СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ВООРУЖЕНИЕМ БОЕВОЙ МАШИНЫ
SYSTEM FOR STABILIZING AND CONTROLLING FIGHTING MACHINE ORDNANCE

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к стабилизаторам вооружения боевых машин типа БМД, БМП, БТР, БРДМ и т.п., работающих с комплексом управления (далее по тексту - КУ) вооружением этих объектов.
Известна боевая машина десанта БМД-2, комплекс вооружения которой содержит установленные в боевом отделении спаренные автоматическую пушку малого калибра 30 мм и 7,62 мм пулемет, стабилизированные в двух плоскостях, а также пусковую установку с противотанковой управляемой ракетой (далее по тексту - ПТУР) и КУ вооружением, состоящего из дневно-ночного прицела наводчика, головное зеркало которого механически связано с автоматической 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.
Данная система наведения и стабилизации принята за прототип.
См. 1) Изделие 2Э36-6 ПБ1.331.083 Техническое описание и инструкция по эксплуатации (дополнение к ПБ1.331.083 ТО);
2) «Боевая машина десанта БМД-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 916/916К.00.000 ТО - Волгоградский тракторный завод, 2010. - 317 с. п. 4.19 Стабилизатор вооружения стр. 132-162.)
Привода ГН и ВН системы стабилизации и управления, 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, с потенциометров и датчиков абсолютной угловой скорости по ГН и ВН.
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, механически жестко связанного с пушкой. При движении БМД-2 башня вместе с корпусом, под действием внешних возмущений, отклоняется от исходного положения, увлекая за собой пушку, а вместе с ней и датчик абсолютной угловой скорости по ВН.
Датчик абсолютной угловой скорости по ВН вырабатывает сигнал, пропорциональный величине скорости и соответствующий (по фазе) направлению отклонения пушки в плоскости ВН.
Полученный сигнал с датчика абсолютной угловой скорости по ВН подается на вход интегратора блока управления, который вырабатывает сигнал, пропорциональный интегралу скорости, что соответствует величине угла отклонения пушки от исходного положения в плоскости ВН - ошибке стабилизации по ВН. Полученная ошибка привода ВН, поступает на вход корректирующего звена, затем на суммирующий усилитель ВН и далее на усилитель напряжения и поступает на вход широтно-импульсного модулятора ВН усилителя мощности ВН.
Широтно-импульсный модулятор ВН преобразует этот сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора ВН поступает на вход усилителя мощности ВН, где усиливается и поступает на якорную обмотку электродвигателя ВН.
Электродвигатель ВН через редуктор поворачивает пушку, а вместе с ней и зеркало прицела(ов) по ВН в сторону, противоположную отклонению пушки БМД-2 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, формируемая датчиком тока ВН усилителя мощности ВН и обратная связь по напряжению. Сформированные усилителем мощности ВН обратные связи по току и напряжению обрабатываются блоком управления.
Обратная связь по току поступает на корректирующее звено ВН и вход сумматора, где суммируется с обработанным модулем напряжения ВН сигналом обратной связи по напряжению ВН. Сигнал с сумматора обрабатывается корректирующим звеном ВН.
Полученные сигналы обратных связей с первого корректирующего звена и второго корректирующего звена поступают на вход суммирующего усилителя ВН, где алгебраически суммируются с сигналом ошибки привода ВН, выработанного интегратором и звеном коррекции ВН1.
Режим стабилизированного наведения пушки по ВН осуществляется также по сигналу с датчика абсолютной угловой скорости ВН. При обнаружении цели наводчик отклонением рукояток пульта управления в плоскости ВН (вверх-вниз) формирует сигнал с потенциометра. Сигнал с резистора пульта управления подается на вход интегратора ВН блока управления, где суммируется с сигналом датчика абсолютной угловой скорости ВН, механически жестко связанного с пушкой. Полученный таким образом на выходе интегратора ВН сигнал представляет собой ошибку привода ВН с учетом знака и амплитуды сигнала с резистора ВН пульта управления, задаваемых оператором при отклонении им рукояток пульта управления в вертикальной плоскости (вверх-вниз).
Оператор наводит пультом управления по ВН пушку на цель через оптический канал прицела, жестко связанного с пушкой.
В режиме стабилизации по ГН стабилизация пушки по ГН осуществляется по сигналу датчика абсолютной угловой скорости ГН, механически жестко связанного с пушкой, закрепленной в цапфах башни. При движении БМД-2 башня вместе с корпусом, под действием внешних возмущений, отклоняется от исходного положения, увлекая за собой пушку, а вместе с ней и датчик абсолютной угловой скорости ГТ.
Датчик абсолютной угловой скорости вырабатывает сигнал, пропорциональный величине скорости и соответствующей (по фазе) направлению отклонения пушки в плоскости ГН.
Полученный таким образом сигнал с датчика абсолютной угловой скорости подается на вход интегратора блока управления, который вырабатывает сигнал, пропорциональный интегралу скорости, что соответствует величине угла отклонения пушки от исходного положения в плоскости ГН (ошибка стабилизации по ГН). Полученная ошибка привода ГН, поступает на вход корректирующего звена, затем на суммирующий усилитель ГН и далее на усилитель напряжения и поступает на вход широтно-импульсного модулятора усилителя мощности.
Широтно-импульсный модулятор преобразует этот сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора ГН поступает на вход усилителя мощности ГН, где усиливается и поступает на якорную обмотку электродвигателя ГН.
Электродвигатель ГН через редуктор ГН поворачивает башню, а вместе с ней пушку и зеркало прицела(ов) в сторону, противоположную отклонению пушки БМД-2 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 получения требуемой ошибки стабилизации привода ГН в контур управления стабилизатора введена обратная связь по току, формируемая датчиком тока ГН усилителя мощности ГН. Сформированная усилителем мощности ГН обратная связь по току обрабатываются блоком управления.
Обратная связь по току ГН поступает на корректирующее звено и далее на вход суммирующего усилителя ГН, где алгебраически суммируется с сигналом ошибки привода ГН.
Режим стабилизированного наведения пушки (башни) по ГН осуществляется также по сигналу с датчика абсолютной угловой скорости ГН. При обнаружении цели наводчик отклонением рукояток пульта управления в плоскости ГН (вправо-влево) формирует сигнал с потенциометра ГН. Сигнал с резистора пульта управления подается на вход интегратора ГН блока управления, где суммируется с сигналом датчика абсолютной угловой скорости ГН, жестко связанного с пушкой. Полученный таким образом на выходе интегратора ГН сигнал представляет собой ошибку привода ГН с учетом знака и амплитуды сигнала с резистора пульта управления, задаваемых оператором при отклонении им рукояток пульта управления в горизонтальной плоскости (вправо-влево).
Оператор наводит пультом управления по ГН пушку на цель через оптический канал прицела, жестко связанного с башней и пушкой.
Недостатками вышеуказанной системы-прототипа являются:
- низкая точность стабилизации пушки и спаренного с ней пулемета при движении БМД-2 (срединное значение ошибки стабилизации около 1 т.д.), обусловленная недостаточным быстродействием и точностью отработки приводами стабилизатора динамически изменяющихся сигналов;
- малая эффективность ведения прицельного огня из пушки, из-за наличия жесткой механической связи с ней установленных прицелов, точность стабилизации которых в пространстве определяется точностью стабилизации самих силовых приводов пушки (зависимая стабилизация линии визирования), что затрудняет прицеливание и наблюдение наводчику при движении БМД-2;
- недостаточное качество управления приводами стабилизатора (плавность наведения), вследствие отсутствия прицела, имеющего двухплоскостную независимую стабилизацию в пространстве головного зеркала и датчиков положения, обеспечивающих электрическую связь прицела с пушкой (установленным вооружением);
- отсутствие возможности использования и стабилизации дополнительного типа вооружения, устанавливаемого на башню по требованию заказчика;
- отсутствие информационных каналов обмена с другими устройствами, что не позволяет повысить эксплуатационные характеристики стабилизатора, его диагностику и возможность установки на другие объекты военного назначения;
- отсутствие блокировок и защит, обеспечивающих безаварийную работу ОВН и его экипажа при возникновении нештатных ситуаций (неправильные действия оператора, пропадания питания 36 В 400 Гц, выход из строя внутренних вторичных источников питания, кратковременное пропадание или понижение бортовой сети ОВН).
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 особенно при его движении;
- повышение качества управления приводами стабилизатора (плавности наведения) за счет обеспечения независимой двухплоскостной стабилизации линии визирования (прицеливания);
- повышение быстродействия приводов стабилизатора вооружения и скорости отработки ими входного воздействия;
- обеспечение возможности поочередной работы с несколькими приводами, обеспечивающими стабилизацию и стабилизированное наведение различных типов вооружения, установленных на ОВН;
- повышение эксплуатационных характеристик стабилизатора и расширение возможности его диагностики и применения;
- повышение безопасности экипажа ОВН при неправильных действиях оператора, пропадании питания 36 В 400 Гц, выхода из строя внутренних источников питания и кратковременных пропаданиях или понижениях бортовой сети ОВН.
Для достижения указанного технического результата в известную систему стабилизации и управления вооружением, содержащую пульт управления по ВН и ГН, блок управления с суммирующими усилителями по ВН и ГН, усилителями напряжения по ВН и ГН, корректирующим звеном по току ГН, интеграторами по ВН и ГН, электрически связанными с пультом управления по ВН и ГН, усилители мощности по ВН и ГН, широтно-импульсные модуляторы по ВН и ГН которых электрически связаны с усилителями напряжения по ВН и ГН блока управления, датчики абсолютной угловой скорости по ВН и ГН, механически жестко связанные с пушкой и электрически связанные с входами интеграторов по ВН и ГН, прицел, механически связанный с пушкой и башней, электродвигатель ГН, механически соединенный с погоном вращающегося боевого отделения через редуктор ГН, первый электродвигатель ВН, механически соединенный с пушкой через первый редуктор ВН и зубчатый сектор согласно изобретению дополнительно введены:
- задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН;
- второй тип установленного вооружения;
- второй электродвигатель ВН;
- второй редуктор ВН;
- первый и второй датчики положения по ВН;
- модули вычисления скорости вала ЭД усилителей мощности по ГН и ВН;
- блок коммутации приводов и датчиков;
- аппаратура системы управления боевым отделением, кроме того, в блок управления дополнительно введены:
- блок логики;
- ключевое устройство ГН;
- корректирующее звено по скорости вращения вала электродвигателя ГН;
- ключевое устройство ВН;
- первый суммирующий усилитель канала ВН;
- второй суммирующий усилитель канала ВН;
- первое и второе корректирующие звенья канала ВН выбранного вооружения по его положению (ошибке);
- блок коммутации корректирующих звеньев канала ВН выбранного вооружения по его положению (ошибке);
- блок коммутации корректирующих звеньев обратных связей по току и скорости электродвигателя ВН выбранного вооружения;
- первое и второе корректирующие звенья по току электродвигателя ВН выбранного вооружения;
- первое и второе корректирующие звенья по скорости вращения вала электродвигателя ВН выбранного вооружения;
- блок защит,
при этом задающее устройство стабилизации с датчиками положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН, электрически связано с пультом управления по ВН и ГН и установленным вооружением соответственно через первый и второй датчики положения по ВН, которые механически связанны с соответствующим типом установленного вооружения,
второй тип установленного вооружения механически связан, с одной стороны, с башней, а с другой стороны со вторым электродвигателем ВН через второй редуктор ВН и коммутируется блоком коммутации приводов и датчиков, который электрически связан с входами первого и второго электродвигателей ВН, первым и вторым датчиками положения по ВН, первым входом с управляющим выходом усилителя мощности по ВН и блоком логики блока управления,
аппаратура системы управления боевым отделением электрически связана по информационному каналу обмена с блоком логики и блоком защит блока управления, а также пультом управления по ВН и ГН, причем
указанные пульт управления по ВН и ГН, датчики положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН и ВН задающего устройства стабилизации, второй выход блока коммутации приводов и датчиков, усилители мощности по ВН и ГН,
выходы модулей тока электродвигателей по ВН и ГН и скорости вала по ВН и ГН усилителей мощности по ВН и ГН, аппаратура системы управления боевым отделением, электрически связаны с блоком управления,
при этом с одной стороны выход интегратора по ГН и выход датчика положения независимо стабилизированного в пространстве инерциального объекта по ГН задающего устройства стабилизации связаны с входами ключевого устройства ГН, соединенного с пультом управления, сигнал положения с ключевого устройства ГН связан с сигналами корректирующих звеньев по току и скорости электродвигателя ГН через входы суммирующего усилителя ГН, выход управления которого объединен с усилителем напряжения ГН, электрически связанного 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,
с другой стороны выход интегратора по ВН, выход первого суммирующего усилителя ВН связаны с входами ключевого устройства ВН, соединенного с пультом управления, сигнал положения с ключевого устройства ВН объединен со входом блока коммутации корректирующих звеньев ВН, связанный в свою очередь с блоком логики и с первым и вторым корректирующими звеньями ВН, связанных через входы второго суммирующего усилителя ВН с сигналами корректирующих звеньев по току и скорости соответствующего (выбранного) электродвигателя ВН, поступающих с блока коммутации корректирующих звеньев обратных связей по току и скорости электродвигателя ВН, связанного в свою очередь с блоком логики, выходами первого и второго корректирующих звеньев по току соответствующего (выбранного) электродвигателя ВН и первым и вторым корректирующими звеньями по скорости вращения вала соответствующего (выбранного) электродвигателя ВН, выход управления второго суммирующего усилителя ВН 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 выбранное вооружение, при этом блок защит электрически связан с одной стороны с выходом аппаратуры системы управления боевым отделением, внешними и внутренними источниками питания, а с другой стороны со входом аппаратуры системы управления боевым отделением и усилителями напряжения по ВН и 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, первый и второй датчики положения ВН, второй редуктор ВН, второй, третий электродвигатель ВН, второй тип установленного вооружения, усилители мощности привода ГН и ВН с модулями вычисляющими скорость вращения вала электродвигателя ГН и ВН, аппаратура системы управления, блок логики, блок защит, блок коммутации приводов и датчиков, первый суммирующий усилитель ВН, ключевое устройство ГН, ключевое устройство ВН, блок коммутации корректирующих звеньев ВН по положению, блока коммутации корректирующих звеньев обратных связей по току и скорости выбранного электродвигателя ВН, второй суммирующий усилитель 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 позволяют:
- повысить точность стабилизации выбранного вооружения, за счет применения в структуре приводов ГН и ВН новых и более качественных обратных связей;
- повысить эффективность ведения прицельного огня из установленного вооружения, за счет введения в структуру приводов ВН и ГН дополнительного задающего устройства стабилизации ЗУС, позволяющего обеспечить 2-х плоскостную независимую стабилизацию установленного вооружения, при этом сохранив возможность работы стабилизатора и в прежнем режиме зависимой стабилизации;
- улучшить качество управления приводами ВН и ГН (плавность наведения), и улучшить условия работы оператора, особенно при движении объекта военного назначения ОВН с установленным вооружением, за счет введения в структуру приводов ВН и ГН дополнительного задающего устройства стабилизации ЗУС, позволяющего обеспечить стабилизированное наведение установленного вооружения. При этом стабилизация выбранного вооружения осуществляется относительно датчиков положения стабилизированной линии прицеливания ЗУС;
- повысить быстродействие приводов стабилизатора вооружения и скорости отработки ими входных воздействий за счет использования электродвигателей и усилителей мощности приводов ГН и ВН новой конструкции;
- расширить возможности боевого применения объекта военного назначения ОВН за счет возможности выбирать необходимый тип установленного на нем вооружения в соответствии с текущей боевой обстановкой;
- повысить эксплуатационные 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 и управления вооружением,
- повысить безопасность экипажа ОВН при неправильных действиях оператора, пропадании питания 36 В 400 Гц, выхода из строя внутренних источников питания и кратковременных пропаданиях или понижениях бортовой сети ОВН, за счет введения в блок управления блока защит, позволяющего при появлении вышеуказанных условий блокировать через АСУ объекта редукторы приводов наведения по ГН и ВН, а также выхода усилителей напряжения по ВН и ГН блока управления.
На фиг. 1 приведена заявляемая структурная схема системы стабилизации и управления вооружением боевой машины.
Сокращения, принятые в тексте и на фиг. 1:
АСУ - аппаратура системы управления боевого отделения ОВН;
БЗ - блок защит;
БК - блок коммутации корректирующих звеньев ВН;
БК ОС - блок коммутации обратных связей;
БКПиД - блок коммутации приводов и датчиков;
БЛ - блок логики, обеспечивающий выдачу команд на переключение на электродвигатель выбранного вооружения и коммутацию структуры управления блока управления под выбранный электродвигатель;
БУ - блок управления системы стабилизации и управления вооружением;
ГТ-ГН - датчик абсолютной угловой скорости по горизонтальному наведению (ГН);
ГТ-ВН - датчик абсолютной угловой скорости по вертикальному наведению (ВН);
i
ДП-ВН - датчик положения ВН;
ДТ ГН - датчик тока электродвигателя ГН;
ДТ ВН - датчик тока текущего (выбранного) электродвигателя ВН;
i
ЗКТ-ВН - звено коррекции по току выбранного электродвигателя привода ВН;
i
3KC-BH - звено коррекции по скорости выбранного электродвигателя привода ВН;
ЗКТ-ГН - звено коррекции по току электродвигателя привода ГН;
ЗКС-ГН - звено коррекции по скорости электродвигателя привода ГН;
ЗУС - задающее устройство стабилизации;
КУ - комплекс управления;
ОВН - объект военного назначения;
Ош.ПАГН - ошибка привода ГН в автономном режиме стабилизации;
Ош.АГН - ошибка привода ГН в основном режиме стабилизации;
Ош.ПАВН - ошибка привода ВН в автономном режиме стабилизации;
Ош.АВН - ошибка привода ВН в основном режиме стабилизации;
П - прицел 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;
i
Ред.ВН - редуктор привода ВН;
СК ГН - модуль расчета фактической скорости электродвигателя привода ГН;
СК ВН - модуль расчета фактической скорости текущего (выбранного) электродвигателя привода ВН;
УМГН - усилитель мощности привода ГН;
УМВН - усилитель мощности привода ВН;
УН-ГН - усилитель напряжения привода ГН;
УН-ВН - усилитель напряжения привода ВН;
УП-ВН - установка пусковая в плоскости ВН;
У-ГН - усилитель ГН;
У-ВН - усилитель ВН;
ШИМ ГН - широтно-импульсный модулятор привода ГН;
ШИМ ВН - широтно-импульсный модулятор привода ВН;
∫-ГH - интегратор привода ГН автономного режима стабилизации;
∫-BH - интегратор привода ВН автономного режима стабилизации;
ЭД-ГН - электродвигатель привода ГН;
i
ЭД-ВН - электродвигатель привода ВН;
Σ-ГН - усилитель суммирующий привода ГН;
1
Σ-BH - первый суммирующий усилитель привода ВН;
2
Σ-BH - второй суммирующий усилитель привода ВН;
SW-ГН - электронный ключ привода ГН;
SW-BH - электронный ключ привода ВН.
Заявляемая система стабилизации и управления вооружением представляет собой автономно работающий привод наведения и стабилизации башни в плоскости ГН и четырех автономно работающих приводов наведения и стабилизации в плоскости ВН, переключаемых по командам КУ вооружением.
Привод ГН содержит пульт управления (ПУ) 1 с (ПУ ГН) 1.1, задающее устройство стабилизации (ЗУС) 2 с первым 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, жестко связанный с пушкой 5, усилитель мощности (УМГН) 6, электрически связанный с блоком управления (БУ) 7 и электродвигатель ГН (ЭД ГН) 8, электрически связанный с выходом усилителя мощности (УМ ГН) 6.
Сигналы с (ПУ ГН) 1.1 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ГН) 4 поступают на входы интегратора (∫-ГН) 9, блока управления (БУ) 7. Интегратор (∫-ГH) 9 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 зависимой стабилизации пушки 5, а вместе с ней и зеркала штатного прицела по ГН в случае отсутствия или выхода из строя внешнего задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2. Полученное после интегрирования значение ошибки ГН подается на первый вход ключевого устройства (SW-ГН) 10.
Сигнал (ошибка ГН) с первого датчика положения зеркала прицела по ГН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 поступает на второй вход ключевого устройства (SW-ГН) 10, блока управления (БУ) 7 и используется для стабилизации пушки 5.
Ключевое устройство (SW-ГН) 10 обеспечивает переключение сигналов ошибок привода ГН в зависимости от выбранного режима работы КУ вооружением по сигналам с пульта управления (ПУ) 1. Сформированная, таким образом, ошибка привода ГН, поступает на первый вход суммирующего усилителя (Σ-ГН) 11, где суммируется с сигналами токового корректирующего звена (ЗКТ-ГН) 12 и сигналом скоростного корректирующего звена (ЗКС-ГН) 13, связанных соответственно с датчиком тока (ДТ ГН) 14 и модулем вычисления скорости электродвигателя (СК ГН) 15 усилителя мощности (УМГН) 6. Полученный сигнал с выхода суммирующего усилителя (Σ-ГН) 11 подается на вход усилителя напряжения (УН-ГН) 16 блока управления (БУ) 7, электрически связанного с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ ГН) 17 усилителя мощности (УМГН) 6.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ ГН) 17 преобразует полученный от усилителя напряжения (УН-ГН) 16 сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора (ШИМ ГН) 17 поступает на вход усилителя (У-ГН) 18 усилителя мощности (УМГН) 6, где усиливается и поступает на якорную обмотку электродвигателя (ЭД-ГН) 8.
Электродвигатель (ЭД-ГН) 8 через редуктор (Ред.ГН) 19 поворачивает башню 3, а вместе с ней пушку 5 в сторону уменьшения ошибки стабилизации привода ГН, удерживая ее в направлении на цель.
Блоки, используемые в приводе ГН, такие как - пульт управления (ПУ) 1 (два канала), задающее устройство стабилизации (ЗУС) 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 (ЗУС) 2 со вторым датчиком положения зеркала прицела по ВН, электрически связанное с (ПУ ВН) 1.2, первым (ДП1-ВН) 21, вторым (ДП2-ВН) 22 датчиками положения по ВН выбранного оператором вооружения и первым входом первого суммирующего усилителя (Σ-BH) 23 блока управления (БУ) 7, датчик абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 24, жестко связанный с пушкой 5, блок коммутации приводов и датчиков (БКПиД) 25, электрически связанный с первым (ЭД1-ВН) 26 и вторым (ЭД2-ВН) 27 электродвигателями ВН выбранного оператором вооружения и первым (ДП1-ВН) 21 и вторым (ДП2-ВН) 22 датчиками положения по ВН выбранного вооружения, усилитель мощности (УМ ВН) 28, электрически связанный с блоком управления (БУ) 7 и блоком коммутации приводов и датчиков (БКПиД) 25.
Сигналы с (ПУ ВН) 1.2 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 24 поступают на входы интегратора (∫-ВН) 29, блока управления (БУ) 7. Интегратор (∫-BH) 29 служит для преобразования сигнала, полученного суммированием с заданными коэффициентами сигнала с (ПУ ВН) 1.2 и датчика абсолютной угловой скорости (ГТ-ВН) 24 в ошибку ВН (угловое положение) привода ВН, используемую для зависимой стабилизации пушки 5, а вместе с ней и зеркала штатного прицела по ВН в случае отсутствия или выхода из строя внешнего задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2. Полученное после интегрирования значение ошибки ВН подается на первый вход ключевого устройства (SW-BH) 30.
1
1
Сигнал со второго датчика положения зеркала прицела по ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 поступает на второй вход суммирующего усилителя (Σ-BH) 23, где алгебраически суммируется с сигналом одного из датчиков положения (ДП1-ВН) 21, (ДП2-ВН) 22 выбранного оператором вооружения. Полученное значение на выходе суммирующего усилителя (Σ-BH) 23 представляет собой ошибку выбранного оператором привода ВН стабилизатора, поступающую на второй вход ключевого устройства (SW-BH) 30 и используемую для стабилизации пушки 5 в плоскости ВН.
Ключевое устройство (SW-BH) 30 обеспечивает переключение сигналов ошибок привода ВН в зависимости от выбранного режима работы КУ вооружением по сигналам с пульта управления (ПУ)1.
Полученная таким образом ошибка привода ВН, поступает на вход блока коммутации (БК) 31, обеспечивающего коммутацию первого (ЗК1-ВН) 32 и второго (ЗК2-ВН) 33 корректирующих звеньев по ошибке привода ВН в зависимости от типа выбранного оператором вооружения.
Команды на выбор текущего корректирующего звена по ошибке привода ВН под выбранный тип вооружения формируются блоком логики (БЛ) 34 по сигналам, поступающим по цифровому каналу информационного взаимодействия (типа RS485 или CAN2.0) с аппаратуры системы управления (АСУ) 20.
2
Скорректированное выбранным корректирующим звеном (ЗК1-ВН) 32, (ЗК2-ВН) 33 значение ошибки привода ВН поступает на один из входов второго суммирующего усилителя (Σ-ВН) 35 блока управления (БУ) 7, где суммируется с сигналами обратных связей:
- первого (ЗКТ1-ВН) 36 и второго (ЗКТ2-ВН) 37 токового корректирующего звена привода ВН выбранного типа вооружения, связанных с датчиком тока (ДТ ВН) 38 усилителя мощности (УМВН) 28;
- первого (ЗКС1-ВН) 39 и второго (ЗКС2-ВН) 40 сигналом скоростного корректирующего звена привода ВН выбранного типа вооружения, связанных с модулем вычисления скорости электродвигателя (СК ВН) 41 усилителя мощности (УМВН) 28.
Команда на выбор текущего корректирующего звена обратной связи по току и скорости электродвигателя выбранного оператором типа вооружения совпадает по номеру и синхронизирована по времени с выбором корректирующего звена по ошибке привода ВН и необходима для устойчивой работы выбранного привода и исключения рывков вооружения. Управление блоком коммутации обратных связей (БК ОС) 42 также осуществляется по командам блока логики (БЛ) 34 блока управления (БУ) 7.
2
Полученный для одного из приводов ВН суммарный сигнал с выхода второго суммирующего усилителя (Σ-ВН) 35 подается на вход усилителя напряжения (УН-ВН) 43 блока управления (БУ) 7, электрически связанного с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ ВН) 44 усилителя мощности (УМВН) 28.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ ВН) 44 преобразует полученный от усилителя напряжения (УН-ВН) 43 сигнал постоянного напряжения в сигнал импульсного напряжения со скважностью, пропорциональной величине напряжения на его входе. Импульсный сигнал с широтно-импульсного модулятора (ШИМ ВН) 44 поступает на вход усилителя 45 усилителя мощности (УМВН) 28, где усиливается и поступает на первый вход блока коммутации приводов и датчиков (БКПиД) 25.
Блок коммутации приводов и датчиков (БКПиД) 25 коммутирует якорные обмотки электродвигателей ВН (ЭД1-ВН) 26, (ЭД2-ВН) 27 и сигналы датчиков положения (ДП1-ВН) 21, (ДП2-ВН) 22 в соответствии с выбранным оператором типом вооружения. При этом выбор номера подключенного в текущий момент электродвигателя ВН и датчика положения соответствует номеру выбранного типа вооружения и происходит одновременно с переключением соответствующих корректирующих звеньев привода ВН по команде, поступающей с блока логики (БЛ) 34.
Подключенный в текущий момент один из электродвигателей ВН выбранного оператором вооружения (ЭД1-ВН) 26, (ЭД2-ВН) 27 через соответствующий редуктор (Ред.ВН1) 46 (Ред.ВН2 47) поворачивает выбранное оператором вооружение (пушку) 5, установку пусковую (УП-ВН) 48 по ВН в сторону уменьшения ошибки стабилизации в плоскости ВН, удерживая его тем самым в направлении цели.
Блоки, используемые в приводе ВН, такие как - пульт управления (ПУ) 1 (два канала), задающее устройство стабилизации (ЗУС) 2, блок управления (БУ) 7, аппаратура системы управления (АСУ) 20 работают совместно и с приводом ГН.
Зависимая стабилизация линии прицеливания (визирования) штатных прицелов (П) 49, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы выбранной в качестве прототипа.
Блок защит (БЗ) 50 электрически связан с (АСУ) 20 ОВН, выходами внешних питающих напряжений, поступающими от ОВН, выходами внутренних питающих напряжений блока управления и входами усилителей напряжения (УН-ГН) 16 и (УН-ВН) 43 блока управления (БУ) 7 и служит для выработки сигналов блокировок через (АСУ) 20 ОВН редукторов приводов наведения по ГН и ВН, а также одновременной блокировки сигналов управления усилителей мощности (УМВН) 28 и (УМГН) 6 при появлении условий описанным в алгоритме блока защит, в частности при кратковременных пропаданиях или понижении бортовой сети, пропадании 36 В 400 Гц, внутренних питаний блока управления и неправильных действиях оператора.
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;
- цифро-аналогового преобразователя;
- дискретного ввода-вывода;
- информационного канала обмена, являющегося портом контроллера.
Ключевые устройства ГН и ВН, сумматоры ГН и ВН, блоки коммутации ВН, блок логики могут быть выполнены в виде подпрограмм управления выходами цифро-аналогового 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 по ВН и 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 с установленным вооружением, 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 приводами стабилизатора, поворачивающими выбранное 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, датчики абсолютной угловой скорости ГН и ВН, датчики 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 одного из типов выбранного вооружения (пушки) 5, установки пусковой (УП-ВН) 48 осуществляется по сигналам с датчика положения ГН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, сигнал с которого (сигнал рассогласования по ГН), представляет собой ошибку привода ГН.
Полученный сигнал ошибки привода ГН поступает на вход ключевого устройства (SW-ГН) 10, служащего для выбора по команде пульта управления (ПУ) 1 вооружением сигнала ошибки стабилизации по ГН, отрабатываемой приводом ГН, в двух режимах:
- независимой стабилизации по сигналу с датчика положения ГН линии визирования (ЗУС) 2;
- зависимой стабилизации линии прицеливания штатных прицелов по сигналам датчика абсолютной угловой скорости ГН.
Выбранный сигнал ошибки привода ГН поступает на суммирующий усилитель (Σ-ГН) 11, 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 для уменьшения ошибки стабилизации ГН.
Таким образом, полученный и обработанный сигнал управления поступает на усилитель напряжения (УН-ГН) 16 блока управления (БУ) 7, формирующий 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) 19 поворачивает башню 3 вместе с установленным вооружением (пушку) 5, установку пусковую (УП-ВН) 48 в сторону уменьшения ошибки (рассогласования), тем самым удерживая направление установленного вооружения на цель в плоскости ГН.
Стабилизация и стабилизированное наведение линии прицеливания по ГН штатно установленных прицелов (П) 49, механически связанных с башней 3, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы выбранной в качестве прототипа.
Стабилизированное наведение в плоскости ГН установленного вооружения (пушки) 5, установки пусковой (УП-ВН) 48 осуществляется по сигналам датчика положения ГН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2, связанным электрически с пультом управления (ПУ) 1 по ГН (ПУ ГН) 1.1. Оператор пультом управления (ПУ) 1 по ГН (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, отрабатываются приводом ГН, поворачивающими установленное вооружение (пушку) 5, установку пусковую (УП-ВН) 48 в сторону уменьшения ошибки ГН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в плоскости ГН.
1
1
Стабилизация в плоскости ВН одного из типов выбранного вооружения (пушки) 5, установки пусковой (УП-ВН) 48 осуществляется по алгебраической разнице сигналов с датчика положения ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 и датчика положения (ДП1-ВН 21), (ДП2-ВН) 22, кинематически связанного с выбранным в текущий момент вооружением, формируемой первым сумматором (Σ-BH) 23. Сигнал с выхода первого сумматора (Σ-ВН) 23 (сигнал рассогласования по ВН), представляет собой ошибку привода ВН.
Полученный сигнал ошибки привода ВН поступает на вход ключевого устройства (SW-BH) 30, служащего для выбора по команде пульта управления (ПУ) 1 вооружением сигнала ошибки стабилизации по ВН, отрабатываемой приводами ВН, в следующих режимах:
- 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, выбранного в текущий момент вооружения. При этом возможна отдельная поочередная стабилизация каждого из типов выбранного вооружения;
- зависимой стабилизации линии прицеливания штатных прицелов по сигналам датчика абсолютной угловой скорости ВН. При этом возможна стабилизация только одного типа вооружения - пушки 5 и линий визирования штатных прицелов, имеющих механическую связь с пушкой 5.
Выбранный сигнал ошибки привода ВН поступает на блок коммутации (БК) 31, который совместно с блоком коммутации обратных связей (БК ОС) 42 и блоком коммутации приводов и датчиков (БКПиД) 25 осуществляют по команде с блока логики (БЛ) 34 одновременное переключение соответствующих выбранному приводу вооружения контуров управления (коррекции) и датчиков положения, а именно:
- первого (ЗК1-ВН) 32, второго (ЗК2-ВН) 33 корректирующих звеньев по ошибке привода ВН;
- первого (ЗКТ1-ВН) 36, второго (ЗКТ2-ВН) 37 токового корректирующего звена привода ВН выбранного типа вооружения, связанных с датчиком тока (ДТ ВН) 38 усилителя мощности (УМВН) 28;
- первого (ЗКС1-ВН) 39, второго (ЗКС2-ВН) 40 сигналом скоростного корректирующего звена привода ВН выбранного типа вооружения, связанных с модулем вычисления скорости электродвигателя (СК ВН) 41 усилителя мощности (УМВН) 28;
1
- первого (ДП1-ВН) 21, второго (ДП2-ВН) 22 датчиков положения ВН выбранного типа вооружения, поступающих на вход первого сумматора (Σ-BH) 23 соответственно выбранному в текущий момент вооружению.
Блок логики (БЛ) 34, блока управления (БУ) 7 формирует команды на переключение приводов и соответствующим им датчиков и корректирующих звеньев по командам, получаемым по информационному каналу обмена типа RS485 от аппаратуры системы управления (АСУ) 20.
2
Второй сумматор (Σ-ВН) 35 суммирует с заданными коэффициентами скорректированный сигнал ошибки привода ВН, сигналы скорректированных обратных связей по скорости вращения вала и току выбранного электродвигателя (ЭД1-ВН) 26 или (ЭД2-ВН) 27 соответствующие выбранному типу вооружения.
Формируемые усилителем мощности (УМВН) 28 обратные связи по скорости вращения вала и току выбранного электродвигателя необходимы для обеспечения устойчивой работы каждого привода и как следствие позволяют повысить добротность контуров управления и соответственно уменьшить ошибку стабилизации привода ВН.
Таким образом, полученный и обработанный сигнал управления поступает на усилитель напряжения (УН-ВН) 43 блока управления (БУ) 7, формирующий сигнал управления для усилителя мощности (УМВН) 28. Усилитель мощности (УМВН) 28 преобразует полученный сигнал управления ВН в силовой сигнал для управления выбранным в текущий момент электродвигателем ВН (ЭД1-ВН) 26 или (ЭД2-ВН) 27, который через соответствующий редуктор (Ред.ВН1) 46 или (Ред.ВН2) 47 поворачивает выбранное вооружение (пушку) 5, установку пусковую (УП-ВН) 48 в сторону уменьшения ошибки (рассогласования), тем самым удерживая направление используемого вооружения на цель в плоскости ВН.
Стабилизация и стабилизированное наведение линии прицеливания по ВН штатно установленных прицелов (П) 49, механически связанных с пушкой 5, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы выбранной в качестве прототипа.
1
Стабилизированное наведение в плоскости ВН установленного вооружения (пушки) 5, установки пусковой (УП-ВН) 48 осуществляется по алгебраической разнице сигналов с датчика положения ВН задающего устройства стабилизации (ЗУС) 2 и датчика положения (ДП1-ВН) 21, (ДП2-ВН) 22 выбранного вооружения, формируемой первым сумматором (Σ-ВН) 23, а также по сигналу с пульта управления (ПУ) 1 по ВН (ПУ ВН) 1.2, связанным электрически с (ЗУС) 2. Оператор пультом управления (ПУ) 1 по ВН (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 выбранным в текущий момент приводом ВН. Привод ВН поворачивает используемое в настоящий момент вооружение (пушку) 5, установку пусковую (УП-ВН) 48 в сторону уменьшения ошибки ВН, аналогично рассмотренному выше режиму стабилизации в плоскости ВН.
Стабилизация и стабилизированное наведение линии прицеливания по ВН штатно установленных прицелов (П) 49, механически связанных с пушкой 5, осуществляется аналогично описанному выше режиму стабилизации системы выбранной в качестве прототипа.
Таким образом, заявляемая в качестве изобретения система стабилизации и управления вооружением позволяет:
- повысить точность стабилизации выбранного вооружения, за счет применения в структуре приводов ГН и ВН новых и более качественных обратных связей;
- повысить эффективность ведения прицельного огня из установленного вооружения, за счет введения в структуру приводов ВН и ГН дополнительного задающего устройства стабилизации ЗУС, позволяющего обеспечить 2-х плоскостную независимую стабилизацию установленного вооружения, при этом сохранив возможность работы стабилизатора и в прежнем режиме зависимой стабилизации;
- улучшить качество управления приводами ВН и ГН (плавность наведения), и улучшить условия работы оператора, особенно при движении объекта военного назначения ОВН с установленным вооружением, за счет введения в структуру приводов ВН и ГН дополнительного задающего устройства стабилизации ЗУС, позволяющего обеспечить стабилизированное наведение установленного вооружения. При этом стабилизация выбранного вооружения осуществляется относительно датчиков положения стабилизированной линии прицеливания ЗУС;
- повысить быстродействие приводов стабилизатора вооружения и скорости отработки ими входных воздействий за счет использования электродвигателей и усилителей мощности приводов ГН и ВН новой конструкции;
- расширить возможности боевого применения объекта военного назначения ОВН за счет возможности выбирать необходимый тип установленного на нем вооружения в соответствии с текущей боевой обстановкой;
- повысить эксплуатационные 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 и управления вооружением;
- повысить безопасность экипажа ОВН при неправильных действиях оператора, пропадании питания 36 В 400 Гц, выхода из строя внутренних источников питания и кратковременных пропаданиях или понижениях бортовой сети ОВН, за счет введения в блок управления блока защит, позволяющего при появлении вышеуказанных условий блокировать через АСУ объекта редукторы приводов наведения по ГН и ВН, а также выходы усилителей напряжения по ВН и ГН блока управления.
Таким образом, поставленные в заявке технические задачи достигнуты.
Система стабилизации и управления вооружением позволяет применять разные виды вооружения, установка которых на боевом модуле ОВН определяется требованием заказчика, а именно:
- пулеметы 7,62-мм ПКТ, 12,7-мм КОРД, ПКМ "Печенег", КПВТ;
- противотанковые ракетные комплексы.
Приведенные в описании технические преимущества, целесообразность и надежность системы, реализованной по заявляемой структурной схеме, подтверждены испытаниями опытного образца системы на модернизированной БМД-2 по теме «Берег-СтВ» на испытательной базе АО «КБП» г. Тула, серийным производством на ОАО «КЭМЗ» и эксплуатацией образцов модернизированной БМД-2 с установленной системой стабилизации и управления вооружением, изготовленных по контракту с АО «КБП» г. Тула.