СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ БОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF GENERATING DIGITAL-ANALOGUE CONTROL SIGNAL FOR ONBOARD ANGULAR MOTION CONTROL SYSTEMS OF UNMANNED AERIAL VEHICLES AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к бортовым системам управления угловым движением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Известен способ формирования сигнала управления для системы управления, при котором задают управляющий сигнал, измеряют регулируемые координаты и формируют управляющее воздействие на исполнительные приводы БПЛА [1].
Известно устройство формирования сигнала управления, содержащее задатчик сигнала управления, датчик угла, датчик угловой скорости и формирователь управляющего воздействия [1].
Недостатками известных способа и устройства являются ограниченность выбора коэффициента усиления обратной связи по датчику угловой скорости, ограниченность возможностей управления и дефицит управления.
Наиболее близким способом к предлагаемому является способ формирования цифроаналогового сигнала управления для бортовых систем управления угловым движением беспилотных летательных аппаратов, заключающийся в том, что измеряют текущий цифровой сигнал углового положения летательного аппарата, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости летательного аппарата, задают цифровой сигнал управления, формируют цифровой сигнал рассогласования между текущим цифровым сигналом углового положения и заданным цифровым сигналом управления, усиливают полученный цифровой сигнал рассогласования, усиливают аналоговый сигнал угловой скорости, преобразуют цифровую компоненту сигнала управления в сигнал аналоговой формы, суммируют преобразованный сигнал цифровой компоненты сигнала управления аналоговой формы с усиленным аналоговым сигналом угловой скорости, полученный суммарный сигнал является выходным сигналом управления [2].
Наиболее близким устройством к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные цифровой задатчик сигнала управления, элемент сравнения и первый усилитель, цифровой датчик угла, выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения, последовательно соединенные аналоговый датчик угловой скорости, второй усилитель и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом первого сумматора [2].
Недостатками известных способа и устройства являются ограниченные функциональные возможности, невысокая динамическая точность управления и дефицит управления.
Решаемой в предложенных способе и устройстве технической задачей является расширение функциональных возможностей, повышение динамической точности управления и устранение дефицита управления.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования цифроаналогового сигнала управления для бортовых систем управления угловым движением БПЛА, заключающийся в том, что измеряют текущий цифровой сигнал углового положения летательного аппарата, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости летательного аппарата, задают цифровой сигнал управления, формируют цифровой сигнал рассогласования между текущим цифровым сигналом углового положения и заданным цифровым сигналом управления, усиливают полученный цифровой сигнал рассогласования, усиливают аналоговый сигнал угловой скорости, преобразуют цифровую компоненту сигнала управления в сигнал аналоговой формы, суммируют преобразованный сигнал цифровой компоненты сигнала управления аналоговой формы с усиленным аналоговым сигналом угловой скорости, полученный суммарный сигнал является выходным сигналом управления, дополнительно выделяют цифровой сигнал производной сигнала рассогласования, усиливают цифровой сигнал производной сигнала рассогласования, формируют цифровую компоненту сигнала управления суммированием усиленного цифрового сигнала рассогласования и усиленного цифрового сигнала производной сигнала рассогласования, при этом коэффициент усиления цифрового сигнала производной сигнала рассогласования составляет (0,2÷1,5) коэффициента усиления аналогового сигнала угловой скорости летательного аппарата.
Указанный технический результат достигается также тем, что в известное устройство формирования сигнала управления, содержащее последовательно соединенные цифровой задатчик сигнала управления, элемент сравнения и первый усилитель, цифровой датчик угла, выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения, последовательно соединенные аналоговый датчик угловой скорости, второй усилитель и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со входом первого сумматора, дополнительно введены последовательно соединенные цифровое дифференцирующее звено, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, третий усилитель и второй сумматор, вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход - со входом цифроаналогового преобразователя.
На чертеже представлена блок-схема устройства формирования цифроаналогового сигнала управления, реализующая предложенный способ.
Устройство формирования цифроаналогового сигнала управления содержит последовательно соединенные цифровой задатчик сигнала управления 1 (ЦЗСУ), элемент сравнения 2 (ЭС) и первый усилитель 3 (1У), цифровой датчик угла 4 (ЦДУ), выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения 2, последовательно соединенные аналоговый датчик угловой скорости 5 (АДУС), второй усилитель 6 (2У) и первый сумматор 7 (1C), выход которого является выходом устройства, цифроаналоговый преобразователь 8 (ЦАП), выход которого соединен со входом первого сумматора 7, последовательно соединенные цифровое дифференцирующее звено 9 (ЦДЗ), вход которого соединен с выходом элемента сравнения 2, третий усилитель 10 (3У) и второй сумматор 11 (2С), вход которого соединен с выходом первого усилителя 3, а выход - со входом цифроаналогового преобразователя 8.
Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.
T
φ
зад
Измеряют датчиком 4 текущий цифровой сигнал углового положения БПЛА φ(t) с тактовой частотой f, измеряют датчиком 5 аналоговый сигнал угловой скорости ω(t) летательного аппарата, задатчиком 1 задают цифровой управляющий сигнал φ(t), элементом сравнения 2 формируют цифровой сигнал рассогласования между текущим цифровым сигналом углового положения и заданным цифровым сигналом управления
0
первым усилителем 3 усиливают полученный сигнал рассогласования Δφ(t) с коэффициентом К, то есть получают цифровую компоненту сигнала управления
1
усилителем 6 усиливают аналоговый сигнал угловой скорости летательного аппарата с коэффициентом K и получают демпфирующую аналоговую компоненту сигнала управления
T
Формируют блоком 9 цифровой сигнал производной сигнала рассогласования с тактовой частотой f например, на основе вычисления скорости приращения сигнала рассогласования
T
T
где T=1/f;
i - i-й шаг такта бортовой цифровой вычислительной машины.
2
Усиливают цифровой сигнал производной сигнала рассогласования усилителем 9 с коэффициентом К, получают сигнал
4
1
3
На сумматоре 11 формируют цифровую компоненту сигнала управления u суммированием усиленного цифрового сигнала рассогласования u и усиленного сигнала цифровой производной сигнала рассогласования u, то есть
4
5
5
2
Преобразуют цифровую компоненту сигнала управления u преобразователем 8 в сигнал аналоговой формы u, например, на основе экстраполятора 0-го порядка [3], суммируют сигнал цифровой компоненты аналоговой формы u сумматором 7 с усиленным аналоговым сигналом угловой скорости u, получают выходной сигнал управления
который является выходным сигналом устройства.
2
1
Необходимо отметить, что для обеспечения эффективности и устойчивости процессов управления коэффициент усиления сигнала цифровой производной сигнала рассогласования К составляет (0,2÷1,5) коэффициента усиления аналогового сигнала угловой скорости летательного аппарата K по условиям эффективности и устойчивости управления.
Все функции формирования сигнала управления и звенья устройства могут быть реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники и программно-алгоритмически.
Таким образом, предложенное решение позволяет расширить функциональные возможности системы, повысить динамическую точность управления и восполнить дефицит управления.
Источники информации
1. И.А.Михалев и др. Системы автоматического управления самолетом. - М.: Машиностроение, 1987 г., с.174.
2. Патент №2367992 от 20.09.2009 г., G05D 1/00.
3. Б.Куо. Теория и проектирование цифровых систем управления. М.: Машиностроение, 1986 г., с.32-36, 63.