ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ УСТРОЙСТВА УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА
SIGNAL CONVERTER OF JET PROJECTILE ANGULAR STABILISATION DEVICE

Изобретение относится к области военной техники, а именно к системам управления вращающимися ракетами, и может быть использовано, например, при разработке преобразователей сигналов устройств угловой стабилизации реактивных снарядов систем залпового огня.
Известен преобразователь сигналов устройства угловой стабилизации вращающейся ракеты по патенту РФ №2205355, опубл. 27.05.2003 г., МПК F42B 10/60, F42B 15/01. В устройство угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, исполнительный орган и преобразователь сигналов, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, а выход с исполнительным органом, причем входы демодулятора в преобразователе сигналов являются входами преобразователя, дополнительно введен генератор напряжения линеаризации, выход преобразователя сигналов оснащен последовательно соединенными сумматором и компаратором, датчик угловых отклонений снабжен регулятором оборотов электропривода и цилиндрическим магнитопроводом, размещенным симметрично относительно центра чувствительного элемента соосно с осью его вращения, при этом сигнальная и опорная обмотки установлены между чувствительным элементом и цилиндрическим магнитопроводом, а выход генератора напряжения линеаризации подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу демодулятора, при этом выход компаратора является выходом преобразователя сигналов.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного преобразователя сигналов устройства угловой стабилизации, принятого за аналог, относится то, что в нем величина сигнала датчика углового отклонения зависит не только от углового отклонения, но и от частоты напряжения опорной катушки, нестабильность которой снижает точность работы системы угловой стабилизации.
Известен преобразователь сигналов устройства угловой стабилизации вращающейся ракеты по патенту РФ №2231015, опубл. 20.06.2004 г., МПК F42B 10/00, F42B 15/01. Согласно патенту №2231015, являющемуся аналогом заявляемого изобретения, устройство угловой стабилизации, содержащее датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом с постоянным магнитом и электроприводом, преобразователь сигнала с демодулятором, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, и исполнительный орган, снабжено амплитудным детектором, схемой сравнения, двумя компараторами, логическим элементом НЕ и распределителем сигналов, а в преобразователь сигнала введены сумматор, генератор напряжения линеаризации и третий компаратор, при этом вход амплитудного детектора соединен с выходом опорной обмотки, а его выход соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с источником заданного напряжения, а выход через первый компаратор соединен с первым управляющим входом распределителя сигналов и логическим элементом НЕ, выход которого соединен со вторым управляющим входом распределителя сигналов, причем вторые входы распределителя сигналов соответственно соединены с первым выходом преобразователя сигналов и второго компаратора, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя сигналов, в котором выход демодулятора через сумматор соединен с третьим компаратором, выход которого является первым выходом преобразователя сигналов, выход генератора напряжения линеаризации является вторым выходом преобразователя сигналов и соединен со вторым входом сумматора, выходы распределителя сигналов объединены по схеме ИЛИ и соединены с исполнительным органом.
Общими признаками преобразователя сигналов устройства угловой стабилизации вращающейся ракеты, выбранного в качестве аналога, с предлагаемым авторами изобретением является наличие в преобразователе демодулятора, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками датчика угловых отклонений.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного преобразователя сигналов устройства угловой стабилизации, принятого за аналог, относится то, что в нем величина сигнала датчика углового отклонения зависит не только от углового отклонения, но и от частоты напряжения опорной катушки, нестабильность которой снижает точность работы системы угловой стабилизации.
Наиболее близким к заявляемому является преобразователь сигналов устройства угловой стабилизации вращающейся ракеты, осуществляющий преобразование сигналов опорной и сигнальной обмоток датчика угловых отклонений в сигналы управления исполнительными органами системы угловой стабилизации, по патенту РФ №2126129, опубл. 10.02.1999 г., МПК F42B 10/00, F42B 15/01. В состав этого преобразователя входят демодулятор, подключенный своими входами к входам преобразователя, предназначенным для приема сигналов опорной и сигнальной катушек датчика угловых отклонений, и фильтр низких частот, своим входом подключенный к выходу демодулятора, а выходом - к выходу преобразователя, предназначенном для управления исполнительными органами системы угловой стабилизации ракеты. Этот преобразователь, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению, выбран в качестве прототипа.
Согласно прототипу в устройстве угловой стабилизации, содержащем датчик угловых отклонений с чувствительным элементом, связанным с электроприводом, блок преобразования и исполнительный орган, датчик угловых перемещений снабжен сигнальной и опорной катушками, чувствительный элемент датчика угловых отклонений оснащен постоянным магнитом, а блок преобразования снабжен двумя инверторами и последовательно соединенными демодулятором и фильтром нижних частот, выход которого связан со входом исполнительного органа, демодулятор выполнен в виде двух электронных ключей, выходы которых соединены и являются выходом демодулятора, причем выход сигнальной катушки подключен к сигнальному входу первого ключа непосредственно, и через первый инвертор - к сигнальному входу второго ключа, а выход опорной катушки подключен к управляющему входу первого ключа непосредственно и через второй инвертор - к управляющему входу второго ключа.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного преобразователя сигналов устройства угловой стабилизации, принятого за прототип, относится то, что в нем информация о величине углового отклонения продольной оси снаряда содержится в амплитуде напряжения сигнальной обмотки датчика угловых отклонений. Кроме величины углового отклонения значение амплитуды указанного напряжения зависит от частоты напряжения опорной катушки, связанной с частотой вращения ротора датчика угловых отклонений, нестабильность которой снижает точность работы системы угловой стабилизации. Это является недостатком известного устройства. Вторым его недостатком является необходимость включения в состав преобразователя источника питания, осуществляющего питание его составляющих блоков.
Общими признаками с предлагаемым преобразователем сигналов устройства угловой стабилизации является наличие в преобразователе - прототипе демодулятора, подключенного к входам преобразователя приема сигналов опорной и сигнальной катушек датчика угловых отклонений, и фильтра нижних частот, вход которого подключен к выходу демодулятора, а выход является первым выходом преобразователя.
В отличие от прототипа в предлагаемый преобразователь введен счетчик импульсов, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора импульсов, выход счетчика импульсов подключен к S-входам первого и второго триггеров, выход первого триггера связан с D-входом второго триггера, С-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, R-входу первого триггера и R-входу счетчика, выход второго триггера соединен с управляющим входом ключа, подключающего второй выход преобразователя, предназначенный для питания электродвигателя датчика угловых отклонений, к шине питания преобразователя при предстартовой подготовке, выход задающего генератора импульсов соединен со вторым входом формирователя импульсов, первый вход которого соединен с входом преобразователя приема сигналов опорной катушки датчика угловых отклонений.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего повышение точности работы системы угловой стабилизации и уменьшение времени выхода на режим датчика угловых отклонений.
Это достигается тем, что в преобразователь сигналов устройства угловой стабилизации, содержащий демодулятор, подключенный к входам преобразователя приема сигналов опорной и сигнальной катушек датчика угловых отклонений, и фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу демодулятора, а выход является первым выходом преобразователя, введены формирователь импульсов и счетчик импульсов, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора импульсов, выход счетчика импульсов подключен к S-входам первого и второго триггеров, выход первого триггера связан с D-входом второго триггера, С-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, R-входу первого триггера и R-входу счетчика, выход второго триггера соединен управляющим входом ключа, подключающего напряжение питания ко второму выходу преобразователя, предназначенному для питания электродвигателя датчика угловых отклонений, выход задающего генератора импульсов соединен со вторым входом формирователя импульсов, первый вход которого соединен с входом преобразователя приема сигналов опорной катушки датчика угловых отклонений. Формирователь импульсов содержит два триггера, С-вход первого триггера является первым входом формирователя импульсов, вторым входом которого является С-вход второго триггера, выход второго триггера соединен с S-входом первого триггера и выходом формирователя импульсов, D-вход второго триггера связан с выходом первого триггера, D-вход которого соединен с общей шиной. В преобразователь введены три диода, первый диод включен между выходом ключа и выходом преобразователя, предназначенным для питания электродвигателя датчика угловых отклонений, второй диод включен между указанным выводом преобразователя и шиной его питания, через третий диод, связанной с выводом преобразователя, по которому осуществляется его питание при предстартовой подготовке.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, выражается в повышении точности работы системы угловой стабилизации путем обеспечения стабильного исходного значения частоты напряжения опорной обмотки. Кроме того, предлагаемый преобразователь сокращает время выхода на режим датчика угловых отклонений, а включение в состав преобразователя трех диодов с соответствующими связями исключает необходимость введения в состав преобразователя дополнительного источника питания.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
c
op
D
нип
Преобразователь сигналов состоит из демодулятора 1, фильтра нижних частот 2, генератора 3 импульсов, счетчика 4 импульсов, первого 5 и второго 6 триггеров, ключа 7, формирователя 8 импульсов, построенного на триггерах 9 и 10, первого 11, второго 12 и третьего 13 диодов, входной шины 14 приема сигналов U сигнальной катушки и входной шины 15 приема сигналов U опорной катушки датчика угловых отклонений, шины 16 питания U двигателя датчика угловых отклонений, шины 17 питания от наземного источника питания Е при предстартовой подготовке реактивного снаряда, выхода 18 преобразователя и шины питания 19 блоков преобразователя сигналов.
Входные шины 14, 15 соединены с входом демодулятора 1, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот 2. Выход фильтра нижних частот 2 соединен с выходом преобразователя 18, предназначенным для управления исполнительными органами системы угловой стабилизации. Выход генератора 3 соединен со счетным С-входом счетчика 4 импульсов и синхронизирующим С-входом второго триггера 10 формирователя 8. Выход счетчика 4 соединен с S-входами установки первого и второго триггеров 5, 6. R-входы сброса счетчика 4 и первого триггера 5 соединены с синхронизирующим С-входом второго триггера 6, S-входом первого триггера 9 и выходом триггера 10 формирователя 8. Шина питания 16 двигателя датчика угловых отклонений через диод 12 соединена с шиной 19 питания блоков преобразователя, а через диод 11 и ключ 7 подключена к шине 17 питания преобразователя от наземной аппаратуры, блоков преобразователя, которая через диод 13 подключена к шине 19 питания блоков преобразователя. Управляющий вход ключа 7 подсоединен к выходу триггера 6.
нип
Предлагаемый преобразователь сигналов работает следующим образом. При предстартовой подготовке на шину 17 преобразователя от наземного источника питания поступает напряжение Е, через диод 13 поступающее на шину 19 питания блоков преобразователя. В исходном состоянии триггер 9 по инверсному выходу имеет "логическую 1" и соответственно триггер 10 находится в состоянии "логический 0" на выходе. После поступления N импульсов от генератора 3 на счетчик 4 импульсов сигнал с его выхода устанавливает триггеры 5, 6 в состояние "логической 1", что соответствует появлению сигнала логической 1 на выходе триггера 6. Этот сигнал, поступая на управляющий вход ключа 7, обеспечивает его замыкание и шина питания 17 через ключ 7 и диод 11 подключается к шине 16 питания двигателя датчика углового отклонения. На входные шины 14, 15 преобразователя начинают поступать сигналы с сигнальной и опорной катушек датчика углового отклонения. При поступлении сигнала по шине 15 от опорной катушки датчика угловых отклонений (см. фиг.2, а) на С-вход триггера 9 он переключается и на его выходе появляется логическая единица, поступающая на D-вход триггера 10. Первый импульс с генератора 3 импульсов (см. фиг.2, б), поступая на С-вход триггера 10, переключает его, и на выходе формирователя 8 (см. фиг.2, в) устанавливается логическая единица, устанавливающая в нулевое состояние счетчик импульсов 4 (см. фиг.2, г) и триггер 5 (см. фиг.2, д). В исходном состоянии оказывается и триггер 9 через обратную связь по S-входу. Очередной импульс генератора 3 устанавливает триггер 10 в исходное состояние. Таким образом, каждое поступление импульса по входной шине приема сигналов опорной катушки датчика углового отклонения приводит к появлению на выходе триггера 10 (формирователя 8) короткого импульса, равного периоду генератора 3 (см. фиг.2, в). В период между импульсами, поступающими по шине 15, счетчик 4 подсчитывает число импульсов задающего генератора 3.
Пусть период поступающих с формирователя 8 импульсов (см. фиг.2, в) превышает значение
op
Г
T>T·(N+1),
Г
где Т - период задающего генератора 3,
N - емкость счетчика 4,
op
T - период (текущий) импульсов, поступающих по шине 15 с опорной катушки датчика угловых отклонений.
В этом случае на выходе счетчика 4 появляется импульс (см. фиг.2, г), который осуществляет переключение в состояние "логическая 1" триггеров 5 и 6 по S-входам (см. фиг.2, д, е). Сигнал с выхода триггера 6 поступает на управляющий вход ключа 7, обеспечивающего через диод 11 подачу напряжения на выходную шину 16 питания двигателя датчика угловых отклонений. Импульс с выхода формирователя 8 импульсов переключает триггер 5 в исходное состояние, а также сбрасывает счетчик 4.
ор
Г
Таким образом, при Т>Т·(N+1), т.е. при частоте сигнала опорной катушки меньше заданной на выходной шине 16 преобразователя появляется напряжение, приводящее к увеличению частоты напряжения опорной катушки датчика угловых отклонений. Период задающего генератора 3 выбирается как
,
0
где - f требуемая частота сигналов опорной катушки.
В то же время емкость счетчика 4 определяется из соотношения
,
где δ - допустимая относительная погрешность частоты сигналов опорной катушки.
op
Г
o
нип
ор
о
op
о
op
о
В том случае, если текущее значение периода сигнала опорной катушки становится T≤T·(N+1), счетчик 4 не успевает заполниться, так как до момента его заполнения сигналом с выхода формирователя 8 (триггер 10) он сбрасывается в исходное состояние. Этот же сигнал, поступая на С-вход триггера 6 (см. фиг.2, в, е), переключает его в исходное нулевое состояние. Тогда ключ 7 размыкается, отключая напряжение питания от шины 16. При отключении питания от шины 16 частота сигнала опорной катушки снижается. Когда она станет меньше требуемого значения f, процессы повторяются. Таким образом, двигатель датчика угловых отклонений будет подключен к наземному источнику питания Е, если текущее значение периода Т сигналов опорной катушки больше требуемого значения 1/f и будет отключен, если период сигналов опорной катушки меньше требуемого значения. При изменении нагрузки на двигатель датчика угловых отклонений или величины наземного напряжения питания время переходного процесса уменьшается, так как источник питания постоянно подключен к двигателю датчика угловых отклонений, если T>1/f, и постоянно отключен при T<1/f. Стабилизации периода сигналов опорной обмотки обеспечивает повышение точности работы системы угловой стабилизации.
нип
При пуске реактивного снаряда наземный источник питания Е от шины 17 отключается и напряжение на двигатель датчика угловых отклонений через диод 11 не подается. При этом двигатель указанного датчика продолжает по инерции вращаться и переходит в режим генератора. В этом режиме напряжение с выхода двигателя, с шины 16 через диод 12 поступает на шину 19 питания блоков преобразователя сигналов, что исключает необходимость наличия дополнительного источника питания преобразователя.
Предлагаемый преобразователь сигналов устройства угловой стабилизации обеспечивает стабильное исходное значение частоты напряжения опорной обмотки, что повышает точность работы системы угловой стабилизации. Кроме того, предлагаемый преобразователь сокращает время выхода на режим датчика угловых отклонений. Включение в состав преобразователя трех диодов с соответствующими связями исключает необходимость введения в состав преобразователя дополнительного источника питания.
Выполнение устройства стабилизации в соответствии с изобретением позволило снизить уровень инструментальных ошибок формирования управляющего сигнала и тем самым повысить точность угловой стабилизации по сравнению с прототипом на 15-20%.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением при проведении опытно-конструкторских работ.