СИСТЕМА УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к системам управления и стабилизации летательных аппаратов и может быть использована в управляемых ракетах.
Известна система стабилизации ракеты, включающая измерительные датчики угла, угловой скорости, масштабирующие блоки, усилители, сигнал управления с которых через преобразователь поступает на рулевой привод и управляющие органы. В данной системе управления моменты пропорциональны управляющим сигналам тангажа, рыскания, вращения и не зависят от угла вращения. При этом исключается возможность использования для стабилизации одновременно всех управляющих органов, путем разворота корпуса по углу вращения (Павлов В.А., Пономаренко С.А., Хованский Ю.М Стабилизация летательных аппаратов и автопилоты - М: Высшая школа. 1964-483 с).
Известна система стабилизации, содержащая по каналам тангажа, рыскания вращения, датчик угла, датчик угловой скорости, соединенные с сумматором через масштабирующие блоки, выходы сумматоров соединены со входами рулевого привода, выход рулевого привода соединен со входом исполнительных органов (Разыграев А.П., Основы управления полетом космических аппаратов и коробление М.: Машиностроение, 1977-422 с), которая была принята в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
Недостатком данной системы угловой стабилизации является:
- ограничение управляющих моментов, определенное диапазоном отклонения управляющих органов, что может привести к неустойчивости системы угловой стабилизации, при действии больших возмущений.
Целью предлагаемой модели является повышение устойчивости системы угловой стабилизации ракеты в процессе полета на активном участке траектории.
Поставленная цель достигается тем, что в систему угловой стабилизации, содержащую по каналам: тангажа, рыскания, вращения, датчик угла, датчик угловой скорости, соединенные с сумматором через масштабирующие блоки, выходы сумматоров соединены с входами рулевого привода, выход рулевого привода соединен с входом исполнительных органов, в нее дополнительно введены три сумматора, три блока усиления, инвертирующее устройство, при этом выход сумматора канала тангажа соединен с входом сумматора канала рысканья и с инвертирующим усилителем, который соединен с входом первого сумматора и с первым блоком усиления, который соединен с третьим сумматором, выход сумматора канала вращения соединен с входом первого сумматора, который соединен со вторым входом рулевого привода, выход второго сумматора соединен с входом второго блока усиления, который соединен с первым сумматором, с третьим сумматором и с третьим блоком усиления, который соединен с сумматором канала рысканья, выход сумматора канала рысканья соединен с первым входом рулевого привода, выход третьего сумматора соединен с третьим входом рулевого привода, выход рулевого привода соединен с входом исполнительного органа.
Функциональная схема системы угловой стабилизации по каналам тангажа, рыскания, вращения представлена на фиг.1, на фиг.2 управляющие моменты при значении угла вращения φ=0, на фиг.3 управляющие моменты при значении угла вращения φ≠0, , на фиг.4 управляющие моменты при значении угла вращения φ≠0, .
Где на фиг.1:
1 - датчик угла тангажа
2 - датчик угла вращения
3 - датчик угла рыскания
4 - датчик угловой скорости канала тангажа
5 - датчик угловой скорости канала вращения
6 - датчик угловой скорости канала рыскания
7 - первый масштабирующий блок
8 - второй масштабирующий блок
9 - третий масштабирующий блок
10 - четвертый масштабирующий блок
11 - пятый масштабирующий блок
12 - шестой масштабирующий блок
13 - первый сумматор
14 - третий сумматор
15 - пятый сумматор
16 - четвертый сумматор
17 - второй сумматор
18 - шестой сумматор
19 - инвертирующий усилитель
20 - второй блок усиления
21 - первый блок усиления
22 - третий блок усиления
23 - рулевой привод
24 - исполнительные органы.
Датчик угла тангажа 1 соединен с масштабирующим блоком 7, который соединен с сумматором 13, датчик угловой скорости канала тангажа 3 соединен с масштабирующим блоком 8, последний соединен с сумматором 13, который соединен с сумматором 17, инвертирующим усилителем 19, блоком усиления 21, сумматор 17 соединен с рулевым приводом 13, датчик угла рыскания 3 соединен с масштабирующим блоком 11, который соединен с сумматором 15, датчик угловой скорости канала рыскания 6 соединен с масштабирующим блоком 12, последний соединен с сумматором 15, который соединен с блоком усиления 20, сумматором 18, блоком усиления 22, последний соединен с сумматором 17, сумматор 18 соединен с рулевым приводом 23, инвертирующий усилитель 19 соединен с сумматором 16, блок усиления 20 соединен с сумматором 16, который соединен с рулевым приводом 23, последний соединен с исполнительным органом 24.
Система угловой стабилизации по каналам: тангажа, рыскания вращения работает таким образом:
На выходе сумматора 13 образуется сигнал  путем суммирования сигнала с датчика угла тангажа 1, прошедшего через масштабирующий блок 7, с сигналом датчика угловой скорости канала тангажа 4, прошедшего через масштабирующий блок 8. Сигнал управления поступает на сумматор 17, инвертирующий усилитель 19, усилительный блок 21, сигнал с сумматора 17 равный  поддеться на рулевой привод 23, на выходе сумматора 15 образуется сигнал , путем суммирования сигнала датчика угла рыскания 3, прошедшего через масштабирующий блок 11, с сигналом датчика угловой скорости канала рыскания 6, прошедшего через масштабирующий блок 12. Сигнал управления  поступает на сумматор 18, блок усиления 20, блок усиления 22. На сумматоре 18 образуется сумма сигналов  который поступает на рулевой привод 23.
На выходе сумматора 14 образуется сигнал 4 путем суммирования датчика угла вращения 2, прошедший через масштабирующий блок 9 с сигналом датчика угла вращения, прошедшего через масштабирующий блок 10, сигнал с сумматора 14 подается на сумматор 16, где складываются сигналы с инвертирующего усилителя 19 и блока усиления 20, а с сумматора 16 сигнал равный  подается на рулевой привод 23 и исполнительный орган 24.
Анализ зависимости моментов управляющих органов от угла вращения показывает, что разворот корпуса на определенный угол вращения приводит к увеличению момента по одной оси, но при этом управляющий момент по другой оси может значительно уменьшиться и даже стать равным нулю (Фиг.3).
Анализ выражений показывает, что управляющий момент по оси Z будет уменьшаться. Зависимость моментов рулей от угла вращения нарушает нормальную работу системы стабилизации каналов тангажа и рыскания, приводя к взаимосвязи между этими каналами и потере устойчивости.
Следует учитывать, что при определенных значениях углов вращения значения управляющего момента по одной оси будет больше максимального, но по другой будет равно нулю.(фиг.3)
При этом в случае равенства сигналов управления  значение Δφ будет близким к нулю. При значительной разности сигналов значение Δφ будет выбираться как функция данной разности. Для простоты реализации программное значение угла вращения может изменяться по следующему алгоритму . При этом знак разности сигналов управления позволяет соответственно увеличить управляющий момент либо по каналу тангажа, либо по каналу рысканья.
Следовательно, при повороте управляющих органов на угол вращения значения управляющих моментов будут пропорциональны сигналам управления.
В случае если возмущения по каналам тангажа и рысканья приблизительно одинаковы, то приращение значения угла вращения будет близко к нулю. .
Для случая, когда возмущающий момент по каналу тангажа значительно больше, чем по каналу рысканья, то . Значение угла вращения может достигать 30°, регулируется путем выбора коэффициентов. При этом значение произведения  мало, так как  - мало, и управляющий сигнал по каналу рысканья вычисляется в соответствии с выражением , что позволит при не нулевом угле вращения получить значение управляющего момента, превосходящее максимальное (при φ=0), (фиг.4).
опт
Теоретически увеличение может быть в  раз, при развороте управляющих органов на угол вращения φ. Этим и достигается повышение устойчивости
системы угловой стабилизации ракеты в процессе полета на активном участке траектории.