УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПРОДОЛЬНО-БАЛАНСИРОВОЧНОГО ДВИЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к устройствам бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами (ЛА).
Известны системы управления и стабилизации углового положения ЛА. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство управления каналом тангажа летательного аппарата, входящее в "Систему управления угловым движением беспилотного летательного аппарата" (патент РФ №2234117 кл. G 05 D 1/08, 2004 г.).
Устройство управления каналом тангажа летательного аппарата содержит измеритель углового положения ЛА, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, управляемый переключатель, первый и второй ограничители сигнала, сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а второй вход подключен к выходу второго ограничителя сигнала, и исполнительное устройство объекта управления.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие признаки. Устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата содержит измеритель углового положения ЛА, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, суммирующий усилитель, второй
вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, и ограничитель суммарного сигнала.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является ограниченность функциональных возможностей управления и невысокая точность при больших углах атаки, поскольку на поддержание балансировочного угла атаки ЛА расходуется основная часть сигнала управления, а для реализации эволюции при разворотах ЛА остается незначительная часть ограниченного сигнала управления.
Указанный недостаток особенно заметно проявляется в реальных условиях при управлении летательным аппаратом, рулевые поверхности которого задействуются одновременно во всех трех каналах управления (т.е. не только по тангажу, но и по курсу и крену).
Решаемой в предлагаемом устройстве технической задачей является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности управления.
Для решения данной технической задачи в известное устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, содержащее измеритель углового положения ЛА, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, первый суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, и первый ограничитель сигнала, дополнительно введены последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй ограничитель сигнала и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя, а выход является выходом устройства.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения - устройства формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного
движения летательного аппарата является то, что в него введены последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй ограничитель сигнала и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а выход является выходом устройства.
Введение ограничения сигнала интегральной компоненты позволяет уменьшить колебательность в замкнутом контуре регулирования и выбросы (перерегулирование) в переходных процессах.
Предложенное устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата, как показывает проведенное математическое моделирование, позволяет расширить функциональные возможности управления летательным аппаратом и повысить при этом точность управления. По существу, сформированы два взаимосвязанных канала, сочетающие в целом управление медленным балансировочным и быстрым маневренным движением ЛА.
Устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата может найти применение в системах управления маневренными летательными аппаратами, к которым предъявляются достаточно высокие требования по точности управления при ограниченных энергетических или динамических ресурсах исполнительных органов систем управления.
Предлагаемое техническое решение поясняется блок-схемой, на которой представлена структурная схема устройства формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата.
Устройство содержит измеритель углового положения ЛА 1, измеритель угловой скорости 2, последовательно соединенные задатчик сигнала управления 3, блок сравнения 4, второй вход которого подключен к
выходу измерителя углового положения 1, первый суммирующий усилитель 5, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости 2, первый ограничитель сигнала 6, последовательно соединенные интегрирующий усилитель 7, вход которого подключен к выходу блока сравнения 4, второй ограничитель сигнала 8 и второй суммирующий усилитель 9, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала 6, а выход является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом.
зад.
Задатчиком сигнала управления 3 формируется (задается) сигнал управления ϑ(t), основными составными компонентами которого являются:
зад.м
бал.
бал.
- медленная компонента ϑ(t), соответствующая медленным разворотам ЛА с балансировочными углами атаки α, и балансировочными углами отклонения рулей δ;
зад.б
- быстрая компонента ϑ(t), соответствующая маневренным разворотам ЛА.
Таким образом,
зад.
z
б
Закон регулирования (управления и стабилизации) формируется по сигналу управления ϑ(t), сигналу углового положения ЛА ϑ(t) и угловой скорости ЛА ω(t). Основная, базовая компонента сигнала управления σ(t) формируется в суммирующем усилителе 5 в виде:
где Δϑ(t) - сигнал рассогласования,
зад
формируемый блоком сравнения 4 по сигналам ϑ(t) от задатчика 3 и ϑ(t) от измерителя углового положения 1;
ϑ
K, , - передаточные числа;
z
ω(t) - сигнал угловой скорости ЛА, поступающий от измерителя угловой скорости 2,
б
б
огр
Сигнал σ(t) ограничивается по уровню первым ограничителем сигнала 6, и ограниченный сигнал σ (t) поступает на второй суммирующий усилитель 9. Уровень ограничения, установленный на первом ограничителе 6, определяет величину сигналов рассматриваемого канала управления, необходимую для отработки их соответствующими рулевыми поверхностями, с учетом бездефицитности отработки этими же рулями сигналов смежных каналов (курса и крена, здесь не рассматриваемых).
и
Сигнал, сформированный в соответствии с базовым законом управления (2), дополняется сигналом интегральной компоненты σ(t), который формируется интегрирующим усилителем 7 по сигналу рассогласования (3)
и
ϑ
где К - масштабный передаточный коэффициент интегрирующего усилителя 7. Величина этого коэффициента назначается пропорционально передаточному коэффициенту по рассогласованию К:
и
ϑ
K=(0,05...0,3)K.
и
бал
и
огр
Сигнал σ(t) ограничивается вторым ограничителем сигнала 8, уровень ограничения которого соответствует рассчитанному значению балансировочного отклонения рулей δ. Ограниченный сигнал интегральной компоненты σ (t) со второго ограничителя 8 поступает на сумматор 9, сигнал на выходе которого равен:
и является выходным сигналом устройства.
Введение канала интегральной компоненты - блоков 7, 8, 9 - обеспечивает отработку балансировочной, медленной компоненты сигнала
зад.м
зад.б
зад.м
управления ϑ(t). Действительно, пусть ϑ=0; ϑ≠0. Тогда в силу того, что закон формирования выходного сигнала представленного устройства является астатическим законом нулевого порядка, установившееся значение сигнала рассогласования для такого режима
уст
Поэтому, в соответствии с (3) установившееся значение ϑ:
Очевидно также, что для этого режима  Следовательно, и установившееся значение интегральной компоненты  соответствует балансировочному значению угла отклонения рулевых поверхностей ЛА:
уст
Поскольку для рассматриваемого режима Δϑ=0, =0, то и  и .
зад.б
зад.б
вых
При поступлении на вход прямой цепи устройства (блоки 4, 5, 6, 9) быстрой компоненты сигнала управления ϑ(t) для управления маневром ЛА отработка его будет осуществляться относительно балансировочного движения ЛА и будет симметричной для сигналов ϑ(t) разных знаков, т.е. будет производиться относительно нуля характеристики первого ограничителя 6 (ограничителя прямой цепи формирования управляющего сигнала σ(t)), что повышает точность отработки управляющих воздействий на ЛА в целом.
Введение ограничения сигнала интегральной компоненты позволяет уменьшить колебательность в замкнутом контуре регулирования и выбросы (перерегулирование) в переходных процессах.
Таким образом, предложенное устройство формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата позволяет расширить функциональные возможности управления летательным аппаратом и повысить при этом точность
управления. Сформированы два взаимосвязанных канала, сочетающие в целом управление медленным балансировочным и быстрым маневренным движением ЛА.
Положительный эффект предложения подтвержден результатами анализа и математического моделирования.
Все составные звенья и блоки устройства управления могут быть выполнены на современных элементах автоматики и вычислительной техники, а также и программно-алгоритмически в бортовых вычислительных машинах ЛА.