на один вход БУ8 (26).

В БВСБ (34) формируется сигнал ω⁴, поступающий на другой вход БУ12 (33), где формируется сигнал B₄ω⁴, поступающий на один вход БУ11 (32).

В БВС8 (40) формируется сигнал ω⁵, поступающий на другой вход БУ15 (39), где формируется сигнал B₅ω⁵, поступающий на один вход БУ14 (37).

В БУ1 (12) формируется сигнал xa₁, поступающий на первый вход С2 (13) и второй вход С1 (38).

В БВС1 (17) формируется сигнал x², поступающий на другой вход БУ4 (18), где формируется сигнал a₂x², поступающий на второй вход С2 (13), на первый вход С3 (19) и на третий вход С1 (38).

В БВС3 (23) формируется сигнал x³, поступающий на другой вход БУ7 (24), где формируется сигнал a₃x³, поступающий на первый вход С4 (25), на четвертый вход С1 (38) и на третий вход С2 (13).

В БВС5 (29) формируется сигнал x⁴, поступающий на другой вход БУ10 (30), где формируется сигнал a₄x⁴, поступающий на четвертый вход С2 (13), на третий вход С3 (19), на второй вход С4 (25), на первый вход С5 (31) и на пятый вход С1 (38).

В БВС7 (35) формируется сигнал x⁵, поступающий на другой вход БУ13 (36), где формируется сигнал a₅x⁵, поступающий на пятый вход С2 (13), на четвертый вход С3 (19), на третий вход С4 (25) на второй вход С5 (31), на шестой вход С1 (38) и на другой вход БУ14 (37), где формируется сигнал B₅a₅ω⁵x⁵ поступающий на одиннадцатый вход С1 (38).

В С2 (13) формируется сигнал поступающий на другой вид БУ2 (14), где формируется сигнал f₁•B₁•ω, поступающий на седьмой вход С1 (38).

В С3 (19) формируется сигнал (при )

поступающий на другой вход БУ5 (20), где формируется сигнал f₂•B₂•ω², поступающий на восьмой вход С1 (38).

В С4 (25) формируется сигнал (при )

поступающий на другой вход БУ8 (26), где формируется сигнал f₃B₃ω³, поступающий на девятый вход С1 (38).

в С5 (31) формируется сигнал (при )

поступающий на другой вход БУ11 (32), где формируется сигнал f₄B₄ω⁴, поступающий на десятый вход С1 (38), где формируется заданный сигнал управления

поступающий на выход БФ3СУ5.

При описанных выше функциях ω, H₃, f₁, f₂, f₃, f₄ сигнал H_ЗУ примет вид

С выхода БФ3СУ5 сигнал H_ЗУ поступает на вход АФ7, где формируется сигнал (здесь передаточная функция АФ7), поступающий на третий вход БР1 (2), где формируется управляющий сигнал

(здесь K₁, K₂ постоянные коэффициенты), выдаваемый в смежную систему стабилизации, имеющую передаточную функцию тогда

соответственно при R A₃p³ + A₂p² + A₁p + 1, r (1 + Tp)

При почленном равенстве полиномов R₁ и R₀; r и r₁ высота H повторяет H₃ без изменений.

При отличии коэффициентов, например, если


будет А_H 0,97 А, δA_н=0,03 А 6 м, что значительно ниже, чем в системе-прототипе, что свидетельствует о достижении технико-экономического эффекта.

Примеры технического выполнения приведены:
блоков БР, БУ, С, ЗПКУ, АФ в кн. И.М. Тетельбаум, Ю.Р. Шнейдер. Практика аналогового моделирования. М, Энергоатомиздат, 1981, стр. 24, 59, 181, 204;
блока БВС в кн. В.Б. Смолов. Функциональные преобразователи информации. Л. Энергоиздат, 1981, стр. 54;
блока 30 В в кн. И.Н. Белоглазов и др. Основы навигации по геофизическим полям. М. Наука, 1985, стр. 21;
блока ДКС в кн. М.А. Кирст. Навигационная кибернетика полета. М. Воениздат, 1971, стр. 23, 155.

Использование: относится к средствам управления летательных аппаратов в маловысотном полете, при выполнении специальных маневров. Сущность изобретения: система управления содержит датчик координат и скоростей, первый блок разности и задатчик отклонений высоты. В систему управления введены блок формирования коэффициентов движения и блок формирования заданного сигнала управления, апериодический фильтр и задатчик параметров контура управления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система управления высотой полета, содержащая последовательно соединенные по первому и второму выходам-входам датчик координат и скоростей и первый блок разности, а также задатчик отклонений высоты, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные по первому - шестому выходам-входам блок формирования коэффициентов движения и блок формирования заданного сигнала управления, а также включенный между третьим входом первого блока разности и выходом блока формирования заданного сигнала управления апериодический фильтр и задатчик параметров контура управления, первый пятый входы которого подключены к седьмому одиннадцатому входам блока формирования заданного сигнала управления, на двенадцатый и тринадцатый входы которого подключены соответственно третий и четвертый выходы датчика координат и скоростей, третий выход которого подключен к входу задатчика отклонений высоты, первый шестой выходы которого подключены к первому - шестому входам блока формирования коэффициента движения. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования коэффициентов движения содержит второй, третий, четвертый и пятый блоки разности, при этом на первый шестой входы второго блока разности подключены соответственно первый, второй, третий входы блока формирования коэффициентов движения, выходы третьего, четвертого и пятого блоков разности, на первый шестой входы третьего блока разности подключены соответственно первый, второй, четвертый входы блока формирования коэффициентов движения и выходы второго, четвертого и пятого блоков разности, на первый пятый входы четвертого блока разности подключены соответственно пятый и второй входы блока формирования коэффициентов движения и выходы второго, третьего и пятого блоков разности, на первый пятый входы которого подключены соответственно шестой и второй входы блока формирования коэффициентов движения и выходы первого, второго и третьего блоков разности, а на первый шестой выходы блока формирования коэффициентов движения подключены соответственно его первый и второй входы и выходы второго, третьего, четвертого и пятого блоков разности. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что блок формирования заданного сигнала управления выполнен в виде первого пятнадцатого блоков умножения, первого восьмого блоков возведения в степень, первого пятого сумматоров, блока деления, при этом первый тринадцатый входы блока формирования коэффициентов движения подключены соответственно к первому входу первого сумматора, одному входу первого блока умножения, одному входу четвертого блока умножения, одному входу седьмого блока умножения, одному входу десятого блока умножения, одному входу тринадцатого блока умножения, одному входу пятнадцатого блока умножения, одному входу шестого блока умножения, одному входу девятого блока умножения, одному входу двенадцатого блока умножения, одному входу пятнадцатого блока умножения, одному входу блока деления, на другой вход которого подключен двенадцатый вход блока формирования заданного сигнала управления, подключенный также к входам первого, третьего, пятого и седьмого блоков возведения в степень и к другому входу первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу второго сумматора и к второму входу первого сумматора, выход первого блока возведения в степень подключен к другому входу четвертого блока умножения, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, первому входу третьего сумматора, третьему входу пятого сумматора, выход третьего блока возведения в степень подключен к другому входу седьмого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, второму входу третьего сумматора, первому входу четвертого сумматора, четвертому входу первого сумматора, выход пятого блока возведения в степень подключен к другому входу десятого блока умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, третьему входу третьего сумматора, второму входу четвертого сумматора, первому входу пятого сумматора, пятому входу первого сумматора, выход седьмого блока возведения в степень подключен к другому входу тринадцатого блока умножения, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, четвертому входу третьего сумматора, третьему входу четвертого сумматора, второму входу пятого сумматора, шестому входу первого сумматора, одному входу четырнадцатого блока умножения, выход блока деления подключен к другому входу третьего блока умножения и к входам второго блока возведения в степень, четвертого блока возведения в степень, шестого блока возведения в степень, восьмого блока возведения в степень, выход которого подключен к другому входу пятнадцатого блока умножения, выход которого подключен к другому входу четырнадцатого блока умножения, выход которого подключен к одиннадцатому входу первого сумматора, выход третьего блока умножения подключен к одному входу второго блока умножения, на другой вход которого подключен выход второго сумматора, а выход второго блока умножения подключен к седьмому входу первого сумматора, выход второго блока возведения в степень подключен к другому входу шестого блока умножения, выход которого подключен к одному входу пятого блока умножения, на другой вход которого подключен выход третьего сумматора, а выход пятого блока умножения подключен к восьмому входу первого сумматора, выход четвертого блока возведения в степень подключен к другому входу девятого блока умножения, выход которого подключен к одному входу восьмого блока умножения, на другой вход которого подключен выход четвертого сумматора, а выход восьмого блока умножения подключен к девятому входу первого сумматора, выход шестого блока возведения в степень подключен к другому входу двенадцатого блока умножения, выход которого подключен к одному входу одиннадцатого блока умножения, на другой вход которого подключен выход пятого сумматора, а выход одиннадцатого блока умножения подключен к десятому входу первого сумматора, выход которого подключен к выходу блока формирования заданного сигнала управления.