СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2000 года по МПК G05D1/08 

Предложение относится к области авиационной техники, в частности к системам управления положением вертолета или летательным аппаратом.

Для облегчения управления вертолетом применяются системы автоматического управления.

Из патента США N 4029271 от 1997 г. известна система управления положением вертолета, содержащая блок автоматического управления, первым входом и выходом соответственно связанный с блоком ручного управления и объектом управления, блок комплексной обработки информации и контроля, входом соединенный с датчиками параметров и с одним выходом пульта управления, а одним выходом - со вторым входом блока автоматического управления.

Недостатком известного устройства является невозможность контроля состояния датчиков параметров и в соответствии с этим невозможность принятия правильных решений при управлении вертолетом.

Некоторые режимы полета вертолета предъявляют повышенные требования к точности, надежности и отказобезопасности систем автоматического управления.

Такими режимами, например, являются маловысотный полет и висение. Работа с грузом на внешней подвеске (монтажные и спасательные работы) дополнительно усиливает требования к точности, надежности систем автоматического управления, поскольку даже небольшие несанкционированные перемещения вертолета на этих режимах могут привести к созданию аварийной ситуации.

Система управления вертолета состоит из блока ручного управления (обычно ручка управления и механическая проводка) и блока системы автоматического управления, обычно электронного устройства, формирующего законы управления и управляющего исполнительным приводом и связанного с этим блоком пульта управления. Исполнительный привод обычно включается последовательно с механической системой управления. Основными функциями системы автоматического управления является обеспечение стабилизации угловых положений, улучшение характеристик устойчивости и управляемости (функции автопилота) и обеспечении выдерживания заданной траектории полета объекта. Для решения этих задач система автоматического управления использует информацию от различных датчиков. Информацию для выдерживания заданной траектории полета система автоматического управления получает от систем, измеряющих линейные перемещения вертолета в пространстве (скорость, высоту, координаты и т.д.).

Одной из главных причин, приводящих к нарушению выполнения траекторных режимов системы автоматического управления, являются отказы в информационном обеспечении ее, т.е. отказ датчиков или сбои в их работе, измеряющих параметры движения вертолета, поскольку, как правило, этими датчиками являются сложные системы. В качестве датчиков для режима висения, например, используются допплеровские, инерциальные, спутниковые и телевизионные системы.

Физические данные, используемые в этих системах для измерения этих параметров движения вертолета, накладывают ограничения на точностные, динамические и функциональные возможности систем и не исключают появления сбоев и помех в выдаваемой ими информации.

Предъявление повышенных требований к точности и надежности работ приводят к увеличению их веса и цены. Нарушения в нормальной работе этих систем, как отмечалось выше, ограничивают функциональные возможности вертолета и в ряде случаев могут привести к авариям.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная конструкция системы управления вертолетом, является создание условий, обеспечивающих безопасность полета и возможность стабилизации процессов управления при отказе или нарушении нормального функционирования информационных средств (систем), используемых для стабилизации управления.

Кроме того, в задачу заявленного устройства так же входит обеспечение формирования более точной и помехозащищенной информации для автоматизации управления. Это обеспечивает повышенную безопасность и увеличивает эффективность автоматизированных режимов полета.

Технический результат достигается тем, что в системе управлением положения вертолета, содержащей блок автоматического управления, первым входом и выходом соответственно связанной с блоком ручного управления и объектом управления, блок комплексной обработки информации и контроля, входами соединенный с датчиками параметров и с одним выходом пульта управления, а одним выходом со вторым входом блока автоматического управления, другой выход блока комплексной обработки информации и контроля соединен с входом пульта управления, который другим выходом соединен с третьим входом блока автоматического управления.

Кроме того, для повышения надежности системы для контроля каждого из параметров могут быть использованы по крайней мере два датчика, имеющих различную конструкцию и физические принципы. При этом блок комплексной обработки информации и контроля может быть выполнен с возможностью определения ложного сигнала, поступающего от каждого датчика.

Система управления вертолетом представлена на фиг. 1.

Система управления вертолетом состоит из последовательно связанных блока 1 ручного управления, блока 2 автоматического управления, связанного с ним пульта управления 3, двух и более датчиков 4 и 5. В состав системы введен блок 6 комплексной обработки информации и контроля, входы которого связаны с выходами датчиков 4 и 5, а выход связан с блоком 2 системы автоматического управления, другие вход и выход блока 6 комплексной обработки информации и контроля связаны со входом и выходом пульта управления 3.

Работает система управления вертолетом следующим образом.

Через блок 1 ручного управления (обычно ручку управления и механическую проводку) и последовательно с ним включенным исполнительным механизмом блока автоматического управления осуществляются управляющие воздействия на исполнительный элемент системы управления (обычно бустер). На фиг. 1 исполнительный элемент системы автоматического управления не показан.

Автоматическое траекторное управление осуществляется блоком 2 автоматического управления по информации, поступающей на вход этого блока с выхода блока 6 комплексной обработки информации и контроля, характеризующей траекторное движение вертолета (на режиме зависания это, например, величина и скорость отклонения вертолета от заданного места висения).

Блок 6 формирует эту информацию на основе комплексной обработки поступающих на его входы сигналов от датчиков 4 и 5 и осуществляет контроль достоверности этих сигналов.

Алгоритм комплексной обработки информации и контроля в блоке 6 выбираются в соответствии с заданный летчиком с пульта управления 3 режимом стабилизации.

В блоке 6 комплексной обработки информации и контроля осуществляются следующие действия:
1. Формируется логика и законы обработки информации от датчиков в соответствии с заданным с пульта управления режимом полета.

2. Производится комплексная обработка информации от датчиков, обеспечивающих фильтрацию сигналов, и улучшаются точностные и динамические характеристики выдаваемой из блока информации.

3. Производится контроль достоверности сигналов от датчиков на основе их сравнения и учета ограничений на допустимые величину и скорость изменения сигналов от датчиков.

4. По информации от более точных датчиков осуществляется коррекция сигналов от менее точных датчиков.

5. При отказе или сбое в работе датчика, от которого в основном осуществляется выполнение заданного режима, производится автоматическое исключение его из формирования выходной информации.

В этом случае необходимая информация продолжает выдаваться в блок автоматического управления на основе сигналов от оставшихся датчиков с обеспечением улучшения их точностных характеристик в соответствии с п.4.

6. На пульт управления 3 выдается сигнал об изменении информационного обеспечения заданного режима полета при отказе части датчиков (предупреждение о деградации системы).

7. Используется для контроля достоверности поступающих сигналов информация об отказе датчиков, вырабатываемая системами встроенного контроля этих датчиков (на фиг. 1 эти связи не показаны).

Осуществляемая в блоке 6 комплексная обработка информации от датчиков с различными физическими принципами измерения и поэтому имеющих различные природу и спектр ошибок, осуществление коррекции сигналов от датчиков с большими погрешностями, коррекция динамических характеристик и фильтрация помех позволяет улучшить качество и надежность выдаваемой в систему автоматического управления информации.

Кроме того, открывается возможность использования весьма грубых, но простых и надежных датчиков, что позволяет обеспечить сохранение на некоторое время режима автоматической стабилизации при отказах точных сложных датчиков.

Все вместе взятое существенно увеличит отказобезопасность и надежность выполнения автоматизированных режимов полета и увеличит эффективность вертолетных технологий.

Блок комплексной обработки и контроля может быть выполнен в виде самостоятельного блока или реализовываться программно, например, в вычислителе блока системы автоматического управления.

Изобретение относится к авиационной технике. Технический результат заключается в повышении безопасности полетов, который достигается за счет того, что система управления вертолетом содержит блок ручного управления, блок автоматического управления, пульт управления, датчики и блок комплексной обработки информации и контроля. Система позволяет контролировать не только сам процесс полета, но и работу самой системы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система управления положением вертолета, содержащая блок автоматического управления, первым входом и выходом соответственно связанный с блоком ручного управления и объектом управления, блок комплексной обработки информации и контроля, входами соединенный с датчиками параметров и с одним выходом пульта управления, а одним выходом - с вторым входом блока автоматического управления, отличающаяся тем, что другой выход блока комплексной обработки информации и контроля соединен с входом пульта управления, который другим выходом соединен с третьим входом блока автоматического управления. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что для контроля каждого из параметров использованы по крайней мере два датчика. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что датчики для контроля параметров имеют различную конструкцию. 4. Система по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что блок комплексной обработки информации и контроля выполнен с возможностью определения ложного сигнала, поступающего от каждого датчика.