СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ПАКЕТА НАПРАВЛЯЮЩИХ БОЕВОЙ МАШИНЫ РЕАКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЛПОВОГО ОГНЯ
STABILISATION SYSTEM OF PACK OF GUIDES OF FIGHTING MACHINE OF MULTIPLE ARTILLERY ROCKET SYSTEM

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования, а именно, к системам стабилизации пакета направляющих с реактивными снарядами (PC), размещенного на боевой машине реактивной системы залпового огня (БМ РСЗО).
Известна система наведения пакета направляющих ПБ1.331.017 БМ РСЗО "Ураган". Наведение пакета направляющих (ПН) с PC в заданное направление стрельбы осуществляется с пульта наведения: в вертикальной плоскости - гидроприводом вертикального наведения (ВН), а в горизонтальной - электроприводом горизонтального наведения (ГН).
Известна система по патенту №2387943, которая наиболее близка по технической сущности к заявляемому техническому решению и принята за прототип.
Прототип (фиг.1) содержит соединеные между собой регулируемый насос 1 с датчиком положения 2 его люльки, гидробак 3, гидродвигатель 4, кинематически связанный с пакетом направляющих 5, первый 6 и второй 7 суммирующие усилители, формирователь ошибки 8, задающее устройство 9, третий суммирующий усилитель 10, датчик давления 11, установленный в напорной гидролинии регулируемого насоса 1, первый 12 и второй 13 дросселирующие пропорциональные гидрораспределители с электромагнитным управлением, первый 14 и второй 15 гидроцилиндры, кинематически связанные с пакетом направляющих 5, датчики абсолютного положения 16 и абсолютной скорости 17, установленные на пакете направляющих 5.
Для поддержания постоянного давления в гидросистеме задающее устройство 9, выполненное, например, в виде делителя напряжения, формирует на своем выходе постоянный сигнал, который поступает на первый неинвертирующий вход третьего суммирующего усилителя 10, на второй и третий инвертирующие входы которого подаются сигналы с выходов датчиков положения 2 и давления 11 соответственно. Сформированный и усиленный таким образом выходной сигнал с выхода третьего суммирующего усилителя 10, поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1, что позволяет управлять его производительностью. Таким образом, в прототипе формируется отрицательная связь по давлению, которая позволяет стабилизировать давление в системе при изменении расхода рабочей жидкости, проходящей через первый 12 и второй 13 дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением.
Недостатком рассмотренной системы наведения пакета направляющих БМ РСЗО является то, что глубина отрицательной обратной связи по давлению ограничивается по условиям устойчивости на уровне, не достаточном для обеспечения приемлемой выходной характеристики «давление-расход» вследствие того, что управляемый насос в совокупности с протяженностью, структурой гидролиний и сжимаемостью рабочей жидкости является сложным колебательным звеном. Вследствие этого при изменениях расхода рабочей жидкости, давление на выходе насоса имеет недостаточную стабильность, что влияет на характеристики точности поддержания ПН на заданные координаты в режиме стабилизации.
Целью заявленного технического решения является повышение точности поддержания ПН на заданные координаты в режиме стаблизации.
Указанная цель достигается тем, что в систему стабилизации пакета направляющих РСЗО, содержащую регулируемый насос с датчиком положения его люльки, гидробак, гидродвигатель, кинематически связанный с пакетом направляющих, первый и второй суммирующие усилители, формирователь ошибки, задающее устройство, третий суммирующий усилитель, датчик давления, установленный в напорной гидролинии регулируемого насоса, первый и второй дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением, первый и второй гидроцилиндры, кинематически связанные с пакетом направляющих, датчики абсолютного положения и абсолютной скорости, установленные на пакете направляющих, причем выход задающего устройства соединен с первым неинвертирующим входом третьего суммирующего усилителя, второй инвертирующий вход третьего суммирующего усилителя соединен с выходом датчика положения люльки регулируемого насоса, третий инвертирующий вход третьего суммирующего усилителя соединен с выходом датчика давления, выход третьего суммирующего усилителя соединен с управляющим входом регулируемого насоса, вход регулируемого насоса соединен с гидробаком, первый инвертирующий вход формирователя ошибки соединен с первым выходом датчика абсолютного положения, второй инвертирующий вход формирователя ошибки соединен со вторым выходом датчика абсолютного положения, первый инвертирующий вход первого суммирующего усилителя соединен с первым выходом датчика абсолютной скорости, первый инвертирующий вход второго суммирующего усилителя соединен со вторым выходом датчика абсолютной скорости, первый выход формирователя ошибки соединен со вторым неинвертирующим входом первого суммирующего усилителя, второй выход формирователя ошибки соединен со вторым неинвертирующим входом второго суммирующего усилителя, первый и второй выходы первого суммирующего усилителя соединены с первым и вторым управляющими входами первого дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением, первый и второй выходы второго суммирующего усилителя соединены с первым и вторым управляющими входами второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением, входы первого и второго дросселирующих гидрораспределителей с электромагнитным управлением гидролиниями соединены с выходом регулируемого насоса, а их сливные гидролинии соединены с гидробаком, выходы первого дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединены с входами гидродвигателя, первый выход второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с штоковой полостью первого гидроцилиндра и с поршневой полостью второго гидроцилиндра, второй выход второго дросселирующего гидрораспределителя с электромагнитным управлением соединен с поршневой полостью первого гидроцилиндра и с штоковой полостью второго гидроцилиндра, введены четвертый, пятый и шестой суммирующие усилители, первый и второй устройства выделения модуля, при этом неинвертирующие входы четвертого суммирующего усилителя соединены с выходами первого суммирующего усилителя, неинвертирующие входы пятого суммирующего усилителя соединены с выходами второго суммирующего усилителя, выход четвертого суммирующего усилителя соединен с входом первого устройства выделения модуля, выход пятого суммирующего усилителя соединен с входом второго устройства выделения модуля, выход первого устройства выделения модуля соединен с первым неинвертирующим входом шестого суммирующего усилителя, выход второго устройства выделения модуля соединен со вторым неинвертирующим входом шестого суммирующего усилителя, выход шестого суммирующего усилителя соединен с управляющим входом регулируемого насоса, выход третьего суммирующего усилителя соединен с третьим неинвертирующим входом шестого суммирующего усилителя.
Материалы заявки поясняются графическими материалами, где:
- на фиг.1 - представлена структурная схема прототипа;
- на фиг.2 - представлена структурная схема заявляемой системы;
- на фиг.3 - представлено устройство выделения модуля;
- на фиг.4 - представлена характеристика «давление-расход» насоса в структуре с ограниченной глубиной обратной связи по давлению.
Система (фиг.2) содержит регулируемый насос 1 с датчиком положения 2 его люльки, гидробак 3, гидродвигатель 4, кинематически связанный с пакетом направляющих 5, первый 6 и второй 7 суммирующие усилители, формирователь ошибки 8, задающее устройство 9, третий суммирующий усилитель 10, датчик давления 11, установленный в напорной гидролинии регулируемого насоса 1, первый 12 и второй 13 дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением, первый 14 и второй 15 гидроцилиндры, кинематически связанные с пакетом направляющих 5, датчики абсолютного положения 16 и абсолютной скорости 17, установленные на пакете направляющих 5, четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 суммирующие усилители, первое 21 и второе 22 устройство выделения модуля, при этом выход задающего устройства 9 соединен с первым неинвертирующим входом третьего суммирующего усилителя 10, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика положения 2 люльки регулируемого насоса 1, третий инвертирующий вход третьего суммирующего усилителя 10 соединен с выходом датчика давления 11, выход третьего суммирующего усилителя 10 соединен с третьим неинвертирующим входом шестого суммирующего усилителя 20, вход регулируемого насоса 1 соединен с гидробаком 3, первый инвертирующий вход формирователя ошибки 8 соединен с первым выходом датчика абсолютного положения 16, второй инвертирующий вход формирователя ошибки 8 соединен со вторым выходом датчика абсолютного положения 16, первый инвертирующий вход первого суммирующего усилителя 6 соединен с первым выходом датчика абсолютной скорости 17, первый инвертирующий вход второго суммирующего усилителя 7 соединен со вторым выходом датчика абсолютной скорости 17, первый выход формирователя ошибки 8 соединен со вторым неинвертирующим входом первого суммирующего усилителя 6, второй выход формирователя ошибки 8 соединен со вторым неинвертирующим входом второго суммирующего усилителя 7, первый и второй выходы первого суммирующего усилителя 6 соединены с первым и вторым управляющими входами первого дросселирующего гидрораспределителя 12 с электромагнитным управлением, первый и второй выходы второго суммирующего усилителя 7 соединены с первым и вторым управляющими входами второго дросселирующего гидрораспределителя 13 с электромагнитным управлением, входы первого 12 и второго 13 дросселирующих гидрораспределителей с электромагнитным управлением гидролиниями соединены с выходом регулируемого насоса 1, а их сливные гидролинии соединены с гидробаком 3, выходы первого дросселирующего гидрораспределителя 12 с электромагнитным управлением соединены с входами гидродвигателя 4, первый выход второго дросселирующего гидрораспределителя 13 с электромагнитным управлением соединен с штоковой полостью первого гидроцилиндра 14 и с поршневой полостью второго гидроцилиндра 15, второй выход второго дросселирующего гидрораспределителя 13 с электромагнитным управлением соединен с поршневой полостью первого гидроцилиндра 14 и со штоковой полостью второго гидроцилиндра 15, неинвертирующие входы четвертого суммирующего усилителя 18 соединены с выходами первого суммирующего усилителя 6, неинвертирующие входы пятого суммирующего усилителя 19 соединены с выходами второго суммирующего усилителя 7, выход четвертого суммирующего усилителя 18 соединен со входом первого субблока выделения модуля 21, выход пятого суммирующего усилителя 19 соединен со входом второго устройства выделения модуля 22, выход первого устройства выделения модуля 21 соединен с первым неинвертирующим входом шестого суммирующего усилителя 20, выход второго устройства выделения модуля 22 соединен со вторым неинвертирующим входом шестого суммирующего усилителя 20, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого насоса 1. Система работает следующим образом.
При сходе PC из пакета направляющих 5 возникают моментные возмущения, приводящие к изменению положения пакета направляющих 5 в абсолютных координатах, вследствие нежесткости конструкции и деформаций грунта под опорами БМ РСЗО. Датчик абсолютного положения 16, установленный на пакете направляющих 5, формирует корректирующие сигналы, пропорциональные изменению положения пакета направляющих 5, а датчик абсолютной скорости 17, установленный также на пакете направляющих 5, формирует корректирующие сигналы, пропорциональные изменению скорости положения пакета направляющих 5. Сигналы с первого и второго выходов датчика абсолютного положения 16 поступают на соответствующие первый и второй инвертирующий входы формирователя ошибки 8. Пакет направляющих 5 с PC перемещается в заданное направление стрельбы, относительно которого в дальнейшем будет осуществляется его стабилизация, посредством подачи управляющих сигналов Uупр1 и Uупр2 на неинвертирующие входы формирователя ошибки 8. В формирователе ошибки 8 сигналы обратных связей по абсолютным координатам суммируются с управляющими сигналами Uупр1 и Uупр2, задающими направление пакета направляющих 5 на цель. Сигналы с первого и второго выходов формирователя ошибки 8 поступают на вторые неинвертирующие входы первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей, а сигналы с первого и второго выходов датчика абсолютной скорости 17 поступают на первые инвертирующие входы первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей, выходные сигналы с первого и второго выходов первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей поступают на первые и вторые управляющие входы первого 12 и второго 13 дросселирующих гидрораспределителей с электромагнитным управлением соответственно, вызывая изменение положения их золотников. В соответствии с положением золотников первого 12 и второго 13 дросселирующих гидрораспределителей изменяется расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель 4 и первый 14 и второй 15 гидроцилиндры, в результате чего пакет направляющих 5 перемещается в направлении уменьшения ошибки первоначально заданного положения до тех пор, пока на первом и втором выходах формирователя ошибки 8 не сформируются сигналы близкие к нулю.
При возникновении выходных сигналов с первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей эти сигналы поступают на первые и вторые управляющие входы первого 12 и второго 13 дросселирующих гидрораспределителей соответственно, вызывая изменение положения их золотников.
В соответствии с положением золотников первого 12 и второго 13 дросселирующих гидрораспределителей изменяется расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель 4, первый 14 и второй 15 гидроцилиндры, в результате происходит отклонение от идеальной характеристики «давление-расход» во всем диапазоне расхода жидкости на 25% и как следствие ухудшение точности поддержания ПН на заданные координаты в режиме стабилизации. Для компенсации падения давления при изменениях расхода рабочей жидкости в шестом суммирующем усилителе 20 сигнал управления с выхода третьего суммирующего усилителя 10 складывается с сигналами, получаемыми с выходов первого 6 и второго 7 суммирующих усилителей. Предварительно сигналы поступают на входы четвертого 18 и пятого 19 суммирующих усилителей, с выходов четвертого 18 и пятого 19 суммирующих усилителей сигналы поступают на входы устройств выделения модуля 21 и 22 соответственно. Устройство выделения модуля (фиг.3), выполненое, например, в виде двухполупериодного выпрямителя с одним операционным усилителем (ОУ) D1.1, работает следующим образом.
вх
вх
вх
При положительном напряжении на входе U>0 открывается диод V1, диод V2 закрывается и входное напряжение, умноженное на коэффициент R2/(R1+R2), через резистор R3 подается на выход. При U<0 диод V1 закрыт, открыт диод V2 и напряжение на выходе равно U R3/R1. Для того чтобы при изменении знака входного напряжения не изменялся модуль коэффициент передачи выпрямителя, необходимо выполнять условие R3/R1=R2/(R1+R2).
В результате сигнал на выходе будет однополярным. Сигналы с выходов первого 21 и второго 22 устройства выделения модуля (фиг.2) суммируются с сигналом с выхода третьего суммирующего усилителя 10 в шестом суммирующем усилителе 20.
Сформированный и усиленный таким образом выходной сигнал с выхода шестого суммирующего усилителя 20, поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1, что позволяет управлять его производительностью для компенсации падения давления в системе.
Таким образом, в заявляемой системе формируется связь по возмущению, которая не влияет на устойчивость структуры создания сети постоянного давления и позволяет стабилизировать давление в системе при изменении расхода рабочей жидкости, проходящей через первый 12 и второй 13 дросселирующие гидрораспределители с электромагнитным управлением.
Формирование дополнительных связей по возмущению поясняется следующим.
Управляющими элементами приводов являются дросселирующие электрогидравлические усилители с позиционированием золотника за счет механической обратной связи.
Для гидроусилителей данного типа статическую характеристику расхода от управляющего сигнала по условиям устойчивости следящих приводов стараются выполнить близкой к линейной, соответствующей уравнению.
где Q - расход рабочей жидкости;
у
I - ток управления;
k - коэффициент пропорциональности.
С некоторыми допущениями передаточную функцию гидроусилителя можно представить в виде апериодического звена второго порядка с постоянными времени, соответствующими частоте среза не менее 20 Гц.
ЭГП
где W - передаточная функция электрогидравлического преобразователя (дросселирующего гидрораспределителя);
1
2
T, T - постоянные времени;
s - оператор преобразования Лапласа.
На основании (1) и (2) уравнение расхода можно записать в виде зависимости от напряжения управления.
у
где U - напряжение управления.
Из уравнения (3) следует, что для компенсации пропорционального падения давления (фиг.4) в системе с конечной глубиной отрицательной обратной связью по давлению, вызванного увеличением расхода рабочей жидкости могут быть использованы сигналы напряжения управления гидрораспределителями.
Структура с дополнительными связями опробована экспериментально в составе следящих приводов РСЗО «Ураган-1М». При этом получено существенное выравнивание внешней характеристики «давление-расход». Отклонение от идеальной характеристики во всем диапазоне расхода рабочей жидкости насоса не превышало 7% против 25% без данной коррекции и позволило повысить точность поддержания ПН на заданые координы в режиме стабилизации.