СЛЕДЯЩИЙ РУЛЕВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2025 года по МПК F42B15/01 H02P7/00 B64C13/16 G05D1/60 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к электрическим рулевым приводам и может быть использовано, например, в блоках электрических рулевых приводов управляемых ракет.

Уровень техники.

Известен следящий электропривод [патент РФ №№2216707, 20.11.2003], содержащий последовательно соединенные сумматор, корректирующее устройство, усилитель мощности, электродвигатель, потенциометр обратной связи. Главная обратная связь не охватывает выходное звено электропривода. Электропривод работает в автоколебательном режиме, в результате чего создаются вибрации частотой 90-150 Гц, что негативно сказывается на рабочих характеристиках летательного аппарата.

Известен рулевой электропривод [патент РФ №2285227, 10.10.2006], содержащий электродвигатель, редуктор, выход которого связан с рулями управления и потенциометром обратной связи. В блоке электроники расположены формирователь команд, усилитель мощности и корректирующая цепь обратной связи. Электропривод имеет недостаточно высокие динамические характеристики, что снижает характеристики летательного аппарата.

Известен следящий электрический рулевой привод [патент Украины №73793, 15.09.2005], содержащий первый сумматор, первый фильтр нижних частот, усилитель мощности, исполнительный двигатель, редуктор, датчик обратной связи, второй сумматор, ограничитель, дифференцирующее устройство, второй фильтр нижних частот. Использование канала управления с эталонной моделью позволяет компенсировать небольшие параметрические возмущения следящего электропривода. Однако электропривод обладает недостаточно большой полосой пропускания по углу (около 15 Гц), а использование в качестве эталонной модели апериодического звена первого порядка, обеспечивающего малое фазовое запаздывание, не позволяет получить резкий спад амплитудно-частотной характеристики на частотах выше полосы пропускания, что приводит к низкой помехоустойчивости.

Известен следящий рулевой электропривод [патент РФ №2399017, 10.09.2010], содержащий первый, третий, четвертый, пятый и шестой сумматоры, первое устройство деления, регулятор скорости, ограничитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель, редуктор, датчик обратной связи, датчик скорости, блок модели двигателя, которые образуют основной контур регулирования следящего привода. Привод также содержит первый и второй фильтры нижних частот, блок эталонной модели, первое и второе устройство сравнения, первое и второе дифференцирующие устройства, которые формируют сигналы коррекции, вводимые в основной контур регулирования следящего привода. Кроме этого, электропривод содержит устройство формирования сигнала перестройки коэффициента усиления основного контура регулирования, которое включает третий, четвертый, пятый и шестой фильтры нижних частот, третье и четвертое дифференцирующие устройства, первое и второе устройства выделения модуля, первое и второе логические устройства, функциональный преобразователь. Электропривод обеспечивает большую полосу пропускания (20-25 Гц), малое фазовое запаздывание (не более 45 град.) и подавление амплитудно-частотной характеристики на частотах свыше полосы пропускания. Однако в некоторых точках диапазона изменения угла поворота выходного вала в электроприводе могут возникать автоколебания из-за меняющихся в пределах этого диапазона характеристик момента трения редуктора.

Наиболее близким к изобретению является следящий рулевой электропривод [патент РФ №2800527, 24.07.2023], который содержит пять сумматоров, устройство деления, регулятор скорости, ограничитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель, редуктор, датчик обратной связи, датчик скорости, блок модели двигателя, которые образуют основной контур регулирования следящего привода. В приводе формируются сигналы коррекции, вводимые в основной контур регулирования следящего привода реализованные с помощью двух фильтров нижних частот, блока эталонной модели, двух устройств сравнения, двух дифференцирующих устройств, сумматора и ограничителя. Также, в электроприводе формируется сигнал перестройки коэффициента усиления основного контура регулирования, который реализован на основе четырех фильтров нижних частот, двух дифференцирующих устройств, двух устройств выделения модуля, двух логических устройств, устройства деления и функционального преобразователя. Кроме этого, электропривод содержит третье, четвертое и пятое логические устройства и третье устройство деления, обеспечивающие устранение автоколебаний и улучшение параметров АЧХ. Однако электропривод обладает недостаточно малым фазовым запаздыванием фазочастотной характеристики в пределах полосы пропускания и временем переходных процессов, а также недостаточно высокой надежностью. Кроме того, известный электропривод имеет высокие ценовые показатели из-за использования тахогенератора.

Раскрытие сущности изобретения.

Заявленное изобретение направлено на решение технической проблемы, заключающейся в том, что для более эффективного применения электропривода необходимо уменьшение фазового запаздывания фазочастотной характеристики электропривода в пределах полосы пропускания, снижение времени переходных процессов. Кроме того, для уменьшения ценовых характеристик и увеличения надежности электропривода необходимо возложить функции тахогенератора, входящего в структуру электропривода-аналога, по формированию сигналов коррекции на функциональные элементы, соединенные определенным образом с реализацией на микроконтроллере.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является уменьшение фазового запаздывания фазочастотной характеристики в пределах полосы пропускания, снижение времени переходных процессов и увеличение надежности электропривода.

Технический результат достигается тем, что в следящий рулевой электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первое устройство деления, первое логическое устройство, второе устройство деления, третий сумматор, регулятор скорости, первый ограничитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель, редуктор и датчик обратной связи; последовательно соединенные первый фильтр нижних частот, блок эталонной модели, первое дифференцирующее устройство, второй фильтр нижних частот, второе дифференцирующее устройство, второе логическое устройство, выход которого подключен к второму входу второго сумматора; последовательно соединенные первое устройство сравнения, четвертый сумматор и второй ограничитель; а также второе устройство сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого дифференцирующего устройства, а выход ко второму входу четвертого сумматора; последовательно соединенные третий фильтр нижних частот, третье дифференцирующее устройство, первое устройство выделения модуля, четвертый фильтр нижних частот, третье логическое устройство, выход которого подключен к входу делителя первого устройства деления; последовательно соединенные пятый фильтр нижних частот, четвертое дифференцирующее устройство, второе устройство выделения модуля, шестой фильтр нижних частот, четвертое логическое устройство; последовательно соединенные третье устройство деления и функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом третьего логического устройства, вход делимого третьего устройства деления соединен с выходом четвертого фильтра нижних частот, вход делителя третьего устройства деления соединен с выходом четвертого логического устройства, второй вход второго логического устройства соединен с выходом третьего устройства деления; а также пятое логическое устройство, выход которого подключен ко второму входу первого логического устройства. Первый вход первого сумматора, на который подается сигнал задания, подключен к входам первого, пятого и третьего фильтров нижних частот, а также к первому входу пятого логического устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика обратной связи. Второй и третий входы первого сумматора подключены, соответственно к выходу датчика обратной связи и к выходу второго ограничителя. Первый и второй входы первого устройства сравнения подключены соответственно к выходу блока эталонной модели и к выходу датчика обратной связи. Второй выход первого логического устройства подключен ко входу третьего сумматора. Третий фильтр нижних частот выполнен с широкой полосой пропускания, пятый фильтр нижних частот выполнен с узкой полосой пропускания. Функциональный преобразователь выполнен с реализацией нарастающей зависимости выходного сигнала от входного с начальным участком, формирующим постоянный уровень выходного сигнала. Первое логическое устройство выполнено с реализацией функции подключения сигнала с выхода первого устройства деления к первому входу третьего сумматора или к входу делимого второго устройства деления по сигналу с выхода пятого логического устройства. Второе логическое устройство выполнено с реализацией функции отключения выхода второго дифференцирующего устройства от второго входа второго сумматора при низких частотах входного воздействия и на частотах за пределами полосы пропускания. Третье логическое устройство выполнено с реализацией блокировки прохождения сигнала с функционального преобразователя при малых уровнях сигнала на выходе четвертого фильтра нижних частот. Четвертое логическое устройство выполнено с реализацией исключения режима деления на ноль третьего устройства деления. Пятое логическое устройство выполнено с реализацией функции формирования интервала времени, с реализацией функции формирования логической единицы на выходе, если в течение заданного интервала времени модуль ошибки электропривода по положению и модуль приращения угла задания за единицу времени меньше заданных постоянных величин модуля ошибки электропривода и модуля приращения угла задания, с реализацией функции формирования логического нуля, если данное условие выполняется в течение интервала времени менее заданного, или модуль ошибки электропривода по положению, или модуль приращения угла задания за единицу времени больше указанных постоянных величин, а второе устройство деления выполнено с реализацией функции деления на постоянный коэффициент. Дополнительно введены наблюдатель и пятый сумматор. Первый и второй входы наблюдателя подключены соответственно к выходу первого ограничителя и к выходу датчика обратной связи, первый и второй выходы наблюдателя подключены соответственно к первому и второму входам пятого сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, и со вторым входом второго устройства сравнения. Наблюдатель выполнен с реализацией функции фильтра низких частот четвертого порядка с формированием сигналов оценок углового положения, скорости, ускорения и производной от ускорения выходного вала электропривода с включением обратных связей по разности между сигналом углового положения и сигналом оценки углового положения, при этом на первом выходе наблюдателя формируется сигнал оценки производной от ускорения, а на втором выходе - сигнал оценки скорости.

Краткое описание чертежей.

Конструкция и принцип работы следящего рулевого электропривода поясняются с помощью чертежей, на которых представлены:

Фиг. 1 - схема следящего электрического рулевого привода;

Фиг. 2 - блок-схема алгоритма функционирования наблюдателя;

Фиг. 3 - блок-схема алгоритма функционирования первого логического устройства совместно с вторым устройством деления;

Фиг. 4 - блок-схема алгоритма функционирования второго логического устройства;

Фиг. 5 - блок-схема алгоритма функционирования пятого логического устройства;

Фиг. 6 - амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики заявляемого электропривода (I) и устройства-прототипа (II) при отработке гармонического входного сигнала 3° и 1°;

Фиг. 7 - переходные процессы заявляемого электропривода (I) и устройства-прототипа (II) при подаче ступенчатого сигналах задания 30°.

На фигурах чертежей обозначены следующие элементы:

1 - первый сумматор;

2 - второй сумматор;

3 - первое устройство деления;

4 - первое логическое устройство;

5 - второе устройство деления;

6 - третий сумматор;

7 - регулятор скорости;

8 - первый ограничитель;

9 - усилитель мощности;

10 - исполнительный двигатель;

11 - редуктор;

12 - датчик обратной связи;

13 - первый фильтр нижних частот;

14 - блок эталонной модели;

15- первое дифференцирующее устройство;

16 - второй фильтр нижних частот;

17 - второе дифференцирующее устройство;

18 - второе логическое устройство;

19 - первое устройство сравнения;

20 - четвертый сумматор;

21 - второй ограничитель;

22 - второе устройство сравнения;

23 - третий фильтр нижних частот;

24 - третье дифференцирующее устройство;

25 - первое устройство выделения модуля;

26 - четвертый фильтр нижних частот;

27 - третье логическое устройство;

28 - пятый фильтр нижних частот;

29 - четвертое дифференцирующее устройство;

30 - второе устройство выделения модуля;

31 - шестой фильтр нижних частот;

32 - четвертое логическое устройство;

33 - третье устройство деления;

34 - функциональный преобразователь;

35 - пятое логическое устройство;

36 - наблюдатель;

37 - пятый сумматор.

В следящем рулевом электрическом приводе функциональные элементы 1-8, 13-37 реализованы с использованием микроконтроллера.

Следящий рулевой электропривод работает следующим образом. На первый вход первого сумматора 1 подается сигнал задания, на второй вход - сигнал, поступающий с датчика 12 обратной связи. Датчик 12 обратной связи может быть реализован, например, в виде кодового датчика или потенциометрического с преобразованием выходного сигнала в цифровой вид. На выходе первого сумматора 1 формируется ошибка по положению, которая отрабатывается основным контуром регулирования следящего электропривода, включающим второй сумматор 2, первое устройство 3 деления, первое логическое устройство 4, второе устройство деления 5, третий сумматор 6, регулятор 7 скорости, первый ограничитель 8, усилитель 9 мощности, исполнительный двигатель 10, редуктор 11, датчик 12 обратной связи.

Сигнал с выхода первого ограничителя 8 одновременно подается на наблюдатель 36 и на последовательно соединенные усилитель 9 мощности, исполнительный двигатель 10, редуктор 11 и датчик 12 обратной связи, образующие исполнительные функциональные блоки электропривода. Первый ограничитель 8 служит для ограничения сигнала, подаваемого на наблюдатель 36 в соответствии с характеристикой насыщения по напряжению питания усилителя 9 мощности. Наблюдатель 36 представляет собой фильтр низких частот четвертого порядка, который формирует сигналы оценок углового положения, скорости, ускорения и производной от ускорения выходного вала электропривода. Динамические характеристики наблюдателя сформированы в соответствии с динамическими характеристиками исполнительных функциональных блоков 9 - 12 электропривода. При этом построение структуры основано на аппроксимации динамических характеристик двухмассовой системой с пренебрежением диссипативными силами вследствие их малого значения, а также при условии малого коэффициента соотношения масс γ=(J_дв+J_н)/J_дв (что выполняется для устройств рассматриваемого класса), где J_дв - момент инерции исполнительного двигателя J_н - момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя.

Наблюдатель функционирует в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 2. На фиг. 2 обозначено:

F[n], F[n-1]; V[n], V[n-1]; W[n], W[n-1]; R[n], R[n-1] - сигналы оценок, соответственно, углового положения, скорости, ускорения и производной от ускорения выходного вала электропривода в n и в n-1 тактах работы микроконтроллера;

F_OC[n], F_OC[n-1] - сигнал об угловом положении выходного вала, поступающий с датчика 12 обратной связи;

U[n-1] - сигнал, поступающий с выхода первого ограничителя 8;

е[n] - разность между сигналом об угловом положении выходного вала, поступающего с датчика 12 обратной связи и сигналом оценки углового положения, вырабатываемого наблюдателем.

Коэффициенты, приведенные в блок-схеме алгоритма (фиг. 2) K_WR, K_VR, K_U, K_RW, K_WV, K_VF определяются через параметры исполнительных функциональных блоков 9 - 12 электропривода: Т_м - электромеханическую постоянную времени исполнительного двигателя, С_е - коэффициент противо-эдс, J_дв - момент инерции исполнительного двигателя; С - жесткость редуктора, а также Т₀ - период квантования по времени цифрового алгоритма и масштабы для перевода физических переменных в микроконтроллерные.

K_R, K_W, K_V, K_F - коэффициенты, определяющие глубину обратных связей по е[n]. Эти коэффициенты задают сходимость наблюдателя и могут быть определены, например, методами модального управления с помощью распределения Баттерворта через параметры исполнительных функциональных блоков 9 - 12 электропривода и величиной среднегеометрического корня характеристического уравнения, описывающего желаемые динамические характеристики исходя из того, что процессы сходимости в наблюдателе должны протекать быстрее, чем динамические процессы в исполнительных функциональных блоках электропривода.

На первом выходе наблюдателя формируется сигнал оценки производной от ускорения R[n], на втором выходе - сигнал оценки скорости V[n] выходного вала электропривода, которые подаются на первый и второй входы пятого сумматора 37. На выходе пятого сумматора 37 формируется сигнал

V_дв[n]=R[n] × K_RДВ + V[n],

где K_RДВ - коэффициент определяется через С, J_дв, Т₀ (где Т₀ - период квантования по времени цифрового алгоритма), а также через масштабы для перевода физических переменных в микроконтроллерные.

Исходя из вышеизложенного, сигнал V_ДВ[n] является оценкой скорости вала двигателя Ω_ДВ, что позволяет его использовать в контуре скорости электропривода вместо сигнала тахогенератора.

Регулятор 7 скорости может быть выполнен с пропорциональным или пропорционально-интегральным законами регулирования.

Функциональные элементы 13-15, 19-22 образуют канал управления с эталонной моделью, который работает следующим образом. Входной сигнал следящего рулевого электропривода через первый фильтр 13 нижних частот поступает на вход блока 14 эталонной модели. Блок 14 эталонной модели представляет собой фильтр нижних частот, динамические характеристики которого аппроксимируют желаемую динамику электропривода в нижней части диапазона частот. Первое устройство 19 сравнения формирует сигнал разности между сигналом с выхода блока 14 эталонной модели и сигналом об угловом положении с выхода датчика 12 обратной связи. Первое дифференцирующее устройство 15 формирует сигнал желаемой скорости электропривода, который во втором устройстве 22 сравнения сравнивается с сигналом оценки скорости исполнительного двигателя 10, поступающим с выхода пятого сумматора. Сигналы с выходов первого устройства 19 сравнения и второго устройства 22 сравнения несут информацию об отклонении выходного угла следящего рулевого электропривода и скорости исполнительного двигателя от желаемых в нижней части диапазона частот. В результате оба указанных сигнала отклонений поступают на входы четвертого сумматора 20, где суммируются с определенными весами. Выходной сигнал четвертого сумматора 20 ограничивается вторым ограничителем 21, на выходе которого формируется сигнал коррекции, под воздействием которого динамика электропривода «следует» за динамикой эталонной модели в нижней части частотного диапазона.

Для расширения полосы пропускания электропривода формируется дополнительный фазоопережающий сигнал коррекции с помощью функциональных элементов: первое дифференцирующее устройство 15, второй фильтр 16 нижних частот, второе дифференцирующее устройство 17, второе логическое устройство 18. Этот сигнал поступает на второй вход второго сумматора 2, что обеспечивает широкую полосу пропускания электропривода и снижает требования к коэффициенту усиления основного контура регулирования следящего электропривода, повышая его помехоустойчивость.

Для формирования частотных характеристик в области высоких частот служат функциональные элементы 23 - 34, образующие устройство коррекции коэффициента усиления основного контура регулирования следящего привода, которое работает следующим образом. Сигнал задания подается на две параллельные ветви, состоящие из последовательно соединенных функциональных элементов 23-26 и 28-31. Третий фильтр 23 нижних частот выполнен с широкой полосой пропускания и незначительно подавляет амплитуду проходящего через него сигнала задания, а пятый фильтр 28 нижних частот - с узкой полосой пропускания, при этом на его выходе формируется сигнал, амплитуда которого уменьшается с увеличением частоты входного воздействия.

Третье 24 и четвертое 29 дифференцирующие устройства устраняют влияние постоянной составляющей сигнала задания, первое 25 и второе 30 устройства выделения модуля формируют сигналы, не зависящие от знака входного воздействия, которые сглаживаются четвертым 26 и шестым 31 фильтрами нижних частот и поступают, соответственно, на вход делимого и через четвертое логическое устройство 32 на вход делителя третьего устройства 33 деления. При малых частотах задающего воздействия сигналы на выходах третьего 23 и пятого 28 фильтров нижних частот имеют практически одинаковую амплитуду, в результате чего на выходе третьего устройства 33 деления образуется сигнал, соответствующий низким частотам сигнала задания.

При увеличении частоты задающего воздействия амплитуда на выходе пятого фильтра 28 нижних частот уменьшается. В итоге на выходе третьего устройства 33 деления образуется сигнал большей величины, соответствующий увеличенной частоте сигнала задания. При малых сигналах на выходе шестого фильтра 31 нижних частот четвертое логическое устройство 32 формирует постоянный сигнал на входе делителя третьего устройства 33 деления, что исключает ситуацию деления на ноль. Сигнал с выхода третьего устройства 33 деления, несущий информацию о частоте входного воздействия, поступает на вход функционального преобразователя 34. Функциональный преобразователь 34 выполнен с реализацией нарастающей зависимости выходного сигнала от входного с начальным участком, формирующим постоянный минимальный уровень на выходе при малых значениях сигнала, поступающего с третьего устройства 33 деления. Например, функциональный преобразователь может быть реализован в виде монотонно нарастающей ступенчатой функции. Сигнал с выхода функционального преобразователя 34 через третье логическое устройство 27 поступает на вход делителя первого устройства 3 деления, которое позволяет менять общий коэффициент усиления основного контура регулирования. При малых уровнях сигнала на выходе четвертого фильтра 26 нижних частот третье логическое устройство 27 блокирует прохождение сигнала с функционального преобразователя 34, при этом на вход делителя первого устройства 3 деления подается минимальный уровень. При частотах входного задающего воздействия, не превышающих желаемую полосу пропускания, сигнал на входе делителя минимален (коэффициент деления), коэффициент усиления основного контура регулирования максимален и электропривод обладает максимальными частотными свойствами. При частотах задающего воздействия, находящихся за пределами желаемой полосы пропускания, сигнал на входе делителя увеличивается, общий коэффициент усиления уменьшается, в результате чего увеличивается степень подавления амплитуды входного воздействия за пределами полосы пропускания.

Первое логическое устройство 4 и второе устройство 5 деления функционируют в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 3. На фиг. 3 обозначено Х_1-1[n], X_1-2[n] - сигналы на первом и втором входах первого логического устройства 4, поступающие, соответственно, с выхода первого устройства 3 деления и с выхода пятого логического устройства 35, k - коэффициент деления второго устройства 5 деления, Y₁[n] - сигнал, поступающий на первый вход третьего сумматора 6. Если на выходе пятого логического устройства 35 сформирован сигнал логического нуля, то Y₁[n] равен Х_1-1[n], т.е. первое логическое устройство 4 подключает сигнал с выхода первого устройства деления 3 непосредственно к входу третьего сумматора 6, и электропривод работает с настройками, обеспечивающими заданные высокие динамические характеристики. Если на выходе пятого логического устройства 35 сформирован сигнал логической единицы, первое логическое устройство 4 подключает сигнал с выхода первого устройства деления 3 к входу третьего сумматора 6 через второе устройство 5 деления, осуществляющее деление на постоянный коэффициент k. При этом уменьшается коэффициент усиления основного контура электропривода, в результате чего автоколебания исчезают.

Второе логическое устройство 18 функционирует в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 4. На фиг. 4 обозначено X_2-1[n], Х_2-2[n], Y₂[n] - сигналы на первом и втором входах и на выходе второго логического устройства 18 в текущий такт работы микроконтроллера, fmin и fmax - минимальное и максимальное значение сигналов с выхода третьего устройства деления 33, несущие информацию о частоте входного воздействия. Если Х_2-2[n] меньше или X_2-2[n] больше fmax то сигнал Y₂[n] на выходе второго логического устройства 18 равен нулю, т.е. фазоопережающий сигнал коррекции при низких частотах входного воздействия и на частотах за пределами полосы пропускания отключается. Это позволяет улучшить плавность движения при отработке низкочастотных сигналов, исключив влияние скачкообразного характера сигнала, вызванного цифровой реализацией, и осуществить более эффективное подавление АЧХ, уменьшив ее подъем за пределами указанной полосы. Если Х_2-2[n] больше fmin и Х_2-2[n] меньше fmax, то сигнал Y₂[n] равен X_2-1[n], т.е. фазоопережающий сигнал подается на второй вход второго сумматора 2.

Пятое логическое устройство 35, формирующее сигнал логического нуля или сигнал логической единицы, функционирует в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг. 5. На фиг. 5 обозначено X_5-1[n], X_5-1[n-1] - сигналы задания по угловому положению в текущий и прошлый такт работы микроконтроллера, Х_5-2[n], E[n], DX_5-1[n], Y₅[n] соответственно - сигналы выходного угла, ошибки электропривода по положению, приращения угла задания за единицу времени в текущий такт работы микроконтроллера, сигнал на выходе пятого логического устройства. E₁ D₁, L₁ - константы, определяющие условия логических переключений в алгоритме пятого логического устройства 35, где: E₁ - заданная постоянная величина модуля ошибки электропривода по положению; D₁ - заданная постоянная величина модуля приращения угла задания; L₁ - заданная постоянная величина интервала времени. Параметры редуктора 11, которые могут привести к автоколебаниям (например, момент сопротивления), имеют достаточно узкий диапазон изменения по угловому положению. Поэтому при отслеживании входного сигнала угловое положение выходного вала непрерывно меняется, параметры редуктора также быстро меняются и автоколебательный режим не возникает. Задачей пятого логического устройства 35 является формирование сигнала логического нуля при работе электропривода в режиме слежения и сигнала логической единицы в режиме позиционирования, когда в некоторых точках диапазона изменения углового положения возникают автоколебания. Если модуль ошибки электропривода по положению mod(E[n]) или модуль приращения угла задания за единицу времени mod(DX_5-1[n]) больше соответствующих констант E₁, D₁, то в соответствии с блок-схемой алгоритма на выходе формируется сигнал логического нуля. При этом первое логическое устройство подключает сигнал с выхода первого устройства деления непосредственно к первому входу третьего сумматора 6, при этом коэффициент усиления основного контура остается высоким, а частотные характеристики электропривода имеют заданные высокие параметры. Если модуль ошибки электропривода по положению mod(E[n]) и модуль приращения угла задания за единицу времени mod(DX_5-1[n]) меньше соответствующих констант E₁, D₁, то это является условием для формирования на выходе сигнала логической единицы. Однако, для исключения ложных срабатываний из-за воздействия на сигналы X_5-1[n], Х_5-2[n] помех, в алгоритм пятого логического устройства 35 введена переменная i, которая накапливается в течение определенного числа тактов работы микроконтроллера, и если условия формирования логической единицы, изложенные выше, выполняются в течение времени, заданного константой L₁, то на выходе пятого логического устройства формируется логическая единица, которая поступает на второй вход первого логического устройства, что приводит к уменьшению коэффициента усиления основного контура электропривода и, как следствие, к срыву автоколебаний.

Осуществление изобретения.

Заявленное изобретение конструктивно представляет собой следящий электропривод, реализованный как канал управления блока рулевых приводов с построением сложных алгоритмических структур программным методом.

На фиг. 6 представлены амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики заявляемого электропривода (I) с реализацией предложенных технических решений и устройства-прототипа (II), полученные моделированием при отработке гармонического входного сигнала, соответственно 3° и 1°, которые демонстрируют достигнутый технический результат в части уменьшения фазового запаздывания фазочастотной характеристики в пределах полосы пропускания, снижения времени переходных процессов и увеличение надежности электропривода.

На фиг. 7 приведены осциллограммы переходных процессов заявляемого электропривода (I) и устройства-прототипа (II) при подаче ступенчатого сигналах задания 30°, которые показывают, что заявляемый электропривод с реализацией предложенных технических решений имеет большее быстродействие (меньшее время переходного процесса). Кроме того, предложенные технические решения позволяют не использовать тахогенератор, как в известном устройстве-прототипе, и заменить корректирующий сигнал тахогенератора на сигнал, формируемый альтернативными функциональными элементами, реализованными на микроконтроллере, и тем самым увеличить надежность электропривода.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый следящий рулевой электропривод, позволяет уменьшить фазовое запаздывание фазочастотной характеристики в пределах полосы пропускания, снизить время переходных процессов и увеличить надежность электропривода.

Заявленное техническое решение является промышленно применимым.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к электрическим рулевым приводам. Следящий рулевой электропривод содержит пять сумматоров (1, 2, 6, 20, 37), шесть фильтров нижних частот (13, 16, 23, 26, 28, 31), блок эталонной модели (14), два устройства сравнения (19, 22), усилитель мощности (9), исполнительный двигатель (10), редуктор (11), датчик обратной связи (12), два ограничителя (8, 21), четыре дифференцирующих устройства (15, 17, 24, 29), три устройства деления (3, 5, 33), регулятор скорости (7), два устройства выделения модуля (25, 30), пять логических устройств (4, 18, 27, 32, 35), функциональный преобразователь (34), наблюдатель (36), соединенные определенным образом. Технический результат заключается в уменьшении фазового запаздывания фазочастотной характеристики в пределах полосы пропускания, снижении времени переходных процессов и увеличении надежности электропривода. 7 ил.

Следящий рулевой электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первое устройство деления, первое логическое устройство, второе устройство деления, третий сумматор, регулятор скорости, первый ограничитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель, редуктор и датчик обратной связи; последовательно соединенные первый фильтр нижних частот, блок эталонной модели, первое дифференцирующее устройство, второй фильтр нижних частот, второе дифференцирующее устройство, второе логическое устройство, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора; последовательно соединенные первое устройство сравнения, четвертый сумматор и второй ограничитель, а также второе устройство сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого дифференцирующего устройства, а выход ко второму входу четвертого сумматора; последовательно соединенные третий фильтр нижних частот, третье дифференцирующее устройство, первое устройство выделения модуля, четвертый фильтр нижних частот, третье логическое устройство, выход которого подключен к входу делителя первого устройства деления; последовательно соединенные пятый фильтр нижних частот, четвертое дифференцирующее устройство, второе устройство выделения модуля, шестой фильтр нижних частот, четвертое логическое устройство; последовательно соединенные третье устройство деления и функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом третьего логического устройства, вход делимого третьего устройства деления соединен с выходом четвертого фильтра нижних частот, вход делителя третьего устройства деления соединен с выходом четвертого логического устройства, второй вход второго логического устройства соединен с выходом третьего устройства деления; а также пятое логическое устройство, выход которого подключен ко второму входу первого логического устройства, первый вход первого сумматора, на который подается сигнал задания, подключен к входам первого, пятого и третьего фильтров нижних частот, а также к первому входу пятого логического устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика обратной связи, второй и третий входы первого сумматора подключены соответственно к выходу датчика обратной связи и к выходу второго ограничителя; первый и второй входы первого устройства сравнения подключены соответственно к выходу блока эталонной модели и к выходу датчика обратной связи, второй выход первого логического устройства подключен к входу третьего сумматора, третий фильтр нижних частот выполнен с широкой полосой пропускания, пятый фильтр нижних частот выполнен с узкой полосой пропускания, функциональный преобразователь выполнен с реализацией нарастающей зависимости выходного сигнала от входного с начальным участком, формирующим постоянный уровень выходного сигнала, первое логическое устройство выполнено с реализацией функции подключения сигнала с выхода первого устройства деления к первому входу третьего сумматора или к входу делимого второго устройства деления по сигналу с выхода пятого логического устройства, второе логическое устройство выполнено с реализацией функции отключения выхода второго дифференцирующего устройства от второго входа второго сумматора при низких частотах входного воздействия и на частотах за пределами полосы пропускания, третье логическое устройство выполнено с реализацией блокировки прохождения сигнала с функционального преобразователя при малых уровнях сигнала на выходе четвертого фильтра нижних частот, четвертое логическое устройство выполнено с реализацией исключения режима деления на ноль третьего устройства деления, пятое логическое устройство выполнено с реализацией функции формирования интервала времени, с реализацией функции формирования логической единицы на выходе, если в течение заданного интервала времени модуль ошибки электропривода по положению и модуль приращения угла задания за единицу времени меньше заданных постоянных величин модуля ошибки электропривода и модуля приращения угла задания, с реализацией функции формирования логического нуля, если данное условие выполняется в течение интервала времени менее заданного, или модуль ошибки электропривода по положению, или модуль приращения угла задания за единицу времени больше указанных постоянных величин, а второе устройство деления выполнено с реализацией функции деления на постоянный коэффициент, отличающийся тем, что в него дополнительно введены наблюдатель и пятый сумматор, первый и второй входы наблюдателя подключены соответственно к выходу первого ограничителя и к выходу датчика обратной связи, первый и второй выходы наблюдателя подключены соответственно к первому и второму входам пятого сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора и со вторым входом второго устройства сравнения, наблюдатель выполнен с реализацией функции фильтра низких частот четвертого порядка с формированием сигналов оценок углового положения, скорости, ускорения и производной от ускорения выходного вала электропривода с включением обратных связей по разности между сигналом углового положения и сигналом оценки углового положения, при этом на первом выходе наблюдателя формируется сигнал оценки производной от ускорения, а на втором выходе - сигнал оценки скорости.