КОМПЛЕКС НАВЕДЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1998 года по МПК G05B13/04 B64C13/18 

Изобретение относится к авиастроению в частности к управляемым летательным аппаратам (ЛА) - вертолетам, самолетам, крылатым ракетам.

Известны авиационные комплексы, обеспечивающие управление полетом и наведение ЛА по заданному (программному) параметру полета (Михалев И.А. и др. Системы автоматического управления самолетами, М.: Машиностроение, 1976, с. 255-253) а также принимаемый в качестве прототипа (3агайнов Г.И., Гуськов Ю. И. Управление полетом самолетов, М.: Машиностроение, 1980, с. 161) комплекс, содержащий блок формирования программного параметра движения(БФППД), блок управления (БУ), блок датчиков параметров движения (БДПД). На один и второй входы БУ поступают соответственно сигнал программного параметра x_п с выхода БФППД, сигнал измеренного текущего параметра x с выхода БДПД. БУ через ЛА отрабатывает разность программного и измеренного текущего параметров (x_п-x) и действующие возмущения f (например, порывы ветра) с учетом передаточной функции ЛА

где
T - постоянная времени, p - оператор дифференцирования, - полиномы степеней α и β соответственно, β > α, a_i, b_i - близкие к постоянным коэффициенты.

В замкнутом контуре будет иметь место движение (полет) по текущему параметру при a = 1, r₁ = 1, R₁ = 1, N = 1
x(r + TRp) = x_пr + TfR
Например, при r = 1, R = 1 + b₁p + b₂p²,
x(1 + Tp + b₁Tp² + b₂Tp³) = x_п + fT(1 + b₁p + b₂p²),
откуда следует, что при действии возмущений f = 10 м/с, T = 2 с имеет место погрешность Δx = 20 м; при заданном программном сигнале x_п= Asinωt текущий параметр отрабатывается с изменением амплитуды

(здесь A - амплитуда, ω - частота, t - время) и искажением по фазе, что приводит к погрешностям при выполнении маловысотного полета с облетом рельефа местности, выполнении специальных программных пространственно-временных маневров. Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого решения, является обеспечение заданного качества управления и повышение точности наведения по программным траекториям при действии возмущений.

Достигаемый технический результат отличается тем, что в комплекс наведения и управления полетом летательных аппаратов, содержащий блок формирования программного параметра, блок управления, блок датчиков параметров движения, дополнительно введены первый блок формирования сигналов интерполяционного многочлена, формирующий сигнал, обеспечивающий точное наведение на сложные программные траектории, и второй блок формирования интерполяционного многочлена, формирующий сигнал, компенсирующий возмущающие воздействия, при этом первый и второй блоки формирования интерполяционного многочлена выполнены на К блоках запаздывания, суммирующем усилителе и блоке формирования коэффициентов.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого комплекса, содержащего: 1 - блок формирования программного параметра движения БФППД; 2 - первый блок формирования сигналов интерполяционного многочлена БФИМ1; 3 - блок управления БУ; 4 - блок датчиков параметров движения БДПД; 5 - блок датчиков возмущающего воздействия БДВВ; 6 - второй блок формирования интерполяционного многочлена БФИМ2.

На фиг. 2 представлена блок-схема БФИМ1(2), содержащего: 7 - первый блок запаздывания Б31,...; 8 - блок запаздывания БЗК; 9 - блок формирования коэффициентов БФК; 10 - суммирующий усилитель СУ.

Комплекс наведения и управления полетом летательных аппаратов работает следующим образом.

В БФППД1 формируется сигнал программного параметра x_п = x_п(t), поступающий на вход БФИМ1(2). Сигнал x_п может задаваться летчиком или оператором на наземных и воздушных пунктах командного управления при наведении на цели через бортовые средства связи, формироваться по данным бортовых систем навигации по рельефу местности, бортовых радиолокационных и оптиколокационных средств ([2], с. 165).

В БДПД 4 формируется сигнал измеренного текущего параметра x(t) (текущая высота полета, боковое отклонение). В БДВВ5 формируется сигнал измеренного возмущающего воздействия f(t) (например, порывы скорости ветра).

БДПД4 является комплексом навигационно-пилотажных датчиков, измеряющих параметры состояния летательного аппарата.

БДВВ5 является комплексом датчиков, измеряющих состояния воздушной среды (например, возмущающее воздействие ветра). Примеры технического выполнения БДПД4 и БДВВ5 приведены в книге (Помыкаев И.И. и др., Навигационные приборы и системы, М.: Машиностроение, 1983, с. 385-398).

С выхода БДПД4 сигнал измеренного текущего параметра поступает на первый вход БУЗ, на третий и второй входы которого поступают соответственно сигнал x₁ с выхода БФИМ1(2) и сигнал x₂ с выхода БФИМ2(6).

БУЗ является физически реализуемым линейным звеном с передаточной функцией , где a - коэффициент усиления,

Пример технической реализации БУЗ приведен в книге (Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р., 400 схем для АВМ, М.: Энергия, 1978, с. 25).

Сигнал управления с выхода БУЗ и действующие возмущения f отрабатываются ЛА в соответствии с уравнением движения (полета):

где

T - постоянная времени.

При выборе коэффициентов c_i = b_i, d_i = a_i, a = T/T₁ будет R₁ = R, r₁ = r соответственно
xp = (x₁ - x₂ - x)•1/T₁N + f, или

Выбором коэффициентов Tкк

полинома R₀(p) обеспечивается требуемое качество управления (Кузовков Н. Т. Модальное управление и наблюдающие устройства, М.: Машиностроение, 1976).

В БФИМ1(2) (фиг.2) входной сигнал x_п(t) поступает на первый вход БФК9 и на входы Б31(7),..., БЗК (8), в которых формируются сигналы x_п1= x_п(t-τ₁), ... , x_пк= x_п(t-τ_к), (здесь τ₁, ...,τ_к - постоянные времени запаздывания) поступающие соответственно на второй,..... (K+1)-й входы БФК9.

При представлении x_п(t) в виде многочлена
x_п(t) = A₀ + A₁t + ... + A_kt^k
будут иметь место производные


соответственно в каждый момент времени t = 0

В БФК9 по поступившим сигналам x_п(t),
x_п1= x_п(t-τ_п),...,x_пк= x_п(t-τ_к)
(здесь τ₁,τ₂,...,τ_к - постоянные времени запаздывания) формируются коэффициенты интерполяционного многочлена A₀, A₁, A₂, ..., A_k, которые с первого, . ..., (K+1)-й входы СУ10, в котором при известных параметрах Tкк

в каждый момент времени формируется суммарный сигнал

следовательно по сигналу наведения x₁ текущий параметр отслеживает во времени программный параметр x_п

Примеры технической реализации блоков СУ и БЗ приведены в книге (Тетельбаум И. М., Шнайдер Ю.Р., 400 схем для АВМ, М.: Энергия, 1978, с. 8, с. 49). Пример реализации БФК9 приведен (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., Справочник по математике, М.: Наука, 1986, с. 503).

Сигнал измеренного возмущения f(t) с выхода БДВВ5 поступает на вход БФИМ2(6), который по техническому исполнению аналогичен БФИМ1(2).

При представлении f(t) в виде многочлена
f(t) = B₀ + B₁t + ... + mB_mt^m
будут иметь место производные

соответственно в каждый момент времени t = 0

На выходе БФИМ2(6) при известных величинах T₁, l_i в каждый момент времени формируется сигнал

откуда следует, что сигнал x₂ = T₁fN компенсирует влияние возмущений fT₁N, в итоге после обработки начальных условий текущий параметр x(t) = x_п•(t), т. е. x(t) точно отслеживает программный параметр x_п(t), что свидетельствует о достижении технического результата.

Комплекс наведения и управления полетом летательных аппаратов содержит блок управления, блок формирования программного параметра движения, блок датчиков параметров движения, блок датчиков возмущающего воздействия, два блока формирования интерполяционного многочлена, которые выполнены на блоках запаздывания, блоке формирования коэффициентов и суммирующем усилителе. Комплекс обеспечивает отработку начальных условий с заданным качеством управления и точное выполнение полета по пространственно-временным траекториям при возмущающих воздействиях 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Комплекс наведения и управления полетом летательных аппаратов, содержащий блок формирования программного параметра движения, последовательно соединенные блок датчиков параметров движения и блок управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два блока формирования сигналов, пропорциональных интерполяционному многочлену, и блок датчиков возмущающего воздействия, выход которого соединен с входом второго блока формирования сигналов, пропорциональных интерполяционному многочлену, выход которого соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом первого блока формирования сигналов, пропорциональных интерполяционному многочлену, вход которого соединен с выходом блока формирования программного параметра движения. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок формирования сигналов, пропорциональных интерполяционному многочлену, содержит первый, ..., К-тый блоки запаздывания, блок формирования коэффициентов, второй, ..., К + 1-й входы которого соединены соответственно с выходами блоков запаздывания и суммирующий усилитель, на первый, ..., К + 1-й входы которого подключены соответственно первый, ..., К + 1-й выходы блока формирования коэффициентов, первый вход которого и входы блоков запаздывания объединены и являются входом блока формирования сигналов, пропорциональных интерполяционному многочлену, выходом которого является суммирующий усилитель.