АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ АВТОПИЛОТ УПРАВЛЯЕМОГО СНАРЯДА Российский патент 1997 года по МПК G05B11/16 F42B15/01 

Изобретение относится к силовым системам управления летательных аппаратов и наиболее целесообразно может быть использовано в рулевых приводах и автопилотах малогабаритных управляемых снарядов.

Известна релейная автоколебательная система управления (аналог) в сборнике научных трудов Тульского политехнического института /1/.

Наиболее близким является известный автоколебательный рулевой привод (прототип) управляемого снаряда 9М117 в техническом описании и инструкции по эксплуатации /2/. Рулевой привод содержит суммирующее устройство, корректирующий фильтр, триггерное устройство (нелинейный элемент), усилитель мощности, рулевую машину. Сигнал обратной связи по положению рулей, снимаемый с потенциометра обратной связи, кинематически связанного с рулями, поступает на суммирующее устройство. Вследствие наличия обратной связи и триггерного устройства рули работают в автоколебательном режиме.

Недостатком известного автоколебательного рулевого привода является низкое качество процесса (большое время переходного процесса) из-за инерционности корректирующего фильтра при отработке импульсных сигналов управления.

При отработке знакопеременных гармонических сигналов управления с переменными частотой, равной частоте вращения снаряда, и амплитудой в пределах линейной зоны угла поворота рулей, пропорциональной ошибке контура управления снаряда, инерционность корректирующего фильтра проявляется в меньшей степени на время переходного процесса.

В функционировании автопилота с импульсными сигналами управления можно выделить два режима: режим отработки большого входного ступенчатого воздействия и режим согласования и удержания нулевого положения при отсутствии (отключении) на входе автопилота импульсного сигнала управления. Первый режим характеризуется функционировнием автопилота на предельных ускорениях и скоростях, определяющим критерием качества при этом является минимальное время поворота рулей на максимальный угол.

Критерием эффективности в режиме согласования и удержания нулевого положения является минимальное время перемещения рулей с упора в нулевое положение, перерегулирование и статическая точность удержания рулей в нулевом положении.

Исходя из анализа режимов работы автопилота с импульсными сигналами управления, видно, что в режиме согласования и удержания нулевого положения требуется обеспечить заданные показатели качества переходного процесса и точность удержания рулей в нулевом положении.

Для обеспечения статической точности удержания рулей в нулевом положении в известном автоколебательном рулевом приводе /2/ в цепи ошибки между суммирующим и триггерным устройствами включен корректирующий фильтр интегро-дифференцирующего типа с преобладанием интегрирования на высоких частотах (частотах автоколебаний) с передаточной функцией

где T₂>T₁.

Этот фильтр позволяет уменьшить амплитуду автоколебаний на входе триггерного устройства и тем самым повысить коэффициент триггерного устройства по полезному сигналу. Увеличение коэффициента передачи триггерного устройства приводит к увеличению коэффициента усиления (добротности) разомкнутого контура привода, а следовательно, к увеличению статической точности удержания нулевого положения автоколебательного рулевого привода.

Однако при наличии корректирующего фильтра такого типа из-за инерционности фильтра не удается обеспечить приемлемых для контура управления снаряда требуемых показателей качества переходного процесса в части времени переходного процесса при отработке автоколебательным рулевым приводом импульсного сигнала управления с упора в нулевое положение.

При прохождении импульсного сигнала через корректирующий фильтр выходной сигнал на выходе фильтра имеет вид, представленный на фиг.1. В выходном сигнале uкфвых

как при включении импульсного сигнала U_вх, так и при отключении проявляются две ярко выраженные части: в момент включения-выключения резко изменяющаяся часть за счет дифференцирующего действия фильтра и плавно меняющаяся с большим временем установления апериодическая часть за счет интегрирующего действия фильтра.

Апериодическая часть при включении сигнала управления практически не сказывается на увеличении времени срабатывания привода при движении рулей на упор, так как движение на упор идет с предельными ускорением и скоростью за счет релейного характера сигнала с выхода триггерного устройства, срабатывающего в точке А (при идеальной релейной характеристике триггерного устройства и нахождении рулей до этого в нулевом положении).

При выключении сигнала управления переключение триггерного устройства в другую сторону произойдет в точке В в момент совпадения сигнала с выхода фильтра и сигнала обратной связи привода. Из фиг.1 видно, что эта точка находится на апериодической части выходного сигнала фильтра со значительным отставанием по времени Δt от момента выключения сигнала управления. Вследствие этого переходный процесс в рулевом приводе будет недопустимо затянут по времени, что является существенным недостатком известного автоколебательного рулевого привода /Л.2/ при обработке импульсных сигналов управления.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение качества переходного процесса (уменьшение времени переходного процесса) при отработке автопилотом импульсных сигналов управления.

Это достигается тем, что в нем корректирующий фильтр, принципиальная схема которого представлена на фиг.2, выполнен на операционном усилителе, в прямой цепи которого включен первый масштабный резистор R1, а в цепи отрицательной обратной связи второй масштабный резистор R2, параллельно которому включены цепочка из последовательно соединенных третьего масштабного резистора R3 и интегрирующего конденсатора С, а также ограничительный элемент, выполненный в виде двух встречно включенных стабилитронов VD1, VD2.

На фиг. 3 представлен автоколебательный автопилот управляемого снаряда, содержащий последовательно соединенные блок вычитания БВ(1), первый вход которого является входом задания автопилота, корректирующий фильтр КФ(2) интегродифференцирующего типа с преобладанием интегрирования на частотах автоколебаний, нелинейный элемент НЭ(3), усилитель мощности УМ(4) и рулевую машину РМ(5) в составе управляющего магнита УЭМ(6), исполнительного двигателя ИД(7) и датчика обратной связи ДОС(8), выход которой является выходом автопилота и подключен через датчик обратной связи к второму входу блока вычитания.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала в контуре автопилота вследствие отрицательной обратной связи и нелинейного элемента (триггерного устройства) устанавливаются автоколебания, частота и амплитуда которых определяются параметрами линейной части и нелинейного элемента. На выходе нелинейного элемента НЭ при этом существуют прямоугольные колебания 50%-ной скважности частоты автоколебаний.

Якорь управляющего магнита, поршень рулевой машины и связанные с ним рули колеблются с частотой автоколебаний около нулевого среднего положения. Учитывая, что линейная часть автопилота является фильтром низкой частоты, на выходе автопилота сигнал частоты автоколебаний имеет форму, близкую к синусоидальной. На выходе корректирующего фильтра амплитуда автоколебаний уменьшается на величину амплитудного ослабления фильтра на частоте автоколебаний, чем достигается увеличение коэффициента передачи нелинейного элемента для повышения точности работы автопилота.

При подаче импульсного сигнала управления на вход автопилота этот сигнал как максимальный сигнал ошибки поступает на вход корректирующего фильтра. С момента поступления сигнала на выходе фильтра с круглым фронтом нарастает выходной сигнал как реакция дифференцирующей части фильтра на импульсный входной сигнал.

Выходной сигнал фильтра переключит в точке А (см. пунктирную кривую на фиг. 1) нелинейный элемент, и происходит отклонение руля на максимальный угол. При действии ограничительного элемента в корректирующем фильтре выходной сигнал фильтра достигнет величины ограничения. При отключении импульсного сигнала управления выходной сигнал фильтра с уровня ограничения будет уменьшаться сразу с крутым фронтом за счет дифференцирующих свойств фильтра и стремиться к нулевому значению.

Под действием максимального сигнала обратной связи (так как в результате отработки сигнала управления рули находятся на упоре) рули будут перемещаться в нулевое положение.

За счет введения ограничительного элемента в корректирующий фильтр сформирован необходимый противоимпульс управления, действующий в момент схода рулей с упора, что позволило существенно улучшить качество переходного процесса (уменьшить время переходного процесса) при перемещении рулей с упора в нулевое положение без снижения точности удержания рулей в нулевом положении.

Это достоинство в сочетании с высокой точностью позволило обеспечить в автоколебательном автопилоте с импульсными сигналами управления перспективных управляемых снарядов требуемые динамические и точностные характеристики в широком диапазоне изменения шарнирных нагрузок (от пружинной до перекомпенсации) и развиваемых моментов исполнительного пневмодвигателя рулевой машины, использующего энергию набегающего потока воздуха в широком диапазоне скоростей полета управляемого, например, артиллерийского снаряда с головкой самонаведения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным позволяет улучшить качество переходного процесса (уменьшить время переходного процесса) и в результате повысить точность отработки автопилотом сигналов управления практически без увеличения массы и габаритов аппаратуры в управляемом снаряде.

Изобретение относится к оборонной технике, к управляемым снарядам. Целью изобретения является улучшение качества переходного процесса - уменьшение времени переходного процесса. Поставленная цель достигается тем, что в автоколебательном автопилоте управляемого снаряда, содержащем последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого является входом задания автопилота, корректирующий фильтр интегро-дифференцирующего типа с преобладанием интегрирования на частотах автоколебаний, нелинейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину с управляющим магнитом, выход которой является выходом автопилота и подключен через датчик обратной связи ко второму входу блока вычитания, корректирующий фильтр выполнен на операционном усилителе, в прямой цепи которого включен первый масштабный резистор, а в цепи отрицательной обратной связи - второй масштабный резистор, параллельно которому включены цепочка из последовательно соединенных третьего масштабного резистора и интегрирующего конденсатора, а также ограничительный элемент, выполненный в виде двух встречно включенных стабилитронов. 3 ил.

Автоколебательный автопилот управляемого снаряда, содержащий последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого является входом задания автопилота, корректирующий фильтр интегродифференцирующего типа с преобладанием интегрирования на частотах автоколебаний, нелинейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину с управляющим магнитом, выход которой является выходом автопилота и подключен через датчик обратной связи к второму входу блока вычитания, отличающийся тем, что корректирующий фильтр выполнен на операционном усилителе, в прямой цепи которого включен первый масштабный резистор, а в цепи отрицательной обратной связи второй масштабный резистор, параллельно которому включены цепочка из последовательно соединенных третьего масштабного резистора и интегрирующего конденсатора, а также ограничительный элемент, выполненный в виде двух встречно включенных стабилитронов.