ДВУХКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КООРДИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
AIRCRAFT DUAL CHANNEL COORDINATED CONTROLLER

Изобретение относится к устройствам управления для бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами с двухрулевым боковым оперением.
Известны устройства управления для систем, в которых каналы управления креном и курсом содержат элементы вычитания и суммирующие усилители, формирующие по задающим воздействиям и сигналам датчиков состояния управляющие воздействия на исполнительные приводы летательного аппарата [1].
Недостатком такой реализации является ограниченность возможностей управления и невысокая статическая и динамическая точность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство координированного управления летательным аппаратом, содержащее инвертирующий усилитель, последовательно соединенные датчик угловой скорости по крену и первый суммирующий усилитель, последовательно соединенные задатчик сигнала управления по курсу, первый блок вычитания и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости по курсу, последовательно соединенные первый нелинейный элемент с ограничением, второй блок вычитания, выход которого соединен с первым суммирующим усилителем, а второй вход - с выходом датчика угла крена, датчик угла курса, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, второй нелинейный элемент с ограничением, вход которого соединен с выходом первого суммирующего усилителя, а выход является выходом устройства, при этом выход второго суммирующего усилителя соединен через инвертирующий усилитель со входом первого нелинейного элемента с ограничением [2].
Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и невысокая статическая и динамическая точность управления.
Решаемой в предложенном устройстве управления технической задачей является расширение функциональных возможностей и повышение статической и динамической точности управления. Предложенным построением устройства с введением второго канала достигается увеличение интенсивности управления и статической и динамической точности.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство координированного управления летательным аппаратом, содержащее инвертирующий усилитель, последовательно соединенные датчик угловой скорости по крену и первый суммирующий усилитель, последовательно соединенные задатчик сигнала управления по курсу, первый блок вычитания и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости по курсу, последовательно соединенные первый нелинейный элемент с ограничением, второй блок вычитания, выход которого соединен с первым суммирующим усилителем, а второй вход - с выходом датчика угла крена, датчик угла курса, выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания, второй нелинейный элемент с ограничением, вход которого соединен с выходом первого суммирующего усилителя, а выход является выходом устройства, при этом выход второго суммирующего усилителя соединен через инвертирующий усилитель со входом первого нелинейного элемента с ограничением, дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный элемент с зоной нечувствительности, вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, усилитель и ограничитель сигнала, выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего усилителя.
Действительно, при этом обеспечивается максимальная отработка угла курса посредством маневров по крену, с функциональной избирательностью режимов дополнительного корректирующего канала.
На чертеже представлена блок-схема двухканального устройства координированного управления.
Двухканальное устройство координированного управления летательным аппаратом содержит инвертирующий усилитель 1 (ИУ), последовательно соединенные датчик угловой скорости по крену 2 (ДУСКр) и первый суммирующий усилитель 3 (1 СУ), последовательно соединенные задатчик сигнала управления по курсу 4 (ЗСУКур), первый блок вычитания 5 (1БВ) и второй суммирующий усилитель 6 (2СУ), второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости по курсу 7 (ДУСКур), последовательно соединенные первый нелинейный элемент с ограничением 8 (1НЭСО), второй блок вычитания 9 (2БВ), выход которого соединен с первым суммирующим усилителем 3, а второй вход - с выходом датчика угла крена 10 (ДУКр), датчик угла курса 11 (ДУКур), выход которого соединен со вторым входом первого блока вычитания 5. Эти звенья образуют первый, основной канал управления. Устройство также содержит второй нелинейный элемент с ограничением 12 (2НЭСО), вход которого соединен с выходом первого суммирующего усилителя 3, а выход является выходом устройства, при этом выход второго суммирующего усилителя 6 соединен через инвертирующий усилитель 1 со входом первого нелинейного элемента с ограничением 8. Устройство также содержит последовательно соединенные нелинейный элемент с зоной нечувствительности 13 (НЭЗН), вход которого соединен с выходом первого блока вычитания 5, усилитель 14 (У) и ограничитель сигнала 15 (ОС), выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего усилителя 3. Эти звенья образуют второй, форсирующий канал управления.
Двухканальное устройство координированного управления работает следующим образом.
Основной канал управления включает в себя последовательно соединенные составные каналы курса и крена, сигналы которых формируются, соответственно, блоками 4, 5, 6, 7, 11 канала курса и 1, 2, 3, 8, 9, 10 канала крена:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>ψ</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>1</mn><mi>ψ</mi></mrow></msub><mi>Δ</mi><mi>ψ</mi><mo>+</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>2</mn><mi>ψ</mi></mrow></msub><msub><mi>ω</mi><mi>у</mi></msub><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>γ</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>1</mn><mi>γ</mi></mrow></msub><mi>Δ</mi><mi>γ</mi><mo>+</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>2</mn><mi>γ</mi></mrow></msub><msub><mi>ω</mi><mi>х</mi></msub><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><mi>ψ</mi><mo>=</mo><mi>ψ</mi><mo>−</mo><msub><mi>ψ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><mi>γ</mi><mo>=</mo><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1ψ
2ψ
где К, К - передаточные коэффициенты второго усилителя 6;
Δψ - сигнал рассогласования по курсу на выходе первого блока вычитания 5;
ψ - сигнал датчика угла курса 11;
зад.
ψ - задающий сигнал по курсу на выходе задатчика сигнала управления по курсу 4;
у
ω - сигнал датчика угловой скорости по курсу 7;
1γ
2γ
К, К - передаточные коэффициенты первого усилителя 3;
Δγ - сигнал рассогласования по крену на выходе второго блока вычитания 9;
γ - сигнал датчика угла крена 10;
упр.
γ - управляющий сигнал по крену на выходе нелинейного элемента с ограничением 8;
х
ω - сигнал датчика угловой скорости по крену 2.
упр.
ψ
Сигнал γ формируется специальным каналом координированного управления, подключенным входом по сигналу σ к выходу второго суммирующего усилителя 6, а выходом - ко входу второго блока вычитания 9. Этот канал содержит последовательно соединенные блоки 1 и 8.
зад.
γ
Двухканальное устройство координированного управления работает в режиме стабилизации и управления сигналов ψ через основной канал управления, сочетающий последовательно соединенные каналы курса и крена, и дополнительный (второй) корректирующий канал, состоящий из блоков 13, 14, 15 и формирующий дополнительную компоненту Δσ в непосредственной функции от сигнала Δψ, а именно:
γ
γ
1. Малые сигналы в пределах ±ε отрабатываются основным каналом управления для режима стабилизации, определяющего значения сигнала Δψ вблизи нуля. При этом величина s, выставленная в блоке 13, соответствует (0,05 - 0,1) от диапазона штатно-номинальных значений Δψ в пределах ±А. Таким образом, дополнительный сигнал Δσ=0, и сигнал σ определяется в соответствии с (2).
2. Сигналы Δψ в пределах
<mrow><mi>Δ</mi><mi>ψ</mi><mo>∈</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><mi>ε</mi><mo>÷</mo><mi>B</mi></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>−</mo><mi>ε</mi><mo>÷</mo><mo>−</mo><mi>B</mi></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
отрабатываются совместно основным каналом и дополнительным, форсирующим. Последний имеет собственное ограничение В в блоке 15, составляющее В=(0,1÷0,4)А.
γ
Для этого случая в основной сигнал управления по крену по (2) добавляется Δσ, т.е.
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>γ</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>1</mn><mi>γ</mi></mrow></msub><mi>Δ</mi><mi>γ</mi><mo>+</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>2</mn><mi>γ</mi></mrow></msub><msub><mi>ω</mi><mi>х</mi></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>σ</mi><mi>γ</mi></msub><mtext> </mtext><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
В усилителе 14 сигнал с блока 13 усиливается.
γ
γ
3. Сигнал Δσ при |Δσ|>В соответствует значению В. В этом случае
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>γ</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>1</mn><mi>γ</mi></mrow></msub><mi>Δ</mi><mi>γ</mi><mo>+</mo><msub><mi>К</mi><mrow><mn>2</mn><mi>γ</mi></mrow></msub><msub><mi>ω</mi><mi>х</mi></msub><mo>+</mo><mi>В</mi><mtext> </mtext><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
зад.
ψ
упр.
γ
упр.
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>γ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup></mrow>
При отработке сигналов ψ канал курса формирует сигнал σ, канал крена - в режиме координированного управления с отработкой сигнала γ≠0 и с инвертированием и ограничением сигнала σ в блоке 12, сигнал с выхода которого
является выходным сигналом устройства. Инвертирующий усилитель 1 реализует принцип координированного управления и оптимальное значение степени усиления. Первый нелинейный элемент с ограничением 8 обеспечивает формирование сигнала γ для канала крена в соответствии с техническими ограничениями на летательный аппарат по углу крена. Второй нелинейный элемент с ограничением 12 обеспечивает выполнение ограничения координированного сигнала управления для подачи на рулевой привод летательного аппарата.
Все блоки устройства управления являются стандартными и могут быть реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например, по [3, 4].
Таким образом, предложенное двухканальное устройство координированного управления позволяет расширить функциональные возможности устройства в условиях изменения задающих воздействий в широких пределах и повысить статическую и динамическую точность управления.
Источники информации
1. И.А. Михалев и др. Системы автоматического управления самолетом. М.: Машиностроение, 1987 г., с.174.
2. Патент РФ №2367992 от 20.09.2009 г., МПК G05D 1/00.
3. В.Б. Смолов. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981, с.22, 41.
4. А.У. Ялышев, О.И. Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: Машиностроение, 1981, с.107, 126.