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

Описание патента на изобретение RU2293366C1

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 ϑзад определяется следующим образом:

где ϑпр - программный угол управления по тангажу;

εц - угол месту цели в вертикальной плоскости;

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

Задающий сигнал по крену γзад определяется следующим образом:

где γпр - программный угол управления по крену;

νц - угол места цели в горизонтальной плоскости;

νк - 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 ϑзад и γзад в соответствии с формулами (1) и (2).

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

где К, К - передаточные коэффициенты первого суммирующего усилителя 19;

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

ϑ - сигнал датчика 21 угла тангажа;

ϑзад- задающий сигнал по тангажу на выходе первого коммутатора 9;

ωz∂ - сигнал датчика 25 угловой скорости по тангажу;

К, К - передаточные коэффициенты второго суммирующего усилителя 20;

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

γ - сигнал датчика 22 угла крена;

ωx∂ - сигнал датчика 26 угловой скорости по крену.

Сигналы ϑ, ωz∂, γ, ωx∂ выдаются соответствующими датчиками состояния 21, 25, 22, 26, установленными на объекте 35 управления.

В канале тангажа блоком 15 выделяется сигнал положительной полярности ϑ1оп, где сигнал ϑ1, формируется блоком 11, ϑ1=|ϑзад|, а сигнал ϑоп задается блоком 7.

Соответственно в канале крена блоком 16 выделяется сигнал положительной полярности γоп1, где сигнал γ1 формируется блоком 12, γ1=|γзад|, а сигнал γоп 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 с σ′ (на первом выходе) на σ′′ (на третьем выходе) в канале тангажа и σ с σ′ (на втором выходе) на σ′′ (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≤ϑоп для любых значений γзад: 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′, σ′′ - на первом и третьем выходах управляемого переключателя 24;

σ - на выходе первого ограничителя 27;

σ - на выходе третьего ограничителя 29;

σв - на выходе первого сумматора 31.

В канале крена формируются сигналы управления

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

σ - на выходе второго ограничителя 28;

σ - на выходе четвертого ограничителя 30;

σэ - на выходе второго сумматора 32.

На выходах первого 33 и второго 34 исполнительных устройств формируются отклонения δВ и δЭ 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 ωz и по крену на угол γ с угловой скоростью ωх.

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.

Похожие патенты RU2293366C1

название год авторы номер документа
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ПО КРЕНУ И ТАНГАЖУ 2006
  • Бурба Александр Алексеевич
  • Мирошник Валерий Владимирович
  • Полтавский Александр Васильевич
RU2302030C1
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ПО КРЕНУ И ТАНГАЖУ 2003
  • Абадеев Э.М.
  • Бонк Р.И.
  • Загайнов Г.А.
  • Ляпунов В.В.
  • Козлов А.И.
  • Макаров Н.В.
  • Пучков А.М.
  • Селезнев И.С.
  • Сыров А.С.
  • Черепанова В.Е.
RU2251136C1
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2003
  • Бонк Р.И.
  • Петушков Б.К.
  • Пучков А.М.
  • Сыров А.С.
  • Черепанова В.Е.
RU2234117C1
МНОГОРЕЖИМНОЕ ЦИФРОАНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПО ТАНГАЖУ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2014
  • Пучков Александр Михайлович
  • Селезнев Антон Евгеньевич
  • Соловьев Алексей Сергеевич
  • Хлопкин Артем Владимирович
RU2541903C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ РУЛЕВЫХ ПРИВОДОВ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2018
  • Сыров Анатолий Сергеевич
  • Кедрова Надежда Николаевна
  • Пучков Александр Михайлович
  • Петров Андрей Борисович
  • Сухова Валерия Львовна
  • Тацюк Дмитрий Григорьевич
  • Камальдинова Рауза Абдулхаковна
  • Соловьев Валерий Дмитриевич
  • Хлопкин Артем Владимирович
RU2703007C1
АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНО-БАЛАНСИРОВОЧНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2009
  • Сыров Анатолий Сергеевич
  • Ежов Владимир Васильевич
  • Кравчук Сергей Валентинович
  • Пучков Александр Михайлович
RU2394263C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ БОКОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Абадеев Эдуард Матвеевич
  • Ежов Владимир Васильевич
  • Кравчук Сергей Валентинович
  • Ляпунов Владимир Викторович
  • Макаров Николай Валентинович
  • Пучков Александр Михайлович
  • Сыров Анатолий Сергеевич
  • Трусов Владимир Николаевич
RU2339990C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПРОДОЛЬНО-БАЛАНСИРОВОЧНОГО ДВИЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Абадеев Эдуард Матвеевич
  • Бонк Ромуальд Иванович
  • Ежов Владимир Васильевич
  • Ляпунов Владимир Викторович
  • Макаров Николай Валентинович
  • Пучков Александр Михайлович
  • Сыров Анатолий Сергеевич
  • Трусов Владимир Николаевич
RU2310899C1
Способ формирования сигнала управления боковым движением нестационарного беспилотного летательного аппарата с адаптивно-функциональной коррекцией и устройство для его осуществления 2016
  • Сыров Анатолий Сергеевич
  • Пучков Александр Михайлович
  • Жданович Надежда Павловна
  • Соловьев Алексей Сергеевич
  • Селезнев Антон Евгеньевич
  • Романов Олег Дмитриевич
  • Хлопкин Артем Владимирович
RU2631736C1
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ С КОМПЛЕКСНЫМ НАВИГАЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ 1994
  • Никольцев В.А.
  • Войнов Е.А.
  • Подвальных А.С.
  • Яковлев В.Н.
  • Симановский И.В.
  • Подоплекин Ю.Ф.
  • Коржавин Г.А.
  • Андриевский В.Р.
  • Якобсон А.Б.
  • Цвинтарный В.Я.
  • Ефремов Г.А.
  • Царев В.П.
  • Мартыненко В.Т.
RU2046736C1

Реферат патента 2007 года СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ПО КРЕНУ И ТАНГАЖУ

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.

Формула изобретения RU 2 293 366 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2293366C1

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ПО КРЕНУ И ТАНГАЖУ 2003
  • Абадеев Э.М.
  • Бонк Р.И.
  • Загайнов Г.А.
  • Ляпунов В.В.
  • Козлов А.И.
  • Макаров Н.В.
  • Пучков А.М.
  • Селезнев И.С.
  • Сыров А.С.
  • Черепанова В.Е.
RU2251136C1
Устройство координированного регулирования углового бокового движения летательного аппарата 1990
  • Бонк Ромульд Иванович
  • Кузнецов Юрий Васильевич
  • Липкин Александр Леонидович
  • Пучков Александр Михайлович
SU1751716A1
МИХАЛЕВ И.А
и др
Системы автоматического управления самолетом
- М.: Машиностроение, 1987, с.174
БОДНЕР В.А
Системы управления летательными аппаратами
- М.: Машиностроение, 1973, с.118-122
US 5987371 A, 16.11.1999
DE 3200004 A1, 14.07.1983.

RU 2 293 366 C1

Авторы

Бурба Александр Алексеевич

Мирошник Валерий Владимирович

Полтавский Александр Васильевич

Даты

2007-02-10Публикация

2005-09-28Подача