КАНАЛ КРЕНА АВТОПИЛОТА ДЛЯ ЗЕНИТНОЙ УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТЫ

Полезная модель относится к управлению летательными аппаратами, в частности к автопилотам зенитных управляемых ракет (ЗУР), и может быть использована в ЗУР симметричной аэродинамической компоновки.
Известен канал крена автопилота для ЗУР, содержащий датчик угловой скорости (ДУС) изменения угла крена ЗУР, последовательно включенные датчик угла крена, первый и второй сумматоры, блок коррекции передаточного числа и блок управления рулевым приводом ЗУР, при этом выход ДУС изменения угла крена ЗУР соединен с вторым входом второго сумматора, а второй вход первого сумматора, являющийся входом канала, подключен к выходу блока управления ЗУР, вырабатывающего команды управления креном ЗУР в полете [1].
Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного канала крена автопилота для ЗУР, являются повышенные амплитуда колебаний угла крена и скорость его изменения при отработке автопилотом ступенчатых команд управления ракетой по крену, следствием чего может быть нарушение функционирования бортовой аппаратуры управления ЗУР при ее наведении на энергично маневрирующую цель.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Задачей полезной модели является обеспечение нормальной работы контура управления ЗУР за счет демпфирования колебаний угла крена при отработке каналом крена автопилота произвольных, значительных по величине ступенчатых команд управления по крену. Техническим результатом при осуществлении полезной модели является уменьшение амплитуды колебаний угла крена ЗУР.
Это достигается тем, что в известное устройство канала крена автопилота для ЗУР, содержащее последовательно включенные датчик угла крена и первый сумматор, последовательно включенные второй сумматор, блок коррекции передаточного числа и блок управления рулевым приводом ЗУР, причем второй вход первого сумматора подключен к выходу блока управления ЗУР, вырабатывающего команды управления креном ЗУР в полете, согласно полезной модели введены коммутатор, блок формирования команды отключения позиционного сигнала, последовательно соединенные дифференцирующее звено, интегро-дифференцирующий блок и блок формирования логических уровней сигналов, при этом выход первого сумматора соединен с первым входом коммутатора, входом
дифференцирующего звена и вторым входом блока формирования логических уровней сигналов, первый, второй и третий выходы которого подключены к блоку формирования команды отключения позиционного сигнала, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен со вторым выходом дифференцирующего звена.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - структурная схема канала крена автопилота для ЗУP; фиг.2 - функциональная схема интегро-дифференцирующего блока; фиг.3 - функциональная схема блока формирования логических уровней сигналов; фиг.4 - функциональная схема блока формирования команды отключения позиционного сигнала; фиг.5 - графики переходных процессов в канале крена автопилота - прототипа; фиг.6 - графики переходных процессов в заявленном канале крена автопилота.
Канал крена автопилота для ЗУР (фиг.1) содержит последовательно соединенные датчик угла крена 1, первый сумматор 2, коммутатор 3, второй сумматор 4, блок 5 коррекции передаточного числа и блок 6 управления рулевым приводом ЗУР, а также последовательно включенные дифференцирующее звено 7, интегро-дифференцирующий блок 8 и блок 9 формирования логических уровней сигналов, блок 10 формирования команды отключения позиционного сигнала. Второй вход первого сумматора 2, являющийся входом канала, подключен к выходу блока управления ЗУР, вырабатывающего команды управления креном ЗУР в полете (на схеме не показан). Выход первого сумматора 2 соединен также с входом дифференцирующего звена 7 и вторым входом блока 9 формирования логических уровней сигналов. Его выходы: первый - логического уровня позиционного сигнала, второй - логического положительного скоростного сигнала, третий - логического отрицательного скоростного сигнала подключены к блоку 10 формирования команды отключения позиционного сигнала, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 3. Второй вход второго сумматора 4 соединен со вторым выходом дифференцирующего звена 7.
Вновь введенные в состав устройства канала крена автопилота блоки выполнены по известным правилам на типовых элементах цифровой вычислительной техники [2]. Сумматоры 2 и 4 могут быть реализованы на операционном усилителе типа 140УД14. В качестве коммутатора 3 может быть использован аналоговый электронный переключатель серии 590.
Интегро-дифференцирующий блок (фиг.2) содержит первый операционный усилитель 11, к входу которого, являющемуся входом блока, подключена первая RC-цепь, состоящая из последовательно соединенных первого конденсатора 12 и первого резистора
13, а параллельно операционному усилителю 11 включена вторая RC-цепь, состоящая из параллельно соединенных второго конденсатора 14 и второго резистора 15. Выход операционного усилителя 11 является выходом блока, который подключен к первому входу блока 9 формирования логических уровней сигналов.
Блок 9 формирования логических уровней сигналов (фиг.3) содержит второй 16 и третий 17 операционные усилители, схему порогового уровня 21, первый 18, второй 19 и третий 20 компараторы, первый 22 и второй 23 диоды. Инвертирующие входы второго 16 и третьего 17 операционных усилителей объединены и, являясь первым входом блока 9, подключены к выходу интегро-дифференцирующего блока 8. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 16 соединен с отрицательным выходом схемы порогового уровня 21, а неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 17 соединен с ее положительным выходом. Вход первого компаратора 18, являющийся вторым входом блока 9, подключен к выходу первого сумматора 2 канала и выход первого компаратора 18 является первым выходом блока 9 - логического уровня позиционного сигнала. Выход второго операционного усилителя 16 через первый диод 22, включенный в обратном направлении, соединен с входом второго компаратора 19, выход которого является вторым выходом блока 9 - логического положительного скоростного сигнала. Выход третьего операционного усилителя 17 через второй диод 23, включенный в прямом направлении, соединен с входом третьего компаратора 20, выход которого является третьим выходом блока 9 - логического отрицательного скоростного сигнала.
Блок 10 формирования команды отключения позиционного сигнала (фиг.4) содержит первый 24, второй 25 инверторы и логический элемент 2И-ИЛИ-НЕ 26. Вход первого инвертора 24 и третий вход логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 26 объединены и, являясь первым входом блока 10, подключены к первому выходу блока 9 формирования логических уровней сигналов. Выход первого инвертора 24 соединен с первым входом логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 26, второй вход которого, являясь третьим входом блока 10, подключен к третьему выходу блока 9 формирования логических уровней сигналов. Вход второго инвертора 25, являясь вторым входом блока 10, подключен к второму выходу блока 9 формирования логических уровней сигналов, а выход второго инвертора 25 соединен с четвертым входом логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 26, выход которого является выходом блока 10, который подключен к второму входу коммутатора 3 канала.
Канал крена автопилота для ЗУР работает следующим образом.
В полете ЗУР к цели датчик угла крена 1 вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему углу крена γ, который подается на первый вход первого сумматора 2. Его выходной сигнал поступает на вход дифференцирующего звена 7, на второй вход блока 9
х
формирования логических уровней сигналов и через коммутатор 3 на первый вход второго сумматора 4. С выхода дифференцирующего звена 7, в котором реализуется передаточная функция , снимается сигнал, пропорциональный угловой скорости движения ЗУР по крену ω. В случае отсутствия сигнала команды из блока управления ЗУР на втором входе первого сумматора 2, разворот ЗУР по крену не производится, на входе интегро-дифференцирующего блока 8 и на втором входе второго сумматора 4 сигнал с выхода дифференцирующего звена 7 отсутствует. При этом канал крена ЗУР работает в линейном режиме.
п
п
х
х
При поступлении из блока управления ЗУР на второй вход первого сумматора 2 команды управления разворотом крена ЗУР в виде сигнала, пропорционального величине потребного утла крена γ, на его выходе выделяется позиционный сигнал Δγ, пропорциональный разности между потребным и текущим значениями углов крена: Δγ=γ-γ. Этот сигнал, проходя по цепи коммутатор 3 - второй сумматор 4 - блок 5 коррекции передаточного числа - блок управления рулевым приводом 6, вызывает отклонение рулей ЗУР и соответствующий разворот ее по крену с угловой скоростью ω. Сигнал, пропорциональный угловой скорости ω, подается на второй вход второго сумматора 4 и на вход интегро-дифференцирующего блока 8, в котором реализуется передаточная функция
x1
х
Поэтому на выходе блока 8 выделяется скоростной сигнал, пропорциональный угловой скорости ω, опережающий по времени сигнал, пропорциональный угловой скорости ω, дифференцирующего звена 7.
x1
x1
a
Если на выходе интегро-дифференцирующего блока 8 скоростной сигнал ω не превышает пороговый уровень С, подобранный на основе математического моделирования скорости движения ЗУР по крену и устанавливаемый схемой порогового уровня 21, т.е. ω<С, то в блоке 9 формирования логических уровней сигналов формируется условие σ=Δγ (фиг.3). При этом канал крена автопилота работает в нормальном линейном режиме, система управления ЗУР работает устойчиво.
x1
x1
x1
Если цель совершает резкий маневр, то для обеспечения устойчивой работы системы управления ЗУР в режиме управления необходим ее быстрый разворот по крену. В этом случае, когда скоростной сигнал ω с выхода интегро-дифференцирующего блока 8 превышает пороговый уровень С, т.е. ω>С, в блоке 9 формирования логических уровней сигналов, на выходах второго 19 и третьего 20 компараторов в зависимости от знака скоростного сигнала ω формируются логические нули либо логические единицы. В то же
время в зависимости от знака позиционного сигнала Δγ, поступающего на вход первого компаратора 18, на его выходе формируется логическая единица либо логический нуль. Этот сигнал подается на вход первого инвертора 24 и первый вход второй ячейки (третий вход) логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 26 блока 10 формирования команды отключения позиционного сигнала (фиг.4). Сигнал с выхода второго компаратора 19 блока 9 поступает через второй вход блока 10 на второй инвертор 25, а сигнал с выхода третьего компаратора 20 через третий вход блока 10 - на второй вход первой ячейки логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 26, на первый вход первой ячейки и второй вход второй ячейки которого подаются сигналы с выходов соответственно первого 24 и второго 25 инверторов. На выходе блока 10 формирования команды отключения позиционного сигнала команда коммутации для коммутатора 3 формируется при следующих двух сочетаниях логических единиц и нулей, поступающих на входы блока:
входы блока 10
вариант I
вариант II
первый
1
0
второй
0
1
третий
0
1
х1
При этом сигнал на выходе блока 9 определения модуля скоростного сигнала ω>С и в блоке 10 формирования команды отключения позиционного сигнала формируется условие:
где к'=1, к″=0.
Первое из приведенных условий соответствует режиму разгона движения ЗУР по крену, второе условие - режиму торможения этого движения. Сформированная таким образом нелинейная структура канала крена автопилота обеспечивает демпфирование кренового движения ЗУР в пределах допустимых отклонений по углу крена.
п
x
Демпфирование кренового движения ЗУР иллюстрируется графиками переходных процессов, полученных на математической модели движения ЗУР симметричной аэродинамической компоновки при отработке команды γ=25 град. известным (фиг.5) и заявленным каналом крена (фиг.6). Графики фиг.5 демонстрируют заметную колебательность ЗУР по углу крена, причем выброс по углу крена доходит до 25 град, а выброс по скорости изменения угла крена превышает зону линейности ДУС изменения угла крена ЗУР (ω>200 град/с). Из анализа графиков фиг.6 следует, что выброс по углу крена в заявленном устройстве существенно (почти в два раза) ниже, а выброс по угловой скорости меньше более чем в три раза.
Таким образом, использование полезной модели позволяет повысить точность наведения ЗУР за счет улучшения качества динамики ее движения по крену.
Источники информации:
1. Проектирование зенитных управляемых ракет. Под ред. И.С.Голубева и B.C.Светлова. М, изд. МАИ, 1999, стр.436.
2. Интегральные микросхемы. М, «Энергоатомиздат», 1985.