СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ВООРУЖЕНИЕМ БОЕВОЙ МАШИНЫ
SYSTEM FOR STABILISATION AND CONTROL OCER COMBAT MACHINE

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к стабилизаторам вооружения боевых машин типа БМП, танков, БТР, БРДМ и т.п., работающим совместно с комплексом управления (далее по тексту - КУ) вооружением этих объектов.
Известна боевая машина пехоты БМП-2, комплекс вооружения которой содержит установленные в боевом отделении спаренные автоматическую пушку малого калибра и 7,62 мм пулемет, стабилизированные в двух плоскостях, а также пусковую установку с противотанковой управляемой ракетой (далее по тексту - ПТУР) и КУ вооружением, включающий дневно-ночной прицел наводчика, головное зеркало которого механически связано с пушкой, дневной прицел командира, головная призма которого механически связана с пушкой дневного прицела управляемой ракеты, механически связанного с нестабилизированной выносной пусковой установкой для ПТУР, установленной на башне, а также стабилизатора вооружения.
Стабилизатор, в свою очередь, состоит из приводов горизонтального (далее по тексту - ГН) и вертикального (далее по тексту - ВН) наведения и стабилизации, которые выполнены по структурной схеме, изображенной на фиг.1. Данная система наведения и стабилизации принята за прототип.
(См. 1) Изделие 2Э36-4 БС1.331.000 Техническое описание и инструкция по эксплуатации (дополнение к ПБ 1.331.047 ТО);
2) «Боевая машина пехоты БМП-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Ч.1, 2. Бронетехника. Изд. Попурри, Минск, 2000, Открытое издание, стр.180-184.)
Привода ГН и ВЫ системы, принятой за прототип, представляют собой автономные электромеханические привода постоянного тока, обеспечивающие режим стабилизированного наведения и стабилизации башни и пушки по сигналам, поступающим с пульта управления (ПУ) 1 (ПУ ГН) 1.1 и (ПУ ВН) 1.2 и датчиков абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 2 и (ГТ-ВН) 3.
Принцип работы приводов ВН и ГН в режимах стабилизации и стабилизированного наведения во многом схожи. Рассмотрим работу каждого из приводов ВН и ГН в отдельности.
В режиме стабилизации по ВН - стабилизация пушки по ВН осуществляется по сигналу датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 3, жестко связанного с пушкой 5. При движении БМП-2 башня 6 вместе с корпусом, под действием внешних возмущений, отклоняется от исходного положения, увлекая за собой пушку 5, а вместе с ней и датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 3.
Датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 3 вырабатывает сигнал, пропорциональный величине скорости и соответствующий (по фазе) направлению отклонения пушки 5 в плоскости ВН.
Полученный таким образом сигнал с (ГТ-ВН) 3 подается на вход интегратора (J-BH) 7 блока управления (БУ) 4, который вырабатывает сигнал, пропорциональный интегралу скорости, что соответствует величине угла отклонения пушки 5 от исходного положения в плоскости ВН (ошибка стабилизации по ВН). Полученный сигнал ошибки привода ВН поступает на вход звена коррекции (ВН1) 8, затем на суммирующий усилитель (Σ-ВН) 9 и далее на усилитель напряжения (УН-ВН) 10, и поступает на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ ВН) 11 усилителя мощности (УМВН) 12.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ ВН) 11 преобразует этот сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора (ШИМ ВН) 11 поступает на вход усилителя (У-ВН) 13 усилителя мощности (УМВН) 12, где усиливается и поступает на якорную обмотку электродвигателя (ЭД-ВН) 14.
Электродвигатель (ЭД-ВН) 14 через редуктор (Ред.ВН) 15 поворачивает пушку 5, а вместе с ней и зеркало прицела(ов) (П) 16 по ВН в сторону, противоположную отклонению пушки 5 в плоскости ВН, удерживая ее в направлении на цель с точностью, определяемой ошибкой стабилизации привода ВН.
Для повышения устойчивости и добротности контуров регулирования и как следствие получение требуемой ошибки стабилизации привода ВН в контур управления стабилизатора введены обратная связь по току электродвигателя (ЭД-ВН) 14, формируемая датчиком тока (ДТ ВН) 17 усилителя мощности (УМВН) 12, и обратная связь по напряжению электродвигателя (ЭД-ВН) 14. Сформированные усилителем мощности (УМВН) 12 обратные связи по току и напряжению обрабатываются блоком управления (БУ) 4.
Обратная связь по току электродвигателя (ЭД-ВН) 14 с датчика тока (ДТ ВН) 17 поступает на звено коррекции по току электродвигателя (ЗКТ-ВН) 18 и вход суммирующего усилителя (Σ-ВН) 9, где суммируется с обработанным сигналом обратной связи по напряжению электродвигателя (ЭД-ВН) 14 модулем (ОСН ВН) 20. Сигнал с сумматора 19 обрабатывается звеном коррекции (ВН2) 21.
Полученные сигналы обратных связей со звена коррекции по току электродвигателя (ЗКТ-ВН) 18 и звена коррекции (ВН2) 21 поступают на вход суммирующего усилителя (Σ-ВН) 9, где алгебраически суммируются с сигналом ошибки привода ВН, полученного со звена коррекции (ВН1) 8.
Режим стабилизированного наведения пушки 5 осуществляется по сигналу наведения с (ПУ ВН) 1.2, поступающего с пульта управления (ПУ) 1. Сигнал с (ПУ ВН) 1.2 пульта управления (ПУ) 1 подается на вход интегратора (Σ-BH) 7 блока управления (БУ) 4, где суммируется с сигналом датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 3, жестко связанного с пушкой 5. Полученный таким образом на выходе интегратора (∫-BH) 7 сигнал представляет собой ошибку привода ВН с учетом знака и амплитуды сигнала с (ПУ ВН) 1.2 пульта управления (ПУ) 1, задаваемых оператором при отклонении им рукояток пульта управления (ПУ) 1 в вертикальной плоскости (вверх-вниз).
Оператор наводит пультом управления (ПУ) 1 по ВН пушку 5 на цель через оптический канал прицела, жестко связанного с пушкой 5.
В режиме стабилизации по ГН стабилизация пушки по ГН осуществляется по сигналу датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 2, жестко связанного с пушкой 5, закрепленной в цапфах башни 6. При движении башня 6 вместе с корпусом, под действием внешних возмущений, отклоняется от исходного положения, увлекая за собой пушку 5, а вместе с ней и датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 2.
Датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 2 вырабатывает сигнал, пропорциональный величине скорости и соответствующий (по фазе) направлению отклонения пушки 5 в плоскости ГН.
Полученный таким образом сигнал с (ГТ-ГН) подается на вход интегратора (∫-ГН) 22 блока управления (БУ) 4, который вырабатывает сигнал, пропорциональный интегралу скорости, что соответствует величине угла отклонения пушки 5 от исходного положения в плоскости ГН (ошибка стабилизации по ГН). Полученный сигнал ошибки привода ГН поступает на вход звена коррекции (ГН1) 23, затем на суммирующий усилитель (Σ-ГН) 24 и далее на усилитель напряжения (УН-ГН) 25 и поступает на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ ГН) 26 усилителя мощности (УМГН) 27.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ ГН) 26 преобразует этот сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора (ШИМ ГН) 26 поступает на вход усилителя 28 усилителя мощности (УМГН) 27, где усиливается и поступает на якорную обмотку электродвигателя (ЭД-ГН) 29.
Электродвигатель (ЭД-ГН) 29 через редуктор (Ред.ГН) 30 поворачивает башню 6, а вместе с ней пушку 5 и зеркало прицела(ов) 16 в сторону, противоположную отклонению пушки 5 в плоскости ГН, удерживая ее в направлении на цель с точностью, определяемой ошибкой стабилизации привода ГН.
Для повышения устойчивости и добротности контуров регулирования и как следствие получение требуемой ошибки стабилизации привода ГН в контур управления стабилизатора введена обратная связь по току электродвигателя (ЭД-ГН) 29, формируемая датчиком тока (ДТ ГН) 31 усилителя мощности (УМГН) 27. Сформированная датчиком тока (ДТ ГН) 31 усилителя мощности (УМГН) 27 обратная связь по току электродвигателя (ЭД-ГН) 29 поступает на звено коррекции по току электродвигателя (ЗКТ-ГН) 32 и далее на вход суммирующего усилителя (Σ-ГН) 24, где алгебраически суммируется с сигналом ошибки привода ГН, полученного со звена коррекции (ГН1) 23.
Режим стабилизированного наведения пушки 5 (башни) по ГН осуществляется по сигналу наведения с (НУ ГН) 1.1, поступающего с пульта управления (ПУ) 1. Сигнал с (ПУ ГН) 1.1 пульта управления (ПУ) 1 подается на вход интегратора (J-ГН) 22 блока управления 4, где суммируется с сигналом датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 2, жестко связанного с пушкой 5. Полученный таким образом на выходе интегратора (∫-ГН) 22 сигнал представляет собой ошибку привода ГН с учетом знака и амплитуды сигнала с (ПУ ГН) 1.1 пульта управления (ПУ) 1, задаваемых оператором при отклонении им рукояток пульта управления (ПУ) 1 в горизонтальной плоскости (вправо-влево).
Оператор наводит пультом управления (ПУ) 1 по ГН пушку 5 на цель через оптический канал прицела, жестко связанного с башней 6 и пушкой 5.
Недостатками вышеуказанной системы-прототипа являются:
- низкая точность стабилизации пушки и спаренного с ней пулемета при движении, обусловленная недостаточным быстродействием и точностью отработки приводами стабилизатора динамически изменяющихся сигналов;
- малая эффективность ведения прицельного огня из пушки и спаренного с ней пулемета из-за наличия жесткой механической связи с ней прицелов, точность стабилизации которых в пространстве определяется точностью стабилизации самих силовых приводов пушки (зависимая стабилизация линии визирования), что затрудняет прицеливание и наблюдение в движении;
- отсутствие прицелов, имеющих двухплоскостную независимую стабилизацию в пространстве головного зеркала и датчиков положения, обеспечивающих электрическую связь прицела с пушкой (установленным вооружением);
- отсутствие информационных каналов обмена с другими устройствами, что не позволяет повысить эксплутационные характеристики стабилизатора, его диагностику и возможность установки на другие объекты военного назначения.
Техническими задачами заявляемого изобретения являются:
- повышение точности стабилизации установленного на объекте военного назначения (далее по тексту - ОВН) вооружения;
- повышение эффективности ведения прицельного огня из установленного на ОВН вооружения при его движении;
- повышение быстродействия приводов стабилизатора вооружения и скорости отработки ими входного возмущающего воздействия;
- обеспечение независимой двухплоскостной стабилизации линии визирования (прицеливания);
- повышение эксплутационных характеристик стабилизатора, расширение возможности его диагностики и применения.
Для достижения указанного технического результата в известную систему стабилизации и управления вооружением, содержащую пульт(ы) управления по ВН и ГН, блок управления с суммирующими усилителями по ВН и ГН, усилителями напряжения по ВН и ГН, звеньями коррекции по току ГН и ВН, интеграторами по ВН и ГН, электрически связанными с пультом(ами) управления по ВН и ГН, усилители мощности по ВН и ГН, широтно-импульсные модуляторы по ВН и ГН, которые электрически связаны с усилителями напряжения по ВН и ГН блока управления, датчики абсолютной угловой скорости по ВН и ГН, жестко связанные с пушкой и электрически связанные с входами интеграторов по ВН и ГН, прицел(ы), механически связанные с пушкой и башней, электродвигатель ГН, механически соединенный с башней через редуктор ГН, электродвигатель ВН, механически соединенный с пушкой через редуктор ВН, согласно изобретению дополнительно введены:
- задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН;
- датчик положения по ВН;
- модуль расчета скорости вала электродвигателя усилителя мощности по ГН;
- модуль расчета скорости вала электродвигателя усилителя мощности по ВН;
- аппаратура системы управления боевым отделением, кроме того, в блок управления дополнительно введены:
- блок логики;
- ключевое устройство ГН;
- звено коррекции по скорости вращения вала электродвигателя ГН;
- звено коррекции по скорости вращения вала электродвигателя ВН;
- ключевое устройство ВН;
- первый суммирующий усилитель ВН;
- второй суммирующий усилитель ВН;
при этом задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН электрически связано с пультом(ами) управления по ВН и ГН и вооружением через датчик положения по ВН, который механически связан с вооружением,
аппаратура системы управления боевым отделением электрически связана по информационному каналу обмена с блоком логики блока управления и пультом(ами) управления по ВН и ГН, причем указанные пульт(ы) управления по ВН и ГН, датчики положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН задающего устройства стабилизации, усилители мощности по ВН и ГН, выходы датчиков тока электродвигателей по ВН и ГН и модули расчета скорости вала электродвигателей усилителей мощности по ВН и ГН и аппаратура системы управления боевым отделением электрически связаны с блоком управления,
при этом с одной стороны выход интегратора по ГН блока управления и выход датчика положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН задающего устройства стабилизации связаны с входами ключевого устройства ГН, соединенного с пультом(тами) управления, выход ключевого устройства ГН, связан с выходами звеньев коррекции по току и скорости вала электродвигателя ГН через входы суммирующего усилителя ГН, выход управления которого объединен с усилителем напряжения ГН, электрически связанным с усилителем мощности ГН через вход широтно-импульсного модулятора по ГН, выход которого электрически связан с усилителем ГН усилителя мощности ГН, вращающим вал электродвигателя ГН, который поворачивает через редуктор ГН боевое отделение с установленным вооружением, а с другой стороны выход интегратора по ВН блока управления и выход первого суммирующего усилителя ВН связаны с входами ключевого устройства ВН, соединенного с пультом(тами) управления, выход с ключевого устройства ВН, связан с выходами звеньев коррекции по току и скорости вращения вала электродвигателя ВН через входы второго суммирующего усилителя ВН, выход управления второго суммирующего усилителя ВН при этом соединен с усилителем напряжения ВН, электрически связанным с усилителем мощности ВН через вход широтно-импульсного модулятора ВН, выход которого электрически связан с усилителем ВН усилителя мощности ВН, вращающим вал электродвигателя ВН, поворачивающего через редуктор ВН пушку, при этом аппаратура системы управления соединена с блоком логики блока управления и пультом(ами) управления, в свою очередь блок логики соединен с ключевым устройством ВН и ключевым устройством ГН.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система стабилизации и управления вооружением отличается наличием новых элементов (задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного инерциального объекта по ГН и ВН, датчик положения ВН, усилители мощности привода ГН и ВН с модулями расчета скорости вращения вала электродвигателей усилителей мощности по ВН и ГН, аппаратура системы управления, блок логики, первый суммирующий усилитель ВН, ключевое устройство ГН, ключевое устройство ВН, второй суммирующий усилитель ВН, звенья коррекции по скорости ГН и ВН) и их связями с другими элементами системы.
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь вводимые элементы достаточно хорошо известны в технике, но при их введении в указанной связи в систему стабилизации и управления вооружением позволяет:
- повысить точность стабилизации выбранного вооружения за счет применения в структуре приводов ГН и ВН новых обратных связей по скорости вращения валов электродвигателей ВН и ГН;
- улучшить качество управления приводами ВН и ГН и тем самым повысить эффективность ведения прицельного огня из установленного вооружения, особенно при движении объекта военного назначения с установленным вооружением, за счет введения в структуру приводов ВН и ГН задающего устройства стабилизации, позволяющего обеспечить 2-х плоскостную независимую стабилизацию и стабилизированное наведение вооружения, при этом сохранив возможность работы стабилизатора и в прежнем режиме зависимой стабилизации;
- улучшить условия работы оператора при наведении им вооружения на цель при движении ОВН за счет применения независимой от вооружения двухплоскостной стабилизации линии визирования. При этом стабилизация вооружения осуществляется относительно датчиков положения стабилизированной линии прицеливания ЗУС;
- повысить эксплутационные характеристики стабилизатора и возможности его диагностики и адаптации к другим комплексам управления вооружением за счет наличия информационного канала обмена между аппаратурой системы управления боевого отделения и блоком управления системы стабилизации вооружения.
На фиг.1 приведена структурная схема системы-прототипа стабилизатора вооружения БМП-2; на фиг.2 приведена заявляемая структурная схема системы стабилизации и управления вооружением боевой машины.
Сокращения, принятые в тексте и на фиг.2:
АСУ - аппаратура системы управления боевого отделения ОВН;
БЛ - блок логики, обеспечивающий выдачу команд на переключение и коммутацию структуры управления блока управления;
БУ - блок управления системы стабилизации и управления вооружением;
ГТ-ГН - датчик абсолютной угловой скорости по ГН;
ГТ-ВН - датчик абсолютной угловой скорости по ВН;
ДП-ВН - датчик положения ВН;
ДТ ГН - датчик тока электродвигателя ГН;
ДТ ВН - датчик тока электродвигателя ВН;
ЗКТ-ВН - звено коррекции по току электродвигателя привода ВН;
ЗКС-ВН - звено коррекции по скорости вала электродвигателя ВН;
ЗКТ-ГН - звено коррекции по току электродвигателя привода ГН;
ЗКС-ГН - звено коррекции по скорости вала электродвигателя ГН;
ЗУС - задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН;
КУ - комплекс управления;
ОВН - объект военного назначения;
П - прицел(ы) с зависимой линией стабилизации;
ПУ - пульт управления, включающий в себя ПУ ГН и ПУ ВН;
ПУ ГН - пульт управления по ГН;
ПУ ВН - пульт управления по ВН;
Ред.ГН - редуктор привода ГН;
Ред.ВН - редуктор привода ВН;
СК ГН - модуль расчета скорости вала электродвигателя усилителя мощности по ГН;
СК ВН - модуль расчета скорости вала электродвигателя усилителя
мощности по ВН;
УМГН - усилитель мощности привода ГН;
УМВН - усилитель мощности привода ВН;
УН-ГН - усилитель напряжения привода ГН;
УН-ВН - усилитель напряжения привода ВН;
У-ГН - усилитель ГН;
У-ВН - усилитель ВН;
ШИМ-ГН - широтно-импульсный модулятор привода ГН;
ШИМ-ВН - широтно-импульсный модулятор привода ВН;
∫-ГН - интегратор привода ГН;
∫-BH - интегратор привода ВН;
ЭД-ГН - электродвигатель привода ГН;
ЭД-ВН - электродвигатель привода ВН;
Σ-ГН - суммирующий усилитель привода ГН;
1
Σ-BH - первый суммирующий усилитель ВН;
2
Σ-ВН - второй суммирующий усилитель ВН;
SW-ГН - ключевое устройство ГН;
SW-BH - ключевое устройство ВН.
Заявляемая система стабилизации и управления вооружением представляет собой автономно работающий привод наведения и стабилизации башни в плоскости ГН и привод наведения и стабилизации пушки в плоскости ВН.
Привод ГН содержит пульт управления (ПУ) 1 с (ПУ ГН) 1.1, задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН (ЗУС) 2 с датчиком положения зеркала прицела по ГН, электрически связанное с (ПУ ГН) 1.1 и жестко связанный с башней 3, датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 4, также жестко связанный с пушкой 5, усилитель мощности (УМГН) 6, электрически связанный с блоком управления (БУ) 7, и электродвигатель (ЭД-ГН) 8, электрически связанный с выходом усилителя мощности (УМГН) 6 и механически связанный с редуктором (Ред.ГН) 9.
Сигналы с (ПУ ГН) 1.1 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 4 поступают на входы интегратора (∫-ГН) 10 блока управления (БУ) 7. Интегратор (∫-ГН) 10 служит для преобразования сигнала, полученного суммированием с заданными коэффициентами сигнала с (ПУ ГН) 1.1 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 4 в ошибку ГН (угловое абсолютное положение) привода ГН, используемую для автономной стабилизации башни 3, а вместе с ней и зеркала прицела с зависимой линией стабилизации по ГН в случае отсутствия или выхода из строя задающего устройства стабилизации (ЗУ С) 2. Полученный после интегрирования сигнал ошибки ГН подается на первый вход ключевого устройства (SW-ГН) 11.
Сигнал (ошибка ГН) с датчика положения зеркала прицела по ГН задающего устройства стабилизации (ЗУ С) 2 поступает на второй вход ключевого устройства (SW-ГН) 11, блока управления (БУ) 7 и используется для стабилизации башни 3 в основном режиме стабилизации.
Ключевое устройство (SW-ГН) 11 обеспечивает переключение сигналов ошибок привода ГН в зависимости от выбранного режима работы комплекса управления вооружением по сигналам с пульта управления (ПУ) 1 и блока логики (БЛ) 12. Сформированный таким образом сигнал ошибки привода ГН поступает на первый вход суммирующего усилителя (Σ-ГН) 13, где суммируется с сигналом звена коррекции по току электродвигателя привода ГН (ЗКТ-ГН) 14 и сигналом звена коррекции по скорости электродвигателя ГН (ЗКС-ГН) 15, связанных соответственно с датчиком тока электродвигателя (ДТ ГН) 16 и модулем расчета скорости вала электродвигателя привода ГН (СК ГН) 17 усилителя мощности (УМГН) 6. Полученный сигнал с выхода суммирующего усилителя (Σ-ГН) 13 подается на вход усилителя напряжения (УН-ГН) 18 блока управления (БУ) 7, электрически связанного с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ ГН) 19 усилителя мощности (УМГН) 6.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ ГН) 19 преобразует полученный сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора (ШИМ ГН) 19 поступает на вход усилителя (У-ГН) 20 усилителя мощности (УМГН) 6, где усиливается и поступает на обмотки электродвигателя (ЭД-ГН) 8.
Электродвигатель (ЭД-ГН) 8 через редуктор (Ред.ГН) 9 поворачивает башню 3, а вместе с ней пушку 5 в сторону уменьшения ошибки стабилизации привода ГН, удерживая ее в направлении на цель.
Аппаратура системы управления (АСУ) 21, взаимодействуя с блоком логики (БЛ) 12, обеспечивает выдачу команд на переключение режимов работы и коммутацию структуры управления блока управления (БУ) 7 со стороны комплекса управления.
Блоки, используемые в приводе ГН, такие как пульт управления (ПУ) 1, задающее устройство стабилизации ЗУ С 2, блок управления БУ 7, аппаратура системы управления (АСУ) 20, работают совместно и с приводом ВН.
1
Привод ВН содержит пульт управления (ПУ) 1 с (ПУ ВН) 1.2, задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН (ЗУ С) 2 с датчиком положения зеркала прицела по ВН, электрически связанное с (ПУ ВН) 1.2, датчиком положения (ДП-ВН) 22 и первым входом первого суммирующего усилителя (Σ-ВН) 23 блока управления (БУ) 7, датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 24, жестко связанный с пушкой 5, усилитель мощности (УМВН) 25, электрически связанный с электродвигателем (ЭД-ВН) 26, механически связанным с редуктором (Ред. ВН) 27.
Сигналы с (ПУ ВН) 1.2 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 24 поступают на входы интегратора (∫-BH) 28 блока управления (БУ) 7. Интегратор (∫-BH) 28 служит для преобразования сигнала, полученного суммированием с заданными коэффициентами сигнала с (ПУ ВН) 1.2 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 24, в сигнал ошибки ВН (угловое положение) привода ВН, используемый для автономной стабилизации пушки 5, а вместе с ней и зеркала прицела с зависимой линией стабилизации по ВН в случае отсутствия или выхода из строя задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2. Полученное после интегрирования значение ошибки ВН в виде сигнала подается на первый вход ключевого устройства (SW-BH) 29.
1
1
Сигнал с датчика положения зеркала прицела по ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 поступает на второй вход суммирующего усилителя (Σ-ВН) 23, где алгебраически суммируется с сигналом датчика положения (ДП-ВН) 22. Полученное значение на выходе суммирующего усилителя (Σ-BH) 23 представляет собой сигнал ошибки привода ВН стабилизатора, поступающий на второй вход ключевого устройства (SW-BH) 29 и используемый для стабилизации пушки 5 в плоскости ВН.
Ключевое устройство (SW-BH) 29 обеспечивает переключение сигналов ошибок привода ВН в зависимости от выбранного режима работы комплекса управления вооружением по сигналам с пульта управления (ПУ) 1 и блока логики (БЛ) 12.
2
2
Полученный таким образом сигнал ошибки привода ВН, поступает на вход второго суммирующего усилителя (Σ-ВН) 30, где суммируется с сигналом звена коррекции по току электродвигателя привода ВН (ЗКТ-ВН) 31 и сигналом звена коррекции по скорости электродвигателя ВН (ЗКС-ВН) 32, связанных соответственно с датчиком тока электродвигателя ВН (ДТ ВН) 33 и модулем расчета скорости вала электродвигателя привода ВН (СК ВН) 34 усилителя мощности (УМВН) 25. Полученный суммарный сигнал с выхода второго суммирующего усилителя (Σ-BH) 30 подается на вход усилителя напряжения (УН-ВН) 35 блока управления (БУ) 7, электрически связанного с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ ВН) 36 усилителя мощности (УМВН) 25.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ ВН) 36 преобразует сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора (ШИМ ВН) 36 поступает на вход усилителя (У-ВН) 37 усилителя мощности (УМВН) 25, где усиливается и поступает на обмотки электродвигателя (ЭД-ВН) 26.
Электродвигатель (ЭД-ВН) 26 через редуктор (Ред.ВН) 27 поворачивает пушку 5 по ВН в сторону уменьшения ошибки стабилизации в плоскости ВН, удерживая его тем самым в направлении цели.
Аппаратура системы управления (АСУ), 21 взаимодействуя с блоком логики (БЛ) 12, обеспечивает выдачу команд на переключение режимов работы и коммутацию структуры управления блока управления (БУ) 7 со стороны комплекса управления.
Блоки, используемые в приводе ВН, такие как пульт управления (ПУ) 1, задающее устройство стабилизации ЗУС 2, блок управления БУ 7, аппаратура системы управления (АСУ) 21, работают совместно и с приводом ГН.
Зависимая стабилизация линии прицеливания (визирования) прицелов (П) 38 осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы, выбранной в качестве прототипа.
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;
- информационного канала обмена, являющегося портом контроллера.
Ключевые устройства ГН и ВН, суммирующие усилители ГН и ВН, блоки коммутации ГН и ВН, блок логики могут быть выполнены в виде подпрограмм управления выходами цифроаналогового преобразователя ГН и ВН и дискретными выходами контроллера, а интеграторы и корректирующие звенья ГН и ВН 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.
(См. книгу под редакцией Богнера Р. и Константинидиса А. «Введение в цифровую фильтрацию» пер.с англ.- М.: Мир, 1976).
Выходные усилители напряжения У-ВН и У-ГН блока управления могут быть выполнены по схеме, построенной на операционном усилителе, в обратную связь которого введен транзисторный каскад с токовым симметричным выходом.
(См. книгу Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники», пер. с англ. - 4-е изд. перераб. и доп.- М.: Мир, 1993).
Принцип действия приводов ГН и ВН одинаков и основан на том, что 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. Направление в горизонтальной и вертикальной плоскости, которое требуется придать установленному вооружению, является заданным значением регулируемого параметра для приводов ГН и ВН.
При движении ОВН на установленное вооружение действуют внешние возмущения в виде колебаний башни, на которой оно установлено, моментов трения в погоне (опоре вращающейся башни на корпус), редукторах приводов ГН и ВН, электродвигателях приводов ГН и ВН, трения в цапфах (опорах) люльки с установленным вооружением, а также возмущения, обусловленные неуравновешенностью вращающейся башни относительно центра ее вращения и неуравновешенностью установленного вооружения по ВН.
Эти возмущения вызывают отклонение установленного вооружения от заданного (ЗУС) направления. Угол между заданным и действительным направлением, в этом случае, определяет ошибку стабилизации приводов ГН и ВН.
Напряжение, пропорциональное ошибке стабилизации, отрабатывается двигателями стабилизатора, поворачивающими вооружение в сторону уменьшения ошибки.
Система стабилизации и управления вооружением работает следующим образом:
Датчики положения стабилизированного инерциального объекта по ГН и ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС), датчики абсолютной угловой скорости ГН и ВН, датчик положения ВН, усилители мощности ГН и ВН формируют на входах блока управления сигналы:
- относительного положения,
- сигналы по абсолютной угловой скорости,
- сигналы по абсолютному положению,
- сигналы обратных связей по скорости вращения вала и току электродвигателей по ГН и ВН.
Стабилизация в плоскости ГН осуществляется по сигналам с датчика положения ГН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, сигнал с которого (сигнал рассогласования по ГН) представляет собой сигнал ошибки привода ГН.
Полученный сигнал ошибки привода ГН поступает на вход ключевого устройства (SW-ГН) 11, служащего для выбора по команде с пульта управления (ПУ) 1 и блока логики (БЛ) 12, связанного с аппаратурой системы управления (АСУ) 21, сигнала ошибки стабилизации по ГН, отрабатываемой приводом ГН, в двух режимах:
- основной режим - независимой стабилизации по сигналу с датчика положения ГН линии визирования (ЗУС) 2;
- автономный режим - зависимой стабилизации линии прицеливания прицелов по сигналам датчика абсолютной угловой скорости ГН.
Выбранный сигнал ошибки привода ГН поступает на суммирующий усилитель (Х-ГН) 13, где суммируется с сигналами обратных связей по скорости вращения вала и току электродвигателя (ЭД-ГН) 8, формируемых усилителем мощности (УМГН) 6, необходимых для обеспечения устойчивой работы приводов и, как следствие, повышения добротности контуров управления с целью уменьшения ошибки стабилизации по ГН.
Таким образом, полученный и обработанный сигнал управления поступает на усилитель напряжения (УН-ГН) 18 блока управления (БУ) 7, формирующего сигнал управления для усилителя мощности (УМГН) 6. Усилитель мощности (УМГН) 6 преобразует полученный сигнал управления ГН в силовой сигнал для управления электродвигателем (ЭД-ГН) 8, который через редуктор (Ред.ГН) 9 поворачивает башню 3 в сторону уменьшения ошибки (рассогласования), тем самым удерживая направление установленного вооружения на цель в плоскости ГН.
Стабилизация и стабилизированное наведение линии прицеливания по ГН установленных прицелов (П) 38, механически связанных с башней 3, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы, выбранной в качестве прототипа.
Стабилизированное наведение в плоскости ГН пушки 5 осуществляется по сигналам датчика положения ГН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, связанного электрически с пультом управления (ПУ) 1 по (ПУ ГН) 1.1. Оператор пультом управления (ПУ) 1 по (ПУ ГН) 1.1 наводит по оптическому изображению, получаемому через окуляр задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, стабилизированную в двух плоскостях линию визирования (прицельную марку) задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 на цель. Сигнал с датчика положения ГН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, пропорциональный ошибке стабилизации по ГН, отрабатывается приводом ГН, поворачивающим башню 3 в сторону уменьшения ошибки ГН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в плоскости ГН.
1
1
Стабилизация в плоскости ВН пушки 5 осуществляется по алгебраической разнице сигналов с датчика положения ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 и датчика положения (ДП-ВН) 22, кинематически связанного с пушкой, формируемой первым суммирующем усилителем (Σ-BH) 23. Сигнал с выхода первого суммирующего усилителя (Σ-BH) 23 (сигнал рассогласования по ВН) представляет собой ошибку привода ВН.
Полученный сигнал ошибки привода ВН поступает на вход ключевого устройства (SW-BH) 29, служащего для выбора по команде пульта управления (ПУ) 1 и блока логики (БЛ) 12, связанного с аппаратурой системы управления (АСУ) 21, сигнала ошибки стабилизации по ВН, отрабатываемой приводами ВН, в следующих режимах:
- основной режим - независимой стабилизации по сигналу алгебраической разности между сигналом с датчика положения ВН независимо стабилизированной по ВН линии визирования (ЗУС) 2 и сигналом с датчика положения пушки (ДП-ВН) 22;
- автономный режим - зависимой стабилизации линии прицеливания прицелов по сигналам датчика абсолютной угловой скорости ВН. При этом возможна стабилизация пушки 5 и линий визирования прицелов, имеющих механическую связь с пушкой 5.
2
Второй суммирующий усилитель (Σ-BH) 30 суммирует с заданными коэффициентами сигнал ошибки привода ВН и сигналы скорректированных обратных связей по скорости вращения вала и току электродвигателя (ЭД-ВН) 26.
Формируемые усилителем мощности (УМВН) 25 обратные связи по скорости вращения вала и току электродвигателя необходимы для обеспечения устойчивой работы привода ВН и как следствие повышения добротности контуров управления и соответственно уменьшения ошибки стабилизации привода по ВН.
Таким образом, полученный и обработанный сигнал управления поступает на усилитель напряжения (УН-ВН) 35 блока управления (БУ) 7, формирующий сигнал управления для усилителя мощности (УМВН) 25. Усилитель мощности (УМВН) 25 преобразует полученный сигнал управления ВН в силовой сигнал для управления электродвигателем ВН (ЭД-ВН) 26, который через редуктор (Ред.ВН) 27 поворачивает пушку 5 в сторону уменьшения ошибки (рассогласования), тем самым удерживая направление используемого вооружения на цель в плоскости ВН.
Стабилизация и стабилизированное наведение линии прицеливания по ВН установленных прицелов (П) 38, механически связанных с пушкой 5, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы, выбранной в качестве прототипа.
1
Стабилизированное наведение в плоскости ВН пушки 5 осуществляется по алгебраической разнице сигналов с датчика положения ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 и датчика положения (ДП-ВН) 22 пушки, формируемой первым суммирущим усилителем (Σ-BH) 23, а также по сигналу с пульта управления (НУ ВН) 1.2, связанным электрически с (ЗУС) 2. Оператор пультом управления (ПУ ВН) 1.2 наводит по оптическому изображению, получаемому через окуляр задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 стабилизированную в двух плоскостях линию визирования (прицельную марку) задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 на цель в плоскости ВН. Сигнал с датчика положения ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, пропорциональный ошибке стабилизации по ВН, отрабатывается электродвигателем (ЭД-ВН) 26. Электродвигатель (ЭД-ВН) 26 поворачивает пушку 5 в сторону уменьшения ошибки ВН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в плоскости ВН.
Стабилизация и стабилизированное наведение линии прицеливания по ВН установленных прицелов (П) 38, механически связанных с пушкой 5, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы, выбранной в качестве прототипа.
Таким образом, описанная выше совокупность признаков заявляемой системы стабилизации и управления вооружением боевой машины обеспечивает достижение всех указанных в разделе «сущность изобретения» технических результатов.
Приведенные в описании технические преимущества, целесообразность и надежность системы, реализованной по заявляемой структурной схеме, подтверждены испытаниями опытного образца на БМД-4 на испытательной базе ОАО «КБП» г.Тула.