СТАБИЛИЗАТОР ТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ
STABILISER OF TANK WEAPON

Изобретение относится к системам автоматического управления и регулирования, в частности к стабилизаторам танкового вооружения (далее - стабилизатор).
Известен стабилизатор танкового вооружения 2Э42-4, выполненный по схеме электрической принципиальной БС1.370.012 Э3 и описанный в БС 1.370.012 ТО, ТУ. Данный стабилизатор принят за прототип (см. также книгу В.В. Корнеева, М.И. Кузнецова и др. «Основы автоматики и танковые автоматические системы», М.; Министерство обороны, 1976 г., издание Академии бронетанковых войск имени маршала Малиновского Р.Я.).
Указанный стабилизатор состоит из приводов горизонтального (далее по тексту - ГН) и вертикального (далее по тексту - ВН) наведения и стабилизации.
Приводы ГН и ВН стабилизатора, принятого за прототип, представляют собой автономные приводы, обеспечивающие наведение и стабилизацию основного вооружения танка в плоскостях ГН и ВН по сигналам, поступающим с задающего устройства стабилизации ЗУС 1 и датчиков абсолютной угловой скорости ДУС-ГН 2 и ДУС-ВН 3.
Привод ГН выполнен на базе электромеханического привода, привод ВН - на базе электрогидравлического привода.
Принципы работы приводов ВН и ГН в режимах стабилизации и стабилизированного наведения во многом схожи. Каждый из этих двух приводов представляет собой систему автоматического регулирования, работа которой основана на принципе отработки рассогласования (ошибки), т.е. на сравнении действительного значения регулируемого параметра с его заданным значением. Рассмотрим работу каждого из приводов ВН и ГН в отдельности.
Режим стабилизации по ВН - режим стабилизация пушки по ВН осуществляется относительно сигнала датчика положения зеркала по ВН ЗУС 1, имеющего независимую стабилизацию зеркала в плоскости ВН, что обеспечивается гиростабилизатором ЗУС 1.
При движении танка по пересеченной местности на пушку 4 действуют внешние возмущения в виде колебаний корпуса танка, трения в цапфах (опорах) пушки 4, трения в исполнительном цилиндре (ЦИ) 5 гидропривода ВН (ГП) 6, а также возмущения, обусловленные неуравновешенностью пушки 4 относительно оси цапф.
Эти возмущения вызывают отклонение пушки 4 от заданного сигналом датчика положения зеркала по ВН (ЗУС) 1 направления. Угол между заданным и действительным направлением пушки 4 в вертикальной плоскости, в этом случае определяет ошибку стабилизации гидропривода ВН (ГП) 6. Сигнал, пропорциональный ошибке стабилизации, отрабатывается гидроприводом ВН (ГП) 6 стабилизатора, поворачивающим пушку в сторону уменьшения ошибки.
Полученная таким образом ошибка стабилизации гидропривода ВН ГП 6 обрабатывается аналоговым модулем управления 7 блока управления (БУ) 8 стабилизатора, одни сигналы с которого управляют включением гидронасоса (Н) 9 гидропривода ВН (ГП) 6, создающего рабочее давление на входе механизма управления исполнительного гидроцилиндра (ЦИ) 5 гидропривода ВН (ГП) 6, а другие сигналы через усилитель (У-ВН) 10 поступают на управляющий вход механизма управления исполнительного гидроцилиндра (ЦИ) 5 гидропривода ВН (ГП) 6, создающего разность давлений в полостях исполнительного гидроцилиндра (ЦИ) 5, тем самым обеспечивая поворот пушки 4 в направлении уменьшения рассогласования между заданным значением сигнала с датчика положения зеркала по ВН (ЗУС) 1 и истинным положениями пушки 4 в плоскости ВН.
Для повышения устойчивости привода ВН и, как следствие, получения заданной ошибки стабилизации в контур управления привода ВН стабилизатора введена обратная связь по абсолютной угловой скорости пушки 4 в плоскости ВН с (ДУС-ВН) 3, обрабатываемая аналоговым модулем управления 7 (БУ) 8.
Режим стабилизированного наведения по ВН - режим стабилизированного наведения пушки 4 по ВН осуществляется также по сигналу с датчика положения зеркала по ВН (ЗУС) 1. При обнаружении цели наводчик пультом управления (ПУ-Н) 11 наводит стабилизированную в двух плоскостях ВН и ГН линию визирования (прицельную марку) (ЗУС) 1 на цель в плоскости ВН. Сигнал с датчика положения зеркала по ВН (ЗУС) 1, пропорциональный ошибке стабилизации по ВН, поступает на вход (БУ) 8, где происходит его преобразование, как описано выше. Гидропривод ВН 6 поворачивает пушку 4 в сторону уменьшения ошибки по ВН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в плоскости ВН.
Режим стабилизации по ГН - режим стабилизация пушки по ГН осуществляется относительно сигнала датчика положения зеркала по ГН (ЗУС) 1, имеющего независимую стабилизацию зеркала в плоскости ГН, что обеспечивается гиростабилизатором (ЗУС) 1.
При движении танка по пересеченной местности на башню 20 (пушку) действуют внешние возмущения в виде колебаний корпуса танка, трения в погоне башни 20, а также возмущения, обусловленные неуравновешенностью башни 20 относительно оси вращения.
Эти возмущения вызывают отклонение башни 20 (пушки) от заданного сигналом датчика положения зеркала по ГН (ЗУС) 1 направления. Угол между заданным и действительным направлением башни 20 (пушки) в горизонтальной плоскости, в этом случае определяет ошибку стабилизации привода ГН. Сигнал, пропорциональный ошибке стабилизации, отрабатывается приводом ГН стабилизатора, поворачивающим башню 20 (пушку) в сторону уменьшения ошибки.
Полученная таким образом ошибка стабилизации привода ГН обрабатывается аналоговым модулем управления 7 блока управления БУ 8 стабилизатора, одни сигналы с которого через внешние устройства 12 управляют включением блока коммутации (БК) 13 привода ГН, запускающего приводной двигатель (ЭД) 14 электромашинного усилителя (ЭМУ) 15, а другие сигналы через усилитель (У-ГН) 16 поступают на обмотки управления генератора (Ген. ЭМУ) 17, формируя в них разность токов, в соответствии с величиной и знаком которых (Ген.ЭМУ) 17 вырабатывает напряжение, под действием которого исполнительный электродвигатель (ЭД-ГН) 18 через редуктор (Ред. ГН) 19 поворачивает башню 20 (пушку) танка в направлении уменьшения рассогласования между заданным значением сигнала с датчика положения зеркала по ГН (ЗУС) 1 и истинным положениями башни 20 (пушки) в горизонтальной плоскости.
Для повышения устойчивости привода ГН и, как следствие, получения заданной ошибки стабилизации в контур управления привода ГН стабилизатора введены обратные связи по току ОСТ (ЭД-ГН) 18, по скорости ОСС (ЭД-ГН) 18, вырабатываемые (ЭМУ) 15 и по абсолютной угловой скорости башни 20 (пушки) в плоскости ГН с (ДУС-ГН) 2, обрабатываемые аналоговым модулем управления 7 (БУ) 8.
Режим стабилизированного наведения по ГН - режим стабилизированного наведения башни 20 (пушки 4) по ГН осуществляется также по сигналу с датчика положения зеркала по ГН (ЗУС) 1. При обнаружении цели наводчик пультом управления (ПУ-Н) 11 наводит стабилизированную в двух плоскостях (ВН и ГН) линию визирования (прицельную марку) (ЗУС) 1 на цель в плоскости ГН. Сигнал с датчика положения зеркала по ГН (ЗУС) 1, пропорциональный ошибке стабилизации по ГН, поступает на вход (БУ) 8, где происходит его преобразование, как описано выше. Исполнительный электродвигатель (ЭД-ГН) 18 через редуктор (Ред. ГН) 19 поворачивает башню 20 (пушку) танка в сторону уменьшения ошибки по ГН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в плоскости ГН.
Другие сигналы с внешних устройств 12, связанные с (ЗУС) 1 и ПУ-Н) 11, представляют собой сигналы с комплекса приборов и узлов, входящих как в стабилизатор, так и в оборудование танка в целом.
Недостатками вышеуказанной конструкции стабилизатора - прототипа является следующее.
1. Использование морально устаревшего электромашинного привода ГН, имеющего следующие недостатки:
- отсутствует возможность получения более высоких показателей по точности стабилизации пушки в плоскости ГН;
- отсутствует возможность получения максимальной скорости переброса и отработки более (18-24)°/с, что недостаточно при работе в режиме целеуказания и при движении танка по пересеченной местности с резкими маневрированиями его шасси (корпуса);
- малый ресурс и сложность в обслуживании из-за наличия как в конструкции ЭМУ, так и в конструкции ЭД-ГН коллекторов со щеточными узлами, что требует дополнительного периодического их обслуживания с заменой износившихся щеток;
- искрение в зоне коллекторного узла ЭМУ и ЭД-ГН, что при определенной боевой ситуации может привести к пожару внутри танка;
- негерметичность конструкции ЭМУ и ЭД-ГН, что тоже накладывает ограничения при их эксплуатации в случае попадания внутрь их корпуса воды;
- повышенный шум в боевом отделении от вращающихся частей электродвигателя и генератора, входящих в состав ЭМУ, а также вентилятора обдува исполнительного ЭД-ГН;
- низкий КПД электромашинного привода в целом, потребляющего значительный ток даже в отсутствие вращения вала исполнительного электродвигателя привода ГН.
2. Использование аналоговых контуров коррекции и управления исполнительными приводами ГН и ВН, не позволяющих применять адаптивные и оптимальные алгоритмы управления стабилизатором, гибко (без значительной переделки модуля управления стабилизатором) менять его параметры при изменении механических параметров танка в процессе его эксплуатации.
3. Отсутствие цифровых информационных каналов обмена с внешними устройствами танка, что не позволяет повысить эксплутационные характеристики стабилизатора, точность его диагностики, настройку и возможность установки на другие танки без существенной доработки. Отсутствие цифровых информационных каналов обмена одновременно не позволяет получить и дополнительные сигналы с датчиковой аппаратуры танка (внешних устройств), что также не дает возможность включения этих сигналов в контуры управления приводами ВН и ГН стабилизатора в виде дополнительных обратных связей, а значит не позволяет поднять устойчивость и добротность контуров их управления, тем самым, исключая возможность повышения точности стабилизации вооружения.
4. Отсутствие возможности работы стабилизатора с несколькими прицельными комплексами, устанавливаемыми при необходимости на танк по требованию заказчика.
5. Отсутствие автономного (независимого) режима стабилизации вооружения танка в случае отказа его основного прицельного(ых) комплекса(ов).
Техническими задачами заявляемого изобретения являются:
- повышение надежности стабилизатора;
- повышение эксплутационных показателей стабилизатора;
- повышение эксплутационной интероперабельности стабилизатора;
- повышение точности стабилизации по ВН и ГН стабилизатора;
- расширение функциональных возможностей стабилизатора;
- увеличение живучести стабилизатора, а с ним и объекта военного назначения (далее по тексту - ОВН).
Для достижения указанного технического результата в известный стабилизатор танкового вооружения, содержащий пушку с закрепленными на ней датчиками абсолютной угловой скорости по ВН и ГН, башню с установленной на ней пушкой, цилиндр исполнительный привода ВН, механически связанный с пушкой и башней и гидравлически с насосом привода ВН, редуктор ГН, механически связанный с башней и электродвигателем ГН, электродвигатель ГН, первый пульт управления, первое задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН, электрически связанное с первым пультом управления, внешние устройства, электрически связанные с первым задающим устройством стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН, блок коммутации привода ГН, электрически связанный с бортсетью ОВН и внешними устройствами, блок управления, электрически связанный через собственный модуль управления с внешними устройствами, приводным двигателем гидронасоса привода ВН и усилителями ВН и ГН, согласно изобретению дополнительно введены:
- второе панорамное задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН;
- второй пульт управления;
- преобразователь напряжения;
- усилитель мощности;
- датчик положения башни по ГН;
- датчик положения пушки по ВН;
- прицел с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН;
- устройства настройки и диагностики, кроме того, в блок управления дополнительно введены:
- первое ключевое устройство;
- второе ключевое устройство;
- интегратор привода ГН;
- интегратор привода ВН;
- модуль настройки и диагностики стабилизатора;
- первое корректирующее звено;
- второе корректирующее звено,
при этом второе панорамное задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН электрически связано со вторым пультом управления по ВН и ГН и через цифровые каналы обмена с устройствами настройки и диагностики, электрически связанными также через цифровые каналы обмена с внешними устройствами, первым задающим устройством стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН и модулем настройки и диагностики, связанным, в свою очередь, через цифровые каналы обмена с модулем управления,
датчик положения башни по ГН и датчик положения пушки по ВН механически связаны соответственно с башней и пушкой в плоскостях ВН и ГН,
прицел с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН, механически связан с пушкой и башней в плоскостях ВН и ГН,
преобразователь напряжения бортсети ОВН, электрически связан с блоком коммутации привода ГН и усилителем мощности привода ГН,
причем указанные первый и второй пульты управления по ВН и ГН, второе панорамное и первое задающие устройства стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН, датчик положения башни по ГН, датчик положения пушки по ВН, датчики абсолютной угловой скорости по ВН и ГН, устройства настройки и диагностики, усилитель мощности привода ГН, механизм управления цилиндра исполнительного привода ВН электрически связаны с блоком управления,
при этом с одной стороны выход интегратора по ГН блока управления и выходы датчиков положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН второго панорамного и первого задающего устройства стабилизации связаны через цифровые каналы обмена соответственно с первым, вторым и третьим входами второго ключевого устройства, соединенного с модулем управления, первый и второй входы интегратора по ГН связаны с выходом датчика абсолютной угловой скорости по ГН и выходом первого ключевого устройства, связанного с выходом по ГН первого и второго пультов управления и модулем управления, один из входов которого связан через первое корректирующее звено с датчиком положения башни по ГН, а первый выход модуля управления связан с усилителем ГН, электрически связанным с усилителем мощности привода ГН, вращающим вал электродвигателя ГН, который поворачивает через редуктор ГН башню с пушкой, а с ней и оптическую линию визирования прицела с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН,
с другой стороны выход интегратора по ВН блока управления и выходы датчиков положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ВН второго панорамного и первого задающего устройства стабилизации связаны с первым, вторым и четвертым входами второго ключевого устройства, соединенного с модулем управления, первый и второй входы интегратора по ВН связаны соответственно с выходом датчика абсолютной угловой скорости по ВН и выходом первого ключевого устройства, связанного с выходом по ВН первого и второго пультов управления и модулем управления, один из входов которого связан через второе корректирующее звено с датчиком положения пушки по ВН, а второй выход модуля управления связан с усилителем ВН, электрически связанным с механизмом управления исполнительного цилиндра привода ВН, управляющим направлением движения штока по ВН, поворачивающего пушку в плоскости ВН, а с ней и оптическую линию визирования прицела с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН в плоскости ВН.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый стабилизатор танкового вооружения отличается наличием новых элементов, а именно:
- второе панорамное задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного инерциального объекта по ГН и ВН;
- второй пульт управления;
- преобразователь напряжения;
- усилитель мощности;
- датчик положения башни по ГН;
- датчик положения пушки по ВН;
- прицел с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН;
- устройства настройки и диагностики;
- первое ключевое устройство;
- второе ключевое устройство;
- интегратор привода ГН;
- интегратор привода ВН;
- модуль настройки и диагностики стабилизатора;
- первое корректирующее звено;
- второе корректирующее звено
и их связями с другими элементами стабилизатора и ОВН.
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь вводимые элементы достаточно хорошо известны в технике, но их введение в указанной связи в стабилизатор танкового вооружения позволяет:
- повысить надежность стабилизатора за счет замены устаревшего электромашинного привода ГН на современный электропривод с векторным управлением исполнительным электродвигателем ГН, позволяющий исключить все недостатки электромашинного привода ГН стабилизатора - прототипа;
- повысить эксплутационные показатели стабилизатора за счет введения в стабилизатор цифровых контуров управления и коррекции приводами ГН и ВН, что позволяет применить адаптивные и оптимальные алгоритмы управления стабилизатором, гибко менять его параметры при изменении механических параметров танка в процессе его эксплуатации;
- повысить эксплутационную интероперабельность стабилизатора за счет введения в его структуру цифровых информационных каналов обмена с внешними устройствами объекта военного назначения, что позволяет резко повысить эксплутационные характеристики стабилизатора и возможность установки на другие ОВН без существенной доработки. Повышение эксплутационной интероперабельности также достигается введением в структуру стабилизатора дополнительных устройств (модулей), позволяющих проводить настройку и диагностику стабилизатора, как при помощи внешних устройств диагностики и настройки, подключаемых к контрольному разъему блока управления стабилизатора, так и при помощи встроенных средств диагностики и настройки ОВН;
- повысить точность стабилизации по ВН и ГН за счет введения в контуры управления приводами ВН и ГН стабилизатора дополнительных) сигналов обратных связей с датчиковой аппаратуры ОВН, получаемых по цифровым информационным каналам обмена, что позволяет поднять устойчивость и добротность контуров управления приводами ВН и ГН. Это дает возможность в сумме с новым электроприводом ГН стабилизатора повысить точность стабилизации не менее чем на (25-30)%;
- расширить функциональные возможности стабилизатора за счет введения в его структуру дополнительных устройств (второй пульт управления, второе панорамное задающее устройство стабилизации, второе ключевое устройство), позволяющих обеспечить его работу с несколькими прицельными комплексами, имеющими независимую двухплоскостную стабилизацию линии визирования;
- увеличить живучесть ОВН, за счет введения в структуру стабилизатора дополнительных устройств (первый пульт управления, второй пульт управления, первое ключевое устройство, интегратор привода ГН, интегратор привода ВН, второе ключевое устройство, прицел с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН), позволяющих обеспечить его автономную работу в случае отказа основных прицельного(ых) комплекса(ов) ОВН.
На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого стабилизатора танкового вооружения.
Сокращения, принятые в тексте:
БК - блок коммутации привода ГН;
ДПБ-ГН - датчик положения башни по ГН;
ДПП-ВН - датчик положения пушки по ВН;
ДУС-ГН - датчик абсолютной угловой скорости по ГН;
ДУС-ВН - датчик абсолютной угловой скорости по ВН;
ЗУС 1 - первое задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН;
ЗУС 2 - второе панорамное задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН;
КУ1 - первое ключевое устройство;
КУ2 - второе ключевое устройство;
КЗ 1 - первое корректирующее звено;
КЗ 2 - второе корректирующее звено;
Н - гидронасос привода ВН;
ОВН - объект военного назначения;
ОСС - обратная связь по скорости;
ОСТ - обратная связь по току;
УМ - усилитель мощности привода ГН;
ПД - прицел дублер с зависимой линией визирования по ВН и ГН для автономного режима стабилизации;
ПУ1 - первый пульт управления;
ПУ2 - второй пульт управления;
ПН - преобразователь напряжения привода ГН;
Ред. ГН - редуктор привода ГН;
∫-TH - интегратор привода ГН автономного режима стабилизации;
∫-BH - интегратор привода ВН автономного режима стабилизации;
НИ - цилиндр исполнительный привода ВН;
ЭД-ГН - электродвигатель привода ГН;
БУ - блок управления.
Заявляемый стабилизатор представляет собой автономно работающие привода наведения и стабилизации башни и пушки в плоскостях ГН и ВН.
Датчики положения (угла) независимо стабилизированного инерциального объекта по ГН и ВН второго панорамного и первого задающего устройства стабилизации, датчики абсолютной угловой скорости ГН и ВН, датчики положения башни и пушки по ГН и ВН, усилитель мощности ГН горизонтального привода башни формируют на входах блока управления сигналы ошибок по ГН и ВН, сигналы по абсолютной угловой скорости пушки по ВН и ГН, сигналы по относительному положению башни и пушки, сигналы обратных связей по скорости вращения вала и току исполнительного электродвигателя привода ГН.
Привод ГН содержит первый (ПУ1) 1 и второй (ПУ2) 2 пульты управления с резисторами наведения в плоскости ГН, первое (ЗУС1) 3 и второе панорамное (ЗУС2) 4 задающие устройства стабилизации с датчиками положения (угла) независимо стабилизированного зеркала прицела по ГН, электрически связанные соответственно с первым (ПУ1) 1 и вторым (ПУ2) 2 пультами управления по ГН, выходы с резисторов по ГН которых также связаны соответственно с первым и вторым входами первого ключевого устройства (КУ1) 5 блока управления (БУ) 6, переключающего через модуль управления 7 выходы с резисторов по ГН первого (ПУ1) 1 и второго (ПУ2) 2 пультов управления в соответствии с заданным внешними устройствами 8 алгоритмом цифрового взаимодействия.
Выход по ГН первого ключевого устройства (КУ1) 5 и сигнал с выхода датчика абсолютной угловой скорости (ДУС-ГН) 9 башни (пушки) по ГН связаны соответственно с первым и вторым входами интегратора по (∫-ГН) 10, связанного с третьим входом второго ключевого устройства (КУ2) 11. Интегратор (∫-ГН) 10 служит для преобразования сигнала, полученного суммированием с заданными коэффициентами сигнала первого (ПУ1) 1 или второго (ПУ2) 2 пульта управления с датчиком абсолютной угловой скорости (ДУС-ГН) 9 в ошибку (угловое абсолютное положение) привода ГН, используемую в режиме автономной стабилизации башни (пушки) по ГН в случае выхода из строя первого (ЗУС1) 3 и второго панорамного (ЗУС2) 4 задающих устройств стабилизации с датчиками положения (угла) независимо стабилизированного зеркала прицела по ГН.
Сигналы ошибок привода ГН с первого (ЗУС1) 3 и второго панорамного (ЗУС2) 4 задающих устройств стабилизации с датчиками положения (угла) независимо стабилизированного зеркала прицела по ГН поступают через цифровые каналы обмена соответственно на первый и второй входы второго ключевого устройства (КУ2) 11 блока управления (БУ) 6.
Сигнал с датчика положения башни по ГН (ДПБ-ГН) 12 через первое корректирующее звено (КЗ 1) 13 блока управления 6 поступает на вход модуля управления 7, где суммируется с заданным коэффициентом с сигналом ошибки привода ГН, полученным от одного из трех независимых задающих устройств стабилизации по ГН [от (ЗУС1) 3, либо от (ЗУС2) 4, либо от интегратора по (∫-ГН) 10] и коммутируемым на выход управления по ГН второго ключевого устройства (КУ2) 11 по командам от модуля управления 7 в зависимости от установленного внешними устройствами 8 режима работы ОВН.
Полученный таким образом сигнал управления для привода ГН через усилитель ГН 14 блока управления 6 поступает на вход усилителя мощности 15 привода ГН, электрически связанного с высоковольтным преобразователем напряжения ПН 16, включаемого по командам от блока коммутации (БК) 17, работающего по сигналам и командам внешних устройств 8 ОВН. Сигнал управления с выхода усилителя мощности 15 привода ГН вращает выходной вал электрически связанного с ним исполнительного вентильного электродвигателя (ЭД-ГН) 18, вращающего через редуктор (Ред.ГН) 19 башню 20 (пушку) и жестко связанный с ней прицел дублер (ПД) 21 с зависимой линией визирования по ВН и ГН режима автономной стабилизации башни (пушки).
Для настройки привода ГН и его диагностики в составе ОВН в блок управления 6 введен модуль настройки и диагностики 22, работающий совместно с модулем управления 7 и связанный через цифровой канал обмена с устройствами настройки и диагностики 23, соединенный, в свою очередь, через цифровые каналы обмена с первым (ЗУС1) 3 и вторым панорамным (ЗУС2) 4 задающим устройством стабилизации.
Блоки, используемые в приводе ГН, такие как - первое задающее устройство стабилизации (ЗУС1) 3, второе панорамное задающее устройство стабилизации (ЗУС2) 4, первый (ПУ1) 1 и второй (ПУ2) 2 пульты управления, устройство настройки и диагностики 23, первое ключевое устройство (КУ1) 5, второе ключевое устройство (КУ2) 11, модуль управления 7, модуль настройки и диагностики 22, блока управления (БУ) 6, работают совместно и с приводом ВН.
Привод ВН содержит первый (ПУ1) 1 и второй (ПУ2) 2 пульты управления с резисторами наведения в плоскости ВН, первое (ЗУС1) 3 и второе панорамное (ЗУС2) 4 задающие устройства стабилизации с датчиками положения (угла) независимо стабилизированного зеркала прицела по ВН, электрически связанные соответственно с первым (ПУ1) 1 и вторым (ПУ2) 2 пультами управления по ВН, выходы с резисторов по ВН которых также связаны соответственно с первым и вторым входами первого ключевого устройства (КУ1) 5 блока управления (БУ) 6, переключающего через модуль управления 7 выходы с резисторов по ВН первого (ПУ1) 1 и второго (ПУ2) 2 пультов управления в соответствии с заданным внешними устройствами 8 алгоритмом цифрового взаимодействия.
Выход по ВН первого ключевого устройства (КУ1) 5 и сигнал с выхода датчика абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24 пушки по ВН связаны соответственно с вторым и первым входами интегратора по (∫-BH) 25, связанного с четвертым входом второго ключевого устройства (КУ2) 11. Интегратор (∫-BH) 25 служит для преобразования сигнала, полученного суммированием с заданными коэффициентами сигнала первого (ПУ1) 1 или второго (ПУ2) 2 пульта управления с датчиком абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24, в ошибку (угловое абсолютное положение) привода ВН, используемую в режиме автономной стабилизации пушки по ВН в случае выхода из строя первого (ЗУС1) 3 и второго панорамного (ЗУС2) 4 задающих устройств стабилизации с датчиками положения (угла) независимо стабилизированного зеркала прицела по ВН.
Сигналы ошибок привода ВН с первого (ЗУС1) 3 и второго панорамного (ЗУС2) 4 задающих устройств, стабилизации с датчиками положения (угла) независимо стабилизированного зеркала прицела по ВН поступают через цифровые каналы обмена соответственно на первый и второй входы второго ключевого устройства (КУ2) 11 блока управления (БУ) 6.
Сигнал с датчика положения пушки по ВН (ДПП-ВН) 26 через второе корректирующее звено (КЗ 2) 27 блока управления 6 поступает на вход модуля управления 7, где суммируется с заданным коэффициентом с сигналом ошибки привода ВН, полученным от одного из трех независимых задающих устройств стабилизации по ВН [от (ЗУС1) 3, либо от (ЗУС2) 4, либо от интегратора по (∫-BH) 25] и коммутируемым на выход управления по ВН второго ключевого устройства (КУ2) 11 по командам от модуля управления 7 в зависимости от установленного внешними устройствами 8 режима работы ОВН.
Полученный таким образом сигнал управления для привода ВН через усилитель ВН 28 блока управления 6 поступает на вход гидропривода ВН 29, гидронасос (Н) 30 которого, электрически связанный с модулем управления 7, создает поток рабочей жидкости на входе механизма управления исполнительного гидроцилиндра (ЦИ) 31, распределяемого его механизмом управления в зависимости от сигнала управления на входе гидропривода ВН 29, меняя тем самым, направление движения штока по ВН исполнительного гидроцилиндра 31, поворачивающего пушку 32 в плоскости ВН, а с ней и оптическую линию визирования прицела (ПД) 21 с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН в плоскости ВН.
Для настройки привода ВН и его диагностики в составе ОВН в блок управления 6 введен модуль настройки и диагностики 22, работающий совместно с модулем управления 7 и связанный через цифровой канал обмена с устройствами настройки и диагностики 23, соединенный также через цифровые каналы обмена с первым (ЗУС1) 3 и вторым панорамным (ЗУС2) 4 задающим устройством стабилизации.
Блоки, используемые в приводе ВН, такие как - первое задающее устройство стабилизации (ЗУС1) 3, второе панорамное задающее устройство стабилизации (ЗУС2) 4, первый (ПУ1) 1 и второй (ПУ2) 2 пульты управления, устройство настройки и диагностики 23, первое ключевое устройство (КУ1) 5, второе ключевое устройство (КУ2) 11, модуль управления 7, модуль настройки и диагностики 22, блока управления (БУ) 6, работают совместно и с приводом ГН.
Большинство новых элементов системы удобнее реализовать как часть программного обеспечения блока управления, при этом обработка получаемых блоком данных будет осуществляться контроллером, состоящим из модулей:
- аналого-цифрового преобразователя;
- цифроаналогового преобразователя;
- дискретного ввода-вывода;
- информационных каналов обмена, являющихся портами контроллера.
Первое 5 и второе ключевые устройства 11, интеграторы по ГН 10 и ВН 25, модуль управления 7, модуль настройки и диагностики 22, первое 13 и второе 27 корректирующее звенья могут быть выполнены в виде подпрограмм управления выходами цифроаналогового преобразователя ГН и ВН и дискретными выходами контроллера, а интеграторы 10, 25 и корректирующие звенья ГН и ВН 13, 27 представляют собой цифровые фильтры 1-го и 2-го порядка, полученные билинейным преобразованием аналоговых прототипов, причем частота обработки полученных блоком управления данных и выдача им сигналов управления на усилители приводов ВН и ГН будет определяться заданной частотой циклов обработки сигналов блоком управления.
Устройства настройки и диагностики представляют собой как встроенные в ОВН аппаратно программные средства, так и средства, подключаемые к контрольному разъему блока управления стабилизатора
(см. книгу под редакцией Богнера Р. и Константинидиса А. «Введение в цифровую фильтрацию», пер. с англ. - М.: Мир, 1976).
Выходной усилитель ГН блока управления может быть выполнен по схеме, построенной на операционном усилителе, в обратную связь которого введен транзисторный каскад с токовым симметричным выходом.
Выходной усилитель ВН блока управления может быть выполнен по схеме, построенной на транзисторных каскадах, управляемых в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) по сигналу ШИМ, формируемому контроллером блока управления
(см. книгу Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники», пер. с англ. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Мир, 1993).
Заявляемый стабилизатор работает следующим образом.
Стабилизация и стабилизированное наведение пушки, обеспечивается в трех независимых друг от друга режимах и режиме целеуказания:
- ОСНОВНОЙ, стабилизация и стабилизированное наведение пушки 32 по ВН и ГН по сигналам с первого задающего устройства стабилизации (ЗУС1) 3, с места наводчика ОВН;
- ДУБЛЬ, стабилизация и стабилизированное наведение пушки 32 по ВН и ГН по сигналам со второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4, с места командира ОВН;
- ЦЕЛЕУКАЗАНИЕ, согласование пушки с независимо стабилизированной линией визирования второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4, при нахождении стабилизатора в режиме ОСНОВНОЙ при включении режима ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ командиром ОВН;
- РЕЗЕРВНЫЙ, стабилизация и стабилизированное наведение пушки 32 по ВН и ГН и линии визирования прицела ПД 21 с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН по сигналам с собственных датчиков абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24 и (ДУС-ГН) 9 и сигналам наведения по ВН и ГН с первого (ПУ1) 1 и второго (ПУ2) 2 пультов управления как с места наводчика, так и с места командира, с преимуществом в управлении пушкой, находящимся у командира.
Стабилизация в режиме ОСНОВНОЙ пушки 32 осуществляется по сигналам первого задающего устройства стабилизации (ЗУС1) 3, формирующего по цифровому каналу обмена на первом входе второго ключевого устройства (КУ2) 11 ошибки приводов по ВН и ГН, коммутируемые в соответствии с выбранным режимом работы ОВН на вход модуля управления 7.
Далее, полученные сигналы ошибок по ВН и ГН, фильтруются и суммируются с соответствующими сигналами отрицательных обратных связей по абсолютной угловой скорости пушки по ВН и ГН, формируемых по сигналам с датчиков абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24, (ДУС-ГН) 9, установленных на пушке 32. Причем контур ошибки привода ГН дополнительно охвачен сигналами отрицательных обратными связей по скорости вращения вала ОСС и току ОСТ исполнительного электродвигателя (ЭД-ГН) 18, формируемыми усилителем мощности (УМ) 15 привода ГН.
Указанные сигналы обратных связей, как и в стабилизаторе-прототипе, позволяют повысить добротность и устойчивость приводов ГН и ВН, тем самым, обеспечив требуемое качество управления приводами ГН и ВН, что в сумме с новыми цифровыми алгоритмами управления позволяет уменьшить ошибку стабилизации пушки 32 по ВН и ГН.
Одновременно с указанными сигналами обратных связей на вход модуля управления 7 блока управления 6 подаются сигналы относительной скорости пушки и башни по ВН и ГН, полученные первым (КЗ 1) 13 и вторым (КЗ 2) 27 корректирующими звеньями методом дифференцирования соответствующих сигналов с датчиков положения пушки по ВН (ДПП-ВН) 26 и башни по ГН (ДПБ-ГН) 12.
Полученные сигналы относительной скорости пушки и башни по ВН и ГН представляют собой обратную связь по возмущению, воздействующему соответственно на пушку и башню в плоскостях ВН и ГН при движении ОВН. Введение указанных обратных связей по возмущению в контуры управления приводами ВН и ГН позволяет дополнительно повысить точность стабилизации пушки 32.
Таким образом, полученные и обработанные модулем управления 7 сигналы управления по ВН и ГН поступают на соответствующие усилители ВН 28, ГН 14 блока управления 6, формирующие соответственно сигналы управления для механизма управления гидроцилиндра (ЦП) 31 гидропривода ВН 29 и усилителя мощности ГН (УМ) 15. Полученные сигналы управления по ВН и ГН преобразуются гидроцилиндром (ЦИ) 31 и усилителем мощности ГН (УМ) 15 соответственно в линейные перемещения штока гидроцилиндра (ЦИ) 31 и силовые сигналы для управления обмотками электродвигателя ГН 18. Шток гидроцилиндра (ЦИ) 31, механически связанный с башней 20 и пушкой 32, и электродвигатель ГН 18, механически связанный с редуктором ГН (Ред. ГН) 19, поворачивают пушку 32 по ВН и башню по ГН в сторону уменьшения ошибки стабилизации, тем самым удерживая направление пушки 32 на цель.
Наведение в режиме ОСНОВНОЙ пушки 32 осуществляется по сигналам первого задающего устройства стабилизации (ЗУС1) 3, связанного электрически с первым пультом управления (ПУ1) 1 по ВН, ГН и формирующего по цифровому каналу обмена на первом входе второго ключевого устройства (КУ2) 11 блока управления 6 ошибки приводов по ВН и ГН. Наводчик (оператор) ОВН пультом управления (ПУ1) 1 по ВН и ГН наводит стабилизированную в двух плоскостях линию визирования (прицельную марку) первого задающего устройства стабилизации (ЗУС1) 3 на цель. Сигналы с датчиков положения ВН и ГН первого задающего устройства стабилизации (ЗУС1) 3, пропорциональные ошибкам стабилизации по ВН и ГН, отрабатываются приводами ВН и ГН, поворачивающими пушку 32 в сторону уменьшения ошибок ВН и ГН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в режиме ОСНОВНОЙ.
Стабилизация в режиме ДУБЛЬ пушки 32 осуществляется по сигналам второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4, формирующего по цифровому каналу обмена на втором входе второго ключевого устройства (КУ2) 11 ошибки приводов по ВН и ГН, коммутируемые в соответствии с выбранным режимом работы ОВН на вход модуля управления 7.
Далее, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в режиме ОСНОВНОЙ, полученные сигналы ошибок по ВН и ГН преобразуются и суммируются в модуле управления 7 с сигналами обратных связей по ВН и ГН, позволяющими поднять точность стабилизации приводов по ВН и ГН стабилизатора в режиме ДУБЛЬ.
Обработанные модулем управления 7 сигналы управления по ВН и ГН поступают на соответствующие усилители ВН 28, ГН 14 блока управления 6, формирующие соответственно сигналы управления для механизма управления гидроцилиндра (ЦИ) 31 гидропривода ВН 29 и усилителя мощности ГН (УМ) 15. Полученные сигналы управления по ВН и ГН преобразуются гидроцилиндром (ЦИ) 31 и усилителем мощности ГН (УМ) 15 соответственно в линейные перемещения штока гидроцилиндра (ЦИ) 31 и силовые сигналы для управления обмотками электродвигателя (ЭД-ГН) 18. Шток гидроцилиндра (ЦИ) 31, механически связанный с башней 20 и пушкой 32, и электродвигатель ГН 18, механически связанный с редуктором ГН (Ред. ГН) 19, поворачивают пушку 32 по ВН и башню по ГН в сторону уменьшения ошибки стабилизации, тем самым удерживая направление пушки 32 на цель.
Наведение в режиме ДУБЛЬ пушки 32 осуществляется по сигналам второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4, связанного электрически с вторым пультом управления (ПУ2) 2 по ВН, ГН и формирующего по цифровому каналу обмена на втором входе второго ключевого устройства (КУ2) 11 блока управления 6 ошибки приводов по ВН и ГН. Командир (оператор) ОВН пультом управления (ПУ2) 2 по ВН и ГН наводит стабилизированную в двух плоскостях линию визирования (прицельную марку) второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4 на цель. Сигналы с датчиков положения ВН и ГН второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4, пропорциональные ошибкам стабилизации по ВН и ГН, отрабатываются приводами ВН и ГН, поворачивающими пушку 32 в сторону уменьшения ошибок ВН и ГН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в режиме ДУБЛЬ.
Стабилизация в режиме ЦЕЛЕУКАЗАНИЕ пушки 32 осуществляется по сигналам второго панорамного задающего устройства стабилизации (ЗУС2) 4 аналогично режиму ДУБЛЬ. При этом пушка и башня по ВН и ГН совместно с линией визирования (маркой прицела) первого задающего устройства стабилизации (ЗУС1) 3 согласовывается с заданной точностью с независимо стабилизированной линией визирования (маркой прицела) второго панорамного задающего устройства стабилизации ЗУС2) 4, наведенной командиром ОВН на выбранную цель. После согласования режим ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ автоматически снимается, стабилизатор переходит в ранее выбранный режим работы - ОСНОВНОЙ и наводчик (оператор) ОВН производит выстрел по выбранной командиром ОВН цели.
Стабилизация в режиме РЕЗЕРВНЫЙ пушки 32 осуществляется по сигналам датчиков абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24 и (ДУС-ГН) 9, жестко связанных с пушкой 32. Сигналы датчиков абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24 и (ДУС-ГН) 9 подаются на соответствующие входы интеграторов (∫-BH) 25 и (∫-ГН) 10 блока управления 6, где их значение преобразуется в абсолютное угловое положение (ошибку) по ВН и ГН. Полученные ошибки приводов по ГН и ВН поступают соответственно на третий и четвертый входы второго ключевого устройства (КУ2) 11, где фильтруются и коммутируются в зависимости от текущего режима работы стабилизатора, заданного внешними устройствами 8. Алгоритм дальнейшей работы контура стабилизации установленного вооружения приводами ВН и ГН аналогичен описанному выше режиму ОСНОВНОЙ.
Наведение в режиме РЕЗЕРВНЫЙ пушки 32 осуществляется по сигналам наведения либо от пульта управления (ПУ1) 1 с места наводчика, либо от (ПУ2) 2 с места командира. Сигналы по ВН и ГН с пульта управления (ПУ1) 1 или (ПУ2) 2 поступают соответственно на первый и второй входы первого ключевого устройства (КУ1) 5, где коммутируются в зависимости от установленного режима работы (с места наводчика или места командира). Выбранные сигналы наведения по ВН и ГН подаются на соответствующие входы интеграторов (∫-BH) 25 и (∫-ГН) 10 блока управления 6, где суммируются с сигналами датчиков абсолютной угловой скорости (ДУС-ВН) 24 и (ДУС-ГН) 9, жестко связанных с пушкой 32. Полученные таким образом на выходе интеграторов (∫-BH) 25 и (∫-ГН) 10 сигналы представляют собой ошибки приводов ВН и ГН с учетом знака и амплитуды соответствующего сигнала по ВН и ГН, заданного наводчиком (командиром) с пульта управления (ПУ1) 1 (ПУ2 2) в плоскостях ВН и ГН.
Наводчик (командир) наводит пультом управления (ПУ1) 1 (ПУ2 2) по ВН, ГН пушку 32, а с ней и прицельную марку прицела (ПД) 21 с зависимой линией стабилизации по ВН и ГН на цель, по изображению выводимому на видеосмотровое устройство с видеокамеры, установленной в прицеле (ПД) 21. Оптическая ось видеокамеры (прицельная марка) прицела (ПД) 21 совмещена с его оптической осью и механически выверена с заданной точностью с каналом ствола пушки 32.
Изобретение позволяет за счет применения новых приборов и узлов, построенных на цифровой платформе, значительно расширить совместно с системой управления огнем (СУО) возможности боевого применения танка, поднять его боевую мощь, надежность, живучесть, улучшить его технические и эксплутационные характеристики, решить вопросы по настройке и оперативной диагностике стабилизатора в составе танка, что очень важно при работе экипажа в реальных боевых условиях.
Приведенные в описании технические преимущества, целесообразность и надежность стабилизатора, реализованного по заявляемой структурной схеме, подтверждены испытаниями опытного образца стабилизатора на модернизированном танке Т-90СМ (объект 188МС) на испытательной базе ОАО «УКБТМ» и ОАО «НПК Уралвагозавод» г. Нижний Тагил.