СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО АДАПТИВНОГО ЦИФРОАНАЛОГОВОГО СИГНАЛА СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G05D1/08 

Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) в условиях широкого диапазона их применения по скорости и высоте полета.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению способом формирования сигнала угловой стабилизации летательного аппарата (ЛА) является способ, включающий задание цифрового сигнала углового положения, измерение цифрового сигнала углового положения, измерение аналогового сигнала угловой скорости, формирование цифрового сигнала рассогласования, преобразование цифрового сигнала рассогласования в аналоговый сигнал, формирование выходного сигнала суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости [1].

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению системой угловой стабилизации является система угловой стабилизации ЛА, содержащая цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и исполнительное устройство, и элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла [1].

Недостатками известных решений являются колебательность процессов, ограниченные функциональные возможности и невысокая точность.

Техническим результатом в предложенных способе и системе стабилизации является расширение функциональных возможностей системы, повышение точности, уменьшение колебательности координат процессов управления и повышение показателей качества в условиях широкого диапазона параметров БПЛА.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования нелинейного адаптивного цифроаналогового сигнала стабилизации углового положения БПЛА, включающий задание цифрового сигнала углового положения, измерение текущего цифрового сигнала углового положения, измерение аналогового сигнала угловой скорости, формирование цифрового сигнала рассогласования, преобразование цифрового сигнала рассогласования в аналоговый сигнал, формирование выходного сигнала суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, формирование сигнала запаздывания угловым положением, дополнительно вводят измерение сигнала скоростного напора, формирование ограничения A1 сигнала запаздывания углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, формирование ограничения А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, при этом А2=A1, и формирование цифрового сигнала рассогласования, как разности между сформированными ограниченными сигналами.

Технический результат достигается так же и тем, что в систему стабилизации БПЛА, содержащую цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, а выход - со вторым входом блока сравнения, дополнительно введены датчик скоростного напора, выход которого соединен с первым входом первого и второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, второй вход второго ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения, вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала.

Действительно, при этом решении обеспечивается отработка сигналов управления в широком диапазоне изменения высоты, скорости полета и массы летательного аппарата посредством реализации части системы управления на основе бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ).

Предлагаемые способ и система стабилизации имеют цифровую и аналоговую части и для их сочетания введен цифроаналоговый преобразователь.

Прототип имеет существенный недостаток, определяемый наличием перерегулирования по угловой координате и рассогласованию в управлении летательным аппаратом, что вызывает колебательность или увеличение времени переходного процесса. Этот недостаток устраняется предложенным решением, благодаря введению равных по уровню сигналов ограничений адаптивных ограничителей сигналов. Функции ограничения имеют вид обратно пропорциональный величине скоростного напора с целью сохранения интенсивности управления.

На чертеже представлена блок-схема предложенной системы стабилизации БПЛА с реализацией предложенного способа.

Система стабилизации содержит цифровой датчик угла 1 (ДУ), датчик угловой скорости 2 (ДУС), цифровой задатчик угла 3 (ЗУ), и прямую цепь, состоящую из последовательно соединенных блока сравнения 4 (БС), цифроаналогового преобразователя 5 (ЦАП), суммирующего усилителя 6 (СУ), второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости 2, и исполнительного устройства 7 (ИУ). Вход элемента запаздывания обратной связи 8 (ЭЗОС) соединен с выходом датчика угла 1. Выход датчика скоростного напора 9 (ДСН) соединен с первыми входами первого 10 (1АОС) и второго 11 (2АОС) адаптивных ограничителей сигналов, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала 10 соединен с выходом цифрового задатчика угла 3, а выход - со входом блока сравнения 4. Выход элемента запаздывания обратной связи 8 соединен со вторым входом второго адаптивного ограничителя сигнала 11, а выход последнего - со вторым входом блока сравнения 4. На чертеже пунктиром условно показан ЛА.

Аналоговая часть системы управления включает в себя датчик угловой скорости 2, исполнительное устройство 7 и суммирующий усилитель 6. Цифровые каналы основного контура - это датчик угла 1 и блоки 3 и 4. Блок 5 - цифроаналоговый преобразователь.

Система стабилизации работает следующим образом.

Сигнал управления σ для подачи на исполнительное устройство 7 формируется датчиками и блоками 1÷6, 8, 10 в соответствии с законом управления:

σ=К₁Δφ+К₂ω_φ,

где К₁, К₂ - передаточные числа блока 6;

ω_φ - сигнал угловой скорости на выходе блока 2;

Δφ - сигнал рассогласования, формируемый в блоке 4:

,

здесь φ - сигнал на выходе датчика угла 1;

φ_зад - сигнал задающего воздействия, подается от задатчика 3;

τ_эз - время задержки элемента запаздывания 8.

Сигнал угла φ снимается с датчика угла 1, сигнал угловой скорости ω_φ снимается с датчика угловой скорости 2, сигнал задающего воздействия φ_зад формируется задатчиком угла 3. Коэффициенты К₁ и К₂ и сигнал σ формируются в суммирующем усилителе 6. Цифроаналоговый преобразователь 5 преобразует цифровой сигнал К₁Δφ в аналоговую форму.

Исполнительное устройство 7 отрабатывает суммарный аналоговый управляющий сигнал σ, отклоняя рулевые органы на величину δ. При достижении ограничений сигналов с блоков 10 и 11 в функции скоростного напора от датчика 9 рассогласование равно нулю, что обеспечивает уменьшение колебательности процессов и уменьшение времени переходного процесса.

Значительная часть системы управления несложно реализуется алгоритмически, все звенья и блоки могут быть также реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например, по [2, 3].

Предложенные способ формирования сигнала стабилизации и нелинейная адаптивная цифроаналоговая система стабилизации углового положения беспилотного летательного аппарата позволяют расширить функциональные возможности системы и повысить точность.

Источники информации

1. Патент РФ №2402057, G05D 1/08, 20.10.2010.

2. В.Б. Смолов. Функциональные преобразователи информации. Л., Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981, с. 22, 41.

3. А.У. Ялышев, О.И. Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: - Машиностроение, 1981, с. 107, 126.

Группа изобретений относится к способу и системе стабилизации углового положения беспилотного летательного аппарата. Для формирования нелинейного адаптивного цифроаналогового сигнала стабилизации углового положения задают и измеряют цифровой сигнал углового положения, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования и преобразуют его в аналоговый, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничения сигнала запаздывания в адаптивной функции и заданного сигнала углового положения в адаптивной функции в зависимости от сигнала скоростного напора, формируют сигнал рассогласования, как разность между сформированными ограниченными сигналами, формируют выходной сигнал определенным образом. Система стабилизации содержит цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, датчик скоростного напора, два адаптивных ограничителя, соединенных определенным образом. Обеспечивается повышение точности системы стабилизации, уменьшение колебательности координат процесса управления. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования нелинейного адаптивного цифроаналогового сигнала стабилизации углового положения беспилотного летательного аппарата, заключающийся в том, что задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, измеряют аналоговый сигнала угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования, преобразовывают цифровой сигнал рассогласования в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, отличающийся тем, что измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение А1 сигнала запаздывания в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, формируют ограничение А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, при этом А2 = А1, и формируют цифровой сигнал рассогласования, как разность между сформированными ограниченными сигналами.

2. Система стабилизации для осуществления способа по п. 1, содержащая цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены датчик скоростного напора, выход которого соединен с первыми входами первого и второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной
связи, а выход со вторым входом цифрового блока сравнения, вход которого соединен с выходом первого адаптивного ограничителя сигнала.