СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ПО КРЕНУ И ТАНГАЖУ Российский патент 2007 года по МПК G05D1/08 

Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления летательными аппаратами с самолетной схемой с реализацией возможности режимов с разворотами в продольном канале с большими углами тангажа координированных разворотов в боковом канале с большими углами крена. Кроме того, для этих систем автоматического управления предусматривается выбор способа управления.

Известна система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу, содержащая задатчик угла тангажа, первый и второй блоки сравнения, первый и второй суммирующие усилители, задатчик угла крена, первое и второе исполнительные устройства, объект управления, датчик угловой скорости по тангажу, датчик угла тангажа, датчик угла крена, первый и второй суммирующие усилители (патент РФ №1751716, кл. G 05 D 13/02, 30.07.92 г.).

Недостатком этой системы являются ограниченные функциональные возможности и невысокая точность управления.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу, содержащая первый и второй задатчики опорного сигнала, задатчик угла тангажа, задатчик угла крена, первый и второй блоки выделения модуля, первый и второй блоки выделения сигнала положительной полярности, первый и второй блоки сравнения, первый и второй релейные элементы с зоной нечувствительности, элемент И, первый и второй суммирующие усилители, управляемый переключатель, датчик угла тангажа, датчик угловой скорости по тангажу, с первого по четвертый ограничители, датчик угла крена, датчик угловой скорости по крену, первый и второй сумматоры, первое и второе исполнительные устройства, объект управления (патент РФ №2251136, кл. G 05 D 1/08, 27.04.05 г.).

Недостатком этой системы управления является низкая точность управления по причине невозможности реализации комбинированного метода наведения беспилотного летательного аппарата (БЛА).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности управления за счет реализации комбинированного метода наведения БЛА, т.е. выбора одного из трех видов управления: автономного управления, самонаведения или телеуправления. Кроме того, это позволяет повысить корректность идентификации системы управления БЛА, связанной с его целевым предназначением.

Комбинированный метод наведения можно осуществить следующим образом. Задающий сигнал по тангажу ϑ_зад определяется следующим образом:

где ϑ_пр - программный угол управления по тангажу;

ε_ц - угол месту цели в вертикальной плоскости;

ε_к - угол поворота телевизионного координатора (ТК) в вертикальной плоскости.

Задающий сигнал по крену γ_зад определяется следующим образом:

где γ_пр - программный угол управления по крену;

ν_ц - угол места цели в горизонтальной плоскости;

ν_к - угол поворота ТК в горизонтальной плоскости.

Технический результат достигается тем, что система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу, содержащая первый и второй задатчики опорного сигнала, первый и второй блоки выделения сигнала положительной полярности, первый и второй блоки выделения модуля, первый и второй блоки сравнения, первый и второй релейные элементы с зоной нечувствительности, элемент И, первый и второй суммирующие усилители, управляемый переключатель, датчик угла тангажа, датчик угловой скорости по тангажу, датчик угла крена, датчик угловой скорости по крену, с первого по четвертый ограничители, первый и второй сумматоры, первое и второе исполнительные устройства и объект управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно через датчик угловой скорости по тангажу, датчик угла тангажа, датчик угловой скорости по крену, датчик угла крена с первыми входами соответственно первого суммирующего усилителя, первого блока сравнения, второго суммирующего усилителя и второго блока сравнения, а первый и второй входы объекта управления подключены соответственно через первое и второе исполнительные устройства к выходам первого и второго сумматора, первые входы которых соединены соответственно через первый и второй ограничители с первым и вторым выходами управляемого переключателя, а вторые входы первого и второго сумматора подключены соответственно через третий и четвертый ограничители к третьему и четвертому выходам управляемого переключателя, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго суммирующих усилителей, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков опорного сигнала соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков выделения сигнала положительной полярности, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков выделения модуля, а выходы соответственно через первый и второй релейные элементы с зоной нечувствительности - к первому и второму входам элемента И, выход которого соединен с третьим входом управляемого переключателя, дополнительно содержит задатчик программного угла управления по тангажу, задатчик угла места цели в вертикальной плоскости, задатчик угла поворота телевизионного координатора в вертикальной плоскости, задатчик программного управления по крену, задатчик угла места цели в горизонтальной плоскости, задатчик угла поворота телевизионного координатора в горизонтальной плоскости, первый и второй коммутаторы, первый и второй управляющие входы которых соединены с пунктом управления, первые информационные входы этих коммутаторов подключены к выходам соответственно задатчика программного управления по крену и задатчика программного управления по тангажу, вторые информационные входы - к выходам соответственно задатчика угла места цели в горизонтальной плоскости и задатчика угла места цели в вертикальной плоскости, а третьи информационные входы - к выходам соответственно задатчика угла поворота телевизионного координатора в горизонтальной плоскости и задатчика угла поворота телевизионного координатора в вертикальной плоскости, выход первого коммутатора соединен с входом первого блока выделения модуля и со вторым входом первого блока сравнения, а выход второго коммутатора подключен к входу второго блока выделения модуля и ко второму входу второго блока сравнения.

На чертеже представлена блок-схема системы управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу.

Система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу (фиг.1) содержит задатчик 1 программного угла управления по тангажу, задатчик 2 угла места цели в вертикальной плоскости, задатчик 3 угла поворота ТК в вертикальной плоскости, задатчик 4 программного управления по крену, задатчик 5 угла места цели в горизонтальной плоскости, задатчик 6 угла поворота ТК в горизонтальной плоскости, первый 7 и второй 8 задатчики опорного сигнала, первый 9 и второй 10 коммутаторы, первый и второй управляющие входы которых соединены с пунктом управления (ПУ) (на блок-схеме не показан), первый 11 и второй 12 блоки выделения модуля, первый 13 и второй 14 релейные элементы с зоной нечувствительности, первый 15 и второй 16 блоки выделения сигнала положительной полярности, первый 17 и второй 18 блоки сравнения, первый 19 и второй 20 суммирующие усилители, датчик 21 угла тангажа, датчик 22 угла крена, элемент И 23, управляемый переключатель 24, который может быть выполнен в виде реле, включающее в себя обмотку и контактные группы (его структурная схема приведена в описании прототипа), датчик 25 угловой скорости по тангажу, датчик 26 угловой скорости по крену, первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 ограничители, первый 31 и второй 32 сумматоры, первый 33 и второй 34 исполнительные устройства и объект 35 управления.

Система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу работает следующим образом. В первую очередь осуществляется принцип комбинированного метода наведения: выбор способа управления. Это осуществляется с помощью первого 9 и второго 10 коммутаторов, которые настроены следующим образом. Если на первых управляющих входах будет сигнал, то через коммутаторы проходят величины, поступающие на их первые информационные входы с выходов задатчика 1 программного угла управления по тангажу и задатчика 4 программного управления по крену (осуществляется выбор автономного управления).

Если сигнал будет появляться на вторых управляющих входах первого 9 и второго 10 коммутаторов, то через них проходят величины, поступающие на вторые информационные входы этих коммутаторов с выходов задатчика 2 угла места цели в вертикальной плоскости и задатчика 5 угла места цели в горизонтальной плоскости (осуществляется выбор управления с помощью самонаведения). Если сигнал будет появляться на обоих управляющих входах первого 9 и второго 10 коммутаторов, то через них проходят величины, поступающие на третьи информационные входы этих коммутаторов с выходов задатчика 3 угла поворота ТК в вертикальной плоскости и задатчика 6 угла поворота ТК в горизонтальной плоскости (осуществляется выбор телеуправления). Таким образом осуществляется определение величин ϑ_зад и γ_зад в соответствии с формулами (1) и (2).

Основные сигналы управления в каналах тангажа и крена σ_0в и σ_0э формируются соответственно блоками 9, 17, 19, 21, 25 канала тангажа и 10, 18, 20, 22, 26 канала крена

где К_1ϑ, К_2ϑ - передаточные коэффициенты первого суммирующего усилителя 19;

Δϑ - сигнал рассогласования по тангажу на выходе первого блока 17 сравнения;

ϑ_∂ - сигнал датчика 21 угла тангажа;

ϑ_зад^- задающий сигнал по тангажу на выходе первого коммутатора 9;

ω_z∂ - сигнал датчика 25 угловой скорости по тангажу;

К_1γ, К_2γ - передаточные коэффициенты второго суммирующего усилителя 20;

Δγ - сигнал рассогласования по крену на выходе второго блока 18 сравнения;

γ_∂ - сигнал датчика 22 угла крена;

ω_x∂ - сигнал датчика 26 угловой скорости по крену.

Сигналы ϑ_∂, ω_z∂, γ_∂, ω_x∂ выдаются соответствующими датчиками состояния 21, 25, 22, 26, установленными на объекте 35 управления.

В канале тангажа блоком 15 выделяется сигнал положительной полярности ϑ₁-ϑ_оп, где сигнал ϑ₁, формируется блоком 11, ϑ₁=|ϑ_зад|, а сигнал ϑ_оп задается блоком 7.

Соответственно в канале крена блоком 16 выделяется сигнал положительной полярности γ_оп-γ₁, где сигнал γ₁ формируется блоком 12, γ₁=|γ_зад|, а сигнал γ_оп задается блоком 8.

На основе полученных в блоках 15 и 16 сигналов релейными элементами 13 и 14 формируются, соответственно, сигналы

- на выходе релейного элемента 13:

- на выходе релейного элемента 14:

Сигнал Аз на выходе блока 23 равен

Управляемый переключатель 24 осуществляет переключение цепей управления σ_0в с σ′_0в (на первом выходе) на σ′′_0в (на третьем выходе) в канале тангажа и σ_0э с σ′_0э (на втором выходе) на σ′′_0э (на четвертом выходе) в канале крена.

А именно:

1) А₃=0. Замкнута цепь управляемого переключателя 24 по ограничителю 27 в канале тангажа и ограничителю 28 в канале крена. Режим соответствует состоянию, при котором требуемое значение тангажа невелико, т.е. ϑ₁≤ϑ_оп для любых значений γ_зад: управление осуществляется с координацией и стабилизацией по крену и со стабилизацией по тангажу. Для этого режима уровень насыщения ограничителя 27 минимален, а уровень насыщения ограничителя 28 максимален;

2) А₃=1. Замкнута цепь управляемого переключателя 24 по ограничителю 29 в канале тангажа и ограничителю 30 в канале крена. Режим соответствует возможности глубоких разворотов по тангажу, т.е. в канале тангажа осуществляется управление, а в канале крена - стабилизация. Уровень насыщения ограничителя 29 максимален, а ограничителя 30 минимален.

Таким образом, в канале тангажа формируются сигналы управления σ′_0в, σ′′_0в - на первом и третьем выходах управляемого переключателя 24;

σ_1в - на выходе первого ограничителя 27;

σ_2в - на выходе третьего ограничителя 29;

σ_в - на выходе первого сумматора 31.

В канале крена формируются сигналы управления

σ′_0э, σ′′_0э - на втором и четвертом выходах управляемого переключателя 24;

σ_1э - на выходе второго ограничителя 28;

σ_2э - на выходе четвертого ограничителя 30;

σ_э - на выходе второго сумматора 32.

На выходах первого 33 и второго 34 исполнительных устройств формируются отклонения δ_В и δ_Э органов исполнительных устройств в канале тангажа (элевоны) и в канале крена (элероны) соответственно, которые отклоняют объект 35 управления по тангажу на угол ϑ с угловой скоростью ω_z и по крену на угол γ с угловой скоростью ω_х.

Все звенья управляющей части системы, в частности логические звенья, блоки выделения модуля, являются стандартными и могут быть реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники.

Таким образом, предложенная система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу позволяет повысить точность управления за счет реализации комбинированного метода наведения БЛА, т.е. выбора одного из трех видов управления: автономного управления, самонаведения или телеуправления.

Промышленная применимость изобретения обосновывается тем, что оно может быть использовано в различных областях (отраслях) в системах управления БЛА с самолетной схемой.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бортовых системах автоматического управления летательными аппаратами с самолетной схемой. Технический результат - повышение точности управления за счет реализации комбинированного метода наведения беспилотного летательного аппарата. Для достижения данного результата система управления содержит задатчики параметров процесса управления, два коммутатора, два блока выделения модуля, два блока выделения сигнала положительной полярности, два релейных элемента, два блока сравнения, два суммирующих усилителя, элемент И, управляемый переключатель, четыре ограничителя, датчики углов тангажа и крена, датчики угловых скоростей по тангажу и крену, два сумматора и два исполнительных устройства. 1 ил.

Система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу, содержащая первый и второй задатчики опорного сигнала, первый и второй блоки выделения сигнала положительной полярности, первый и второй блоки выделения модуля, первый и второй блоки сравнения, первый и второй релейные элементы с зоной нечувствительности, элемент И, первый и второй суммирующие усилители, управляемый переключатель, датчик угла тангажа, датчик угловой скорости по тангажу, датчик угла крена, датчик угловой скорости по крену, с первого по четвертый ограничители, первый и второй сумматоры, первое и второе исполнительные устройства и объект управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно через датчик угловой скорости по тангажу, датчик угла тангажа, датчик угловой скорости по крену, датчик угла крена с первыми входами соответственно первого суммирующего усилителя, первого блока сравнения, второго суммирующего усилителя и второго блока сравнения, а первый и второй входы объекта управления подключены соответственно через первое и второе исполнительные устройства к выходам первого и второго сумматоров, первые входы которых соединены соответственно через первый и второй ограничители с первым и вторым выходами управляемого переключателя, а вторые входы первого и второго сумматора подключены соответственно через третий и четвертый ограничители к третьему и четвертому выходам управляемого переключателя, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго суммирующих усилителей, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков опорного сигнала соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков выделения сигнала положительной полярности, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго блоков выделения модуля, а выходы соответственно через первый и второй релейные элементы с зоной нечувствительности - к первому и второму входам элемента И, выход которого соединен с третьим входом управляемого переключателя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит задатчик программного угла управления по тангажу, задатчик угла места цели в вертикальной плоскости, задатчик угла поворота телевизионного координатора в вертикальной плоскости, задатчик программного управления по крену, задатчик угла места цели в горизонтальной плоскости, задатчик угла поворота телевизионного координатора в горизонтальной плоскости, первый и второй коммутаторы, первый и второй управляющие входы которых соединены с пунктом управления, первые информационные входы этих коммутаторов подключены к выходам соответственно задатчика программного управления по крену и задатчика программного управления по тангажу, вторые информационные входы - к выходам соответственно задатчика угла места цели в горизонтальной плоскости и задатчика угла места цели в вертикальной плоскости, а третьи информационные входы - к выходам соответственно задатчика угла поворота телевизионного координатора в горизонтальной плоскости и задатчика угла поворота телевизионного координатора в вертикальной плоскости, выход первого коммутатора соединен с входом первого блока выделения модуля и со вторым входом первого блока сравнения, а выход второго коммутатора подключен к входу второго блока выделения модуля и ко второму входу второго блока сравнения.