Система наведения и стабилизации пакета направляющих боевой машины реактивной системы залпового огня
SYSTEM FOR GUIDANCE AND STABILIZATION OF A PACKAGE OF GUIDES OF A COMBAT VEHICLE OF A MULTIPLE ROCKET REACTION SYSTEM

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования, а именно к системам автоматического наведения и стабилизации пакета направляющих с реактивными снарядами (PC), размещенного на боевой машине реактивной системы залпового огня (БМ РСЗО).
Известна система наведения и стабилизации пакета направляющих БМ РСЗО по патенту РФ №2387943, принятая за прототип.
Данная система наведения и стабилизации пакета направляющих БМ РСЗО содержит регулируемый насос с датчиком положения его люльки, гидробак, гидродвигатель, кинематически связанный с пакетом направляющих с реактивными снарядами, первый и второй суммирующие усилители, формирователь ошибки, задающее устройство, третий суммирующий усилитель, датчик давления, установленный в напорной гидролинии регулируемого насоса, первый и второй дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением, первый и второй гидроцилиндры, кинематически связанные с пакетом направляющих, датчики абсолютного положения и абсолютной скорости, установленные на пакете направляющих, при этом выход задающего устройства соединен с первым неинвертирующим входом третьего суммирующего усилителя, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика положения люльки регулируемого насоса, третий инвертирующий вход третьего суммирующего усилителя соединен с выходом датчика давления, а выход третьего суммирующего усилителя соединен с управляющим входом регулируемого насоса, вход регулируемого насоса соединен с гидробаком, первый инвертирующий вход формирователя ошибки соединен с первым выходом датчика абсолютного положения (канал вертикальной стабилизации), второй инвертирующий вход формирователя ошибки соединен со вторым выходом датчика абсолютного положения (канал горизонтальной стабилизации), первый инвертирующий вход первого суммирующего усилителя соединен с первым выходом датчика абсолютной скорости (канал вертикальной стабилизации), первый инвертирующий вход второго суммирующего усилителя соединен со вторым выходом датчика абсолютной скорости (канал горизонтальной стабилизации), первый выход формирователя ошибки соединен со вторым неинвертирующим входом первого суммирующего усилителя, второй выход формирователя ошибки соединен со вторым неинвертирующим входом второго суммирующего усилителя, входы первого и второго дросселирующих гидрораспределителей с электромагнитным управлением гидролиниями соединены с выходом регулируемого насоса, а их сливные гидролинии соединены с гидробаком, выходы первого дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединены с входами гидродвигателя, первый выход второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с штоковой полостью первого гидроцилиндра и с поршневой полостью второго гидроцилиндра, второй выход второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с поршневой полостью первого гидроцилиндра и с штоковой полостью второго гидроцилиндра.
Пакет направляющих с реактивными снарядами, как объект стабилизации, является многомассовым объектом с переменными моментами инерции и неуравновешенности, причем максимальные значения моментов превышают минимальные более чем в четыре раза. При этом кинематические связи пакета направляющих с первым и вторым гидроцилиндрами, а так же с гидродвигателем характеризуются соединениями с люфтами и определенной жесткостью.
Объекту стабилизации с такими параметрами соответствует амплтитудно-фазовая частотная характеристика с резонансами в низкочастотной области и быстропадающей фазовой характеристикой, причем наиболее значительно эти особенности выражены в канале горизонтальной стабилизации.
Данные обстоятельства ограничивают точностные характеристики системы наведения и стабилизации пакета направляющих прототипа.
Пуск PC с БМ РСЗО осуществляется в режиме стабилизации пакета направляющих, причем в данном режиме управляющими сигналами для каналов вертикальной и горизонтальной стабилизации (далее ВС и ГС) являются сигналы с датчиков абсолютного положения и абсолютной скорости. Для минимизации ошибок стабилизации пакета направляющих с PC необходимо, чтобы коэффициенты усиления по контурам позиционирования и скорости каналов ГС и ВС были максимально возможными.
Частота собственных колебаний системы наведения и стабилизации в зоне устойчивости, определяемая в основном контурами позиционирования, в каналах ВС и ГС составляет значение (1-1,5) Гц.
При увеличении коэффициентов усиления по контурам позиционирования и скорости в каналах ГС и ВС можно повысить точностные харатеристики системы наведения и стабилизации. Однако при увеличении коэффициента усиления выше некоторого критического значения наступают автоколебания по контурам скорости в каналах ГС и ВС, при этом в зависимости от загрузки пакета реактивными снарядами частота автоколебаний находится в диапазоне (2,5-4) Гц.
Целью заявляемого технического решения является повышение точностных харатеристик системы наведения и стабилизации пакета направляющих за счет автоматического изменения коэффициентов усиления по контурам позиционирования и скорости в каналах ГС и ВС при изменении частоты колебаний пакета направляющих при пусках PC.
Указанная цель достигается тем, что в систему наведения и стабилизации пакета направляющих боевой машины реактивной системы залпового огня, содержащую регулируемый насос с датчиком положения его люльки, гидробак, гидродвигатель, кинематически связанный с пакетом направляющих с реактивными снарядами, первый и второй суммирующие усилители, формирователь ошибки, задающее устройство, третий суммирующий усилитель, датчик давления, установленный в напорной гидролинии регулируемого насоса, первый и второй дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением, первый и второй гидроцилиндры, кинематически связанные с пакетом направляющих, датчики абсолютного положения и абсолютной скорости, установленные на пакете направляющих, при этом выход задающего устройства соединен с первым неинвертирующим входом третьего суммирующего усилителя, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика положения люльки регулируемого насоса, третий инвертирующий вход третьего суммирующего усилителя соединен с выходом датчика давления, а выход третьего суммирующего усилителя соединен с управляющим входом регулируемого насоса, вход регулируемого насоса соединен с гидробаком, первый инвертирующий вход формирователя ошибки соединен с первым выходом датчика абсолютного положения, второй инвертирующий вход формирователя ошибки соединен со вторым выходом датчика абсолютного положения, первый инвертирующий вход первого суммирующего усилителя соединен с первым выходом датчика абсолютной скорости, первый инвертирующий вход второго суммирующего усилителя соединен со вторым выходом датчика абсолютной скорости, первый выход формирователя ошибки соединен со вторым неинвертирующим входом первого суммирующего усилителя, второй выход формирователя ошибки соединен со вторым неинвертирующим входом второго суммирующего усилителя, входы первого и второго дросселирующих гидрораспределителей с электромагнитным управлением гидролиниями соединены с выходом регулируемого насоса, а их сливные гидролинии соединены с гидробаком, выходы первого дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединены с входами гидродвигателя, первый выход второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с штоковой полостью первого гидроцилиндра и с поршневой полостью второго гидроцилиндра, второй выход второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с поршневой полостью первого гидроцилиндра и с штоковой полостью второго гидроцилиндра, введены первый и второй частотно-зависимые функциональные блоки, первый и второй перемножители, причем выход первого суммирующего усилителя соединен с первым входом первого перемножителя и входом первого частотно-зависимого функционального блока, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, первый и второй выходы первого перемножителя соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами первого дросселирующего гидрораспределителя, а выход второго суммирующего усилителя соединен с первым входом второго перемножителя и входом второго частотно-зависимого функционального блока, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго дросселирующего гидрораспределителя.
Вариант исполнения каждого частотно - зависимого функционального блока для практической реализации заявляемого технического решения включает в себя полоснопропускающий фильтр верхних частот, фильтр нижних частот, первый и второй блоки выделения модуля, первое, второе, третье, четвертое, пятое и шестое масштабируйте звенья, первый и второй сумматоры, интегратор, первый, второй и третий двухполярные компараторы, причем вход частотно-зависимого функционального блока соединен с входами фильтра нижних частот и полоснопропускающего фильтра верхних частот, выход полоснопропускающего фильтра верхних частот через последовательно соединенные первый блок выделения модуля и первое масштабирующее звено соединен с инвертирующим входом первого сумматора, выход фильтра нижних частот через последовательно соединенные второй блок выделения модуля и второе масштабирующее звено соединен с неинвертирующим входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с входами первого, второго и тетьего двухполярных компараторов, выходы которых соединены с соответстветствующими входами третьего, четвертого и пятого масштабирующий звеньев, выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами второго сумматора соответственно, на четвертый вход второго сумматора через шестое масштабирующее звено вводится напряжение питания, выход второго сумматора является выходом частотно-зависимого функционального блока.
Материалы заявки поясняются графическими материалами, где:
- на фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства;
- на фиг. 2 представлена структурная схема частотно-зависимого функционального блока.
Система наведения и стабилизации пакета направляющих БМ РСЗО содержит регулируемый насос 1 с датчиком положения 2 его люльки, гидробак 3, гидродвигатель 4, кинематически связанный с пакетом направляющих 5 с реактивными снарядами, первый 6 и второй 7 суммирующие усилители, формирователь ошибки 8, задающее устройство 9, третий суммирующий усилитель 10, датчик давления 11, установленным в напорной гидролинии регулируемого насоса 1, первый 12 и второй 13 дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением, первый 14 и второй 15 гидроцилиндры, кинематически связанные с пакетом направляющих 5, датчики абсолютного положения 16 и абсолютной скорости 17, установленные на пакете направляющих 5, первый 18 и второй 19 частотно-зависимые функциональные блоки, первый 20 и второй 21 перемножители, причем выход задающего устройства 9 соединен с первым неинвертирующим входом третьего 10 суммирующего усилителя, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика положения 2 люльки регулируемого насоса 1, третий инвертирующий вход третьего 10 суммирующего усилителя соединен с выходом датчика давления 11, а выход третьего 10 суммирующего усилителя соединен с управляющим входом регулируемого насоса 1, вход регулируемого насоса 1 соединен с гидробаком 3, первый инвертирующий вход формирователя ошибки 8 соединен с первым выходом датчика абсолютного положения 16, второй инвертирующий вход формирователя ошибки 8 соединен со вторым выходом датчика абсолютного положения 16, первый инвертирующий вход первого 6 суммирующего усилителя соединен с первым выходом датчика абсолютной скорости 17, первый инвертирующий вход второго 7 суммирующего усилителя соединен со вторым выходом датчика абсолютной скорости 17, первый выход формирователя ошибки 8 соединен со вторым неинвертирующим входом первого 6 суммирующего усилителя, второй выход формирователя ошибки 8 соединен со вторым неинвертирующим входом второго 7 суммирующего усилителя, входы первого 12 и второго 13 дросселирующих гидрораспределителей с электромагнитным управлением гидролиниями соединены с выходом регулируемого насоса 1, а их сливные гидролинии соединены с гидробаком 3, выходы первого 12 дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением гидролиниями соединены с входами гидродвигателя 4, первый выход второго 13 дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с штоковой полостью первого 14 гидроцилиндра и с поршневой полостью второго 15 гидроцилиндра, второй выход второго 13 дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с поршневой полостью первого 14 гидроцилиндра и с штоковой полостью второго 15 гидроцилиндра, выход первого 6 суммирующего усилителя соединен с первым входом первого 20 перемножителя и входом первого 18 частотно-зависимого функционального блока, выход которого соединен со вторым входом первого 20 перемножителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами первого 12 дросселирующего гидрораспределителя, а выход второго 7 суммирующего усилителя соединен с первым входом второго 21 перемножителя и входом второго 19 частотно-зависимого функционального блока, выход которого соединен со вторым входом второго 21 перемножителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго 13 дросселирующего гидрораспределителя, при этом каждый частотно-зависимый функциональный блок содержит (фиг. 2) полоснопропускающий фильтр верхних частот 22, фильтр нижних частот 23, первый 24 и второй 25 блоки выделения модуля, первое 26, второе 27, третье 28, четвертое 29, пятое 30 и шестое 31 масштабируйте звенья, первый 32 и второй 33 сумматоры, интегратор 34, первый 35, второй 36 и третий 37 двухполярные компараторы, при этом вход частотно-зависимого функционального блока соединен с входами фильтра нижних частот 23 и полоснопропускающего фильтра верхних частот 22, выход которого через последовательно соединенные первый 24 блок выделения модуля и первое 26 масштабирующее звено соединен с инвертирующим входом первого 32 сумматора, выход фильтра нижних частот 23 через последовательно соединенные второй 25 блок выделения модуля и второе 27 масштабирующее звено соединен с неинвертирующим входом первого 32 сумматора, выход которого соединен с входом интегратора 34, выход интегратора 34 соединен с входами первого 35, второго 36 и тетьего 37 двухполярных компараторов, выходы которых соединены с соответстветствующими входами третьего 28, четвертого 29 и пятого 30 масштабирующих звеньев, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго сумматора 33, четвертый вход второго сумматора 33 через шестое 31 масштабирующее звено соединен с положительным питанием, выход - является выходом частотно-зависимого функционального блока.
Система наведения и стабилизации пакета направляющих БМ РСЗО работает следующим образом.
При сходе PC из пакета направляющих 5 (фиг. 1) возникают моментные возмущения, приводящие к изменению положения пакета направляющих 5 в абсолютных координатах. Датчик абсолютного положения 16, установленный на пакете направляющих 5, формирует корректирующие сигналы, пропорциональные изменению положения пакета направляющих 5, а датчик абсолютной скорости 17, установленный также на пакете направляющих 5, формирует корректирующие сигналы, пропорциональные изменению скорости положения пакета направляющих 5. В формирователе ошибки 8 сигналы обратных связей по абсолютным координатам суммируются с управляющими сигналами Uупрl и Uупр2, задающими направление пакета направляющих 5 на цель. Сигналы с первого и второго выходов датчика абсолютного положения 16 поступают на первый и второй инвертирующие входы формирователя ошибки 8 соответственно. При этом пакет направляющих 5 с PC перемещается в заданное направление стрельбы, относительно которого в дальнейшем будет осуществляться его стабилизация. Сигналы с первого и второго выходов формирователя ошибки 8 поступают на вторые неинвертирующие входы первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей (каналы ВС и ГС), а сигналы с первого и второго выходов датчика абсолютной скорости 17 поступают на первые инвертирующие входы первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей (каналы ВС и ГС), выходные сигналы с первого и второго выходов первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей поступают на соответствующие входы первого 18 и второго 19 частотно-зависимых функциональных блоков, которые формируют управляющие сигналы для изменения коэффициентов усиления системы наведения и стабилизации по контурам позиционирования и скорости каналов ВС и ГС.
Функционирование каждого из частотно-зависимых функциональных блоков (далее ЧЗФБ) одинаково и работа одного из них, например первого 18 ЧЗФБ из состава канала ВС, осуществляется следующим образом, в зависимости от спектрального состава входного сигнала на входе ЧЗФБ, соединенного с выходами полоснопропускающего фильтра верхних частот 22 (фиг. 2) и фильтра нижних частот 23 формируются уровни сигналов, которые после их преобразования в первом 24 и втором 25 блоках выделения модуля и первом 26 и втором 27 масштабирующих звеньях поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы первого 32 сумматора соответственно, где сигналы суммируются. В случае, если сигнал с фильтра нижних частот 23 больше, чем сигнал с полоснопропускающего фильтра верхних частот 22, то на выходе первого 32 сумматора формируется положительный сигнал, а если преобладающим будет сигнал с полоснопрпускающего фильтра верхних частот то на выходе первого 32 сумматора формируется отрицательный сигнал.
Полярность сигнала на выходе интегратора 34 задается полярностью сигнала на выходе первого 32 сумматора, что определяет полярность выходных напряжений двухполярных компараторов, тем самым обеспечивается уменьшение или увеличение коэффициента усиления по контуру регулирования канала ВС.
С выхода первого 32 сумматора сигнал поступает на вход интегратора 34, с выхода которого - на входы первого 35 второго 36 и третьего 37 двухполярных компараторов, каждый из которых имеет свой заданный уровень срабатывания.
Исходный уровень сигнала на выходе второго 33 сумматора определяется напряжением питания, поступающим через шестое 31 масштабирующее звено, на четвертый вход второго 33 сумматора.
Изменение значений коэффициента усиления происходит релейно (по шагово) при срабатывании одного первого 34, двух первого 34 и второго 35, или трех первого 34, второго 35 и третьего 36 двухполярных компараторов от исходного значения коэффициента усиления с учетом весовых коэффициентов первого 28, второго 29 и третьего 30 масштабирующих звеньев, выходы которых соединены с соответствующими первым, вторым и третьим входами второго сумматора 33. В результате на выходе второго 33 сумматора, являющимся выходом ЧЗФБ, сформируется сигнал учитывающий спектральный состав сигнала на входе ЧЗФБ.
Сигнал с выхода ЧЗФБ поступает на второй вход первого 20 (фиг. 1) перемножителя, на первый вход которого поспупает сигнал с выхода первого 6 суммирующего усилителя и в результате на первом и втором выходах первого 20 перемножителя имеет сигналы пропорциональные произведению входных сигналов, далее сигналы с первого и второго выходов первого 20 перемножителя поступают на первый и второй управляющие входы первого 12 дросселирующего гидрораспределителя, вызывая изменение положения его золотника. В соответствии с положением золотника первого 12 дросселирующего гидрораспределителя изменяется расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель 4 канала ВС, в результате чего пакет направляющих 5 перемещается в направлении уменьшения ошибки первоначально заданного положения, до тех пор, пока на первом и втором выходах формирователя ошибки 8 не сформируются сигналы уровней минимальных ошибок.
Аналогичным образом работает канал ГС.
Изменение коэффициента усиления по каналам регулирования ВС и ГС приводит к изменению спектрального состава колебаний пакета направляющих с PC и в зависимости от его изменения может происходить либо дальнейшее увеличение коэффициента усиления, либо его уменьшение, если преобладающим будет сигнал с полоснопрпускающего фильтра верхних частот.
Релейное изменение коэффициентов усиления связано с наличием гистерезиса при возникновении автоколебаний в каналах ГС или ВС. Если автоколебания возникли, например, при изменении параметров объекта стабилизации или при изменении температуры окружающей среды, то для исключения автоколебаний необходимо снижение коэффициента усиления ниже критического уровня на некоторую величину, при этом релейное изменение коэффициента усиления приводит к срыву автоколебаний без задержки во времени. В основном наличие гистерезиса связано с изменением величины трения при возникновнии автоколебаний, а также с наличием упругих явлений в механических передачах, в том числе с факторами сжимаемости рабочей жидкости, как одной из разновидностей упругих явлений.
Возможное количество шагов как в сторону увеличения значений коэффициентов усиления, так и в сторону уменьшения, определяется количеством двухполярных компараторов, переключенных на положительный или отрицательный уровень напряжения питания, а величина шагов определятся весовыми коэффициентами масштабирующих звеньев.
Для поддержания постоянного давления в гидросистеме задающее устройство 9, выполненное, например, в виде делителя напряжения, формирует на своем выходе постоянный сигнал, который поступает на первый неинвертирующий вход третьего суммирующего усилителя 10, на второй и третий инвертирующие входы которого подаются сигналы с выходов датчиков положения 2 и давления 11 соответственно. Сформированный и усиленный таким образом выходной сигнал с выхода третьего суммирующего усилителя 10 поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1, что позволяет управлять его производительностью. Таким образом, в заявляемой системе формируется отрицательная связь по давлению, которая позволяет стабилизировать давление в системе при изменении расхода рабочей жидкости, проходящей через первый 12 и второй 13 дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением.
Вариант исполнения двухполярного компаратора приведен в книге «Применение прецизионных аналоговых ИС», Москва, Советское радио, 1980, стр. 174.
В заявляемом изобретении при практической реализации могут быть использованы известные схемные реализации полоснопропускающего фильтра верхних частот, фильтра нижних частот, перемножителя, блока выделения модуля и масштабирующего звена.
Заявляемая система наведения и стабилизации пакета направляющих боевой машины реактивной системы залпового огня проверена с положительным результатом при испытаниях БМ 9А53.