АВТОПИЛОТ

Полезная модель относится к системам управления ракет и может быть использована во вращающихся ракетах с релейным рулевым приводом.
Известен релейный автопилот 1, работа которого основана на принципе линеаризации релейной системы, что необходимо для формирования управления, пропорционального входному сигналу, действующему на постоянном токе. Однако такой автопилот не может быть использован во вращающейся ракете, так как в ней сигнал, поступающий в рулевую машинку, должен действовать на частоте вращения ракеты.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство формирования сигнала управления (автопилот)  2  для вращающейся ракеты, выбранное в качестве прототипа.
Функциональная схема известного автопилота  2 , содержит последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр фазового детектора (ФД), усилитель-ограничитель и усилитель мощности, выход которого подключен к рульмащинке. Ко входу ФД подключен выход усилителя коррекции следящего координатора, являющийся входом информационного сигнала. Управляющий вход ФД соединен с обмоткой генератора опорного напряжения (ГОН). Ко второму входу фильтра ФД подключен генератор линеаризации, а ко второму входу усилителя-ограничителя - выход датчика угловой скорости ракеты (ДУС).
Принцип работы принятого за прототип известного автопилота  2  заключается в следующем.
Выходной сигнал усилителя коррекции действует на частоте вращения ротора гироскопа следящего координатора. Величина и фаза первой гармоники этого сигнала соответствуют величине и направлению угловой скорости линии визирования. Фазовый детектор работает в режиме ключа, коммутируемого сигналом ГОНа, действующим на суммарной частоте вращения ротора
гироскопа (сог) и корпуса ракеты (сор). На выходе ФД при этом формируются сигналы, действующие на разностной и суммарной частотах его входных сигналов. Фильтр ФД практически подавляет составляющую сигнала, действующую на частоте (2сйг + сор). Кроме того, он сглаживает сигнал с генератора линеаризации, приблизительно в 2-3 раза, а амплитуда соответствует величине сигнала коррекции при угловой скорости линии визирования заранее установленной относительно небольшой величины. При сложении сигнала на частоте сор и сигнала линеаризации и дальнейшем усилении и ограничении на выходе усилителя мощности формируется имеющий вид меандров сигнал, величина первой гармоники которого пропорциональна величине угловой скорости линии визирования до некоторого ее значения и далее с ростом скорости не убывает. Требуемый коэффициент пропорциональности устанавливается выбором величины сигнала линеаризации.
Недостатками известного автопилота являются следующие:
-шумы сигнала коррекции дополнительно линеаризируют полезный сигнал, при этом недопустимо для высокоточных систем уменьшается крутизна зависимости выходного сигнала от угловой скорости линии визирования;
-схема автопилота не защищена от воздействия импульсных помех.
Задачей полезной модели является повышение помехозащищенности автопилота.
Для достижения этого технического результата предлагается автопилот, который как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит последовательно соединенные фазовый детектор, управляющий вход которого подключен к генератору опорного напряжения, фильтр фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу генератора линеаризации, усилитель-ограничитель, второй вход которого связан с выходом датчика угловой скорости ракеты, и усилитель мощности. Особенностью предлагаемого автопилота является то, что в него введены последовательно соединенные синхронный фильтр и ограничитель импульсных помех, а также
последовательно соединенные нелинейный элемент и система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Система фазовой автоподстройки частоты содержит последовательно соединенные фазовый детектор системы ФАПЧ, фильтр нижних частот и трехфазный управляемый напряжением генератор, первый выход которого подключен к управляющему входу фазового детектора системы ФАПЧ, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами синхронного фильтра. Сигнальный вход синхронного фильтра подключен к входу информационного сигнала автопилота, выход ограничителя импульсных помех - ко входу фазового детектора автопилота, а вход нелинейного элемента соединен с информационным входом системы ФАПЧ.
Выполнение задачи, поставленной при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря следующему.
В предлагаемой полезной модели входной сигнал автопилота, являющийся информационным сигналом, поступает на функциональные блоки, отсутствующие в прототипе, а именно: последовательно соединенные фильтр и ограничитель импульсных помех. Причем в качестве фильтра целесообразно использовать синхронный фильтр (СФ), в котором в каждом из его каналов между демодулятором и модулятором включен фильтр нижних частот. Таким образом, синхронный фильтр формирует щумовую полосу автопилота и тем самым уменьшает влияние щума на его характеристики. Достоинством СФ является то, что при изменении частоты сог Шг он практически не вносит сдвиг фаз в сигнал коррекции. Требуемые ортогональные опорные сигналы СФ, действующие на частоте сог предлагается сформировать из сигнала с пеленговой обмотки. В связи с тем, что его фаза, в особенности при малых значениях угла пеленга, существенно зависит от колебаний оси ракеты, для выделения составляющей сигнала на частоте сог необходимо ограничить его щумовую полосу. В качестве фильтра фазы сигнала с пеленговой обмотки в автопилоте предлагается использовать систему фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, содержащую последовательно соединенные фазовый детектор (ФД), фильтр нижних частот и генератор, управляемый напряжением (ГУН),
Причем выход ГУНа подключен к управляющему входу ФД, а к сигнальному входу ФД через вновь введенный в функциональную схему автопилота нелинейный элемент подключена пеленговая обмотка, являющаяся информационным входом системы ФАПЧ. Назначение нелинейного элемента передача слабых сигналов с большим коэффициентом усиления (повышение чувствительности сигнала). При этом в качестве опорных сигналов СФ используются формируемые ГУНом ортогональные сигналы в виде меандров, действующие на частоте сор. При таких опорных сигналах максимальное значение выходного сигнала СФ
исФ Ксф-Ао-(8тфо+со8фо),(1)
КсФ - коэффициент усиления СФ, АО - амплитуда входного сигнала СФ, Фо - сдвиг фаз входного сигнала относительно опорного.
Из (1) следует, что при изменении угла фо в пределах (О ... 45)°величина УСФ изменяется от 1 до72, что не позволяет эффективно использовать в автопилоте ограничитель импульсных помех (ОИП).
Для исключения влияния ОРШ на вырабатываемый автопилотом сигнал управления при изменении фазы ф сигнала коррекции относительно опорного сигнала СФ, необходимо стабилизировать максимальное значение УСФ при изменении величины ф в достаточных для практики пределах. Как следует из (1), максимальное значение величины исф (ф) стабилизируется с точностью до нескольких процентов при изменении величины ф в пределах ±20° относительно среднего значения .
Так как сдвиг фаз сигнала коррекции и сигнала с пеленговой обмотки невелик (линия угла визирования находится практически в плоскости угла пеленга), то для выполнения условия  предлагается в качестве опорных сигналов СФ использовать вырабатываемые ГУПом сигналы, сдвинутые по
(l
фазе на углы +7Г/4 и -71/4 относительно вырабатываемого ГУНом сигнала, подстраиваемого системой ФАПЧ под сигнал с пеленговой обмотки.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого автопилота;
на фиг. 2 - схема одного из конкретных примеров выполнения ограничителя импульсных помех;
на фиг. 3 представлены временные диаграммы сигналов, формируемых трехфазным ГУНом.
На функциональной схеме (см. фиг.1) введены следующие обозначения:
1- синхронный фильтр (СФ),
2- ограничитель импульсных помех (ОИН),
3- фазовый детектор (ФД),
4- фильтр фазового детектора (ФФД),
5- генератор линеаризации (ГЛ),
6- усилитель-ограничитель (УО),
7- усилитель мощности (УМ),
8- нелинейный элемент (НЭ),
9- фазовый детектор (ФД) системы ФАНЧ,
10- фильтр нижних частот (ФНЧ) системы ФАПЧ,
11- генератор, управляемый напряжением (ГУН),
12- система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
На функциональной схеме ОИП 2, представленной на фиг.2 обозначено:
13- операционный усилитель (ОУ),
14- первый сумматор (ПС),
15- первый детектор (ПД),
19- фильтр нижних частот (ФНЧ),
20- инвертор (И),
UBX, UBBIX- ВХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ сигнэлы соотвстственно.
На фиг. 3 обозначены:
а - сигнал с генератора, управляемого напряжением с ФНЧ,
б, в - промежуточные сигналы, сформированные соответственно по переднему и заднему фронтам сигнала 1,
г, д - опорные сигналы СФ,
е - сигнал, поступающий на управляющий вход ФД системы ФАПЧ.
Схема предлагаемого атопилота функционирует следующим образом.
Входной сигнал автопилота, имеющий вид: A-sin((cor t+ф), где ф - фаза, сог - частота вращения ротора гироскопа следящего координатора, фильтруется СФ 1, в качестве опорных сигналов которого использованы выходные сигналы ГУНа И вида : l(t)SignSin (cort+9n+7t/4), l(t)SignSm((cort+9n-7t/4).
Отфильтрованный таким образом от сигнала шума сигнал коррекции поступает на ОИН 2, конкретный пример выполнения которого представлен на фиг. 2. Работа ОИП заключается в следующем.
Входной сигнал Ug поступает на вход ОУ 13 и последовательно соединенных ТД 18 и ФНЧ 19 с постоянной времени Т. Выход ФНЧ 19 через последовательно соединенные И 20, НС 14 и НД 15 подключен к второму входу ОУ 13. Вместе с этим, выход ФНЧ 19 через последовательно соединенные ВС 17 и ВД 16 подключен к третьему входу ОУ 13. Таким образом, на выходе ФНЧ 19 формируется запирающее первый 15 и второй 16 детекторы напряжение, определяющее уровень ограничения сигнала на выходе ОИН 2. Следовательно, выходной сигнал схемы Ивых отслеживает относительно медленные, обусловленные быстродействием ФНЧ 19, изменения входного сигнала Ug Существенное возрастание сигнала UBX на интервале времени , которое возникает при действии импульсной помехи, не отражается в выходном сигнале ОИН.
Выходной сигнал ОИП 2 модулируется в ФД 3 сигналом с генератора опорных напряжений (ГОН) (на фиг. не показан) и фильтруется ФФД 4 с целью выделения составляющей на частоте вращения ракеты.
На другой вход ФФД 4 подается сигнал с ГЛ 5, отношение величины которого к величине сигнала коррекции определяет степень крутизны зависимости первой гармоники сигнала коррекции от угловой скорости линии визирования, отслеживаемой координатором.
Выходной сигнал ФД 3 усиливается и ограничивается с помощью УО 6, формирующего сигнал в виде меандров, который через УМ 7 поступает на вход релейной рулевой машинки. На другой вход УМ 6 подается сигнал от датчика угловой скорости ракеты ДУС (на фиг. не показан) с целью формирования сигнала управления, снижающего колебания оси ракеты.
Для формирования опорных сигналов СФ 1 сигнал с пеленговой обмотки, являющийся информационным входом системы ФАПЧ 12 через НЭ 8, усиливающий слабые сигналы, поступает на вход ФД 9 системы 12 ФАНЧ. Ошибка по фазе между входными сигналами системы 12 и сигналом ГУН И, сформированная на выходе ФД 9, через ФНЧ 10 поступает на вход ГУН И, осуществляющего подстройку частоты и фазы опорного сигнала ФД 9 к сигналу пеленговой обмотки.
Для формирования опорных сигналов СФ 1 в ГУН 11 вырабатывается сигнал, представляющий собой последовательность меандров (фиг. За), по переднему и заднему фронтам которых формируются промежуточные сигналы, представленные на фиг. 36 и фиг. Зв соответственно. Но фронтам промежуточных сигналов формируются искомые опорные сигналы СФ 1 ( фиг. Зг, фиг. Зд) и выходной сигнал ГУНа 11 (фиг. Зе), поступающий на управляющий ход ФД 9 системы ФАПЧ 12. Как следует из временных диаграмм, опорные сигналы СФ 1(фиг. Зг, фиг. Зд) сдвинуты по фазе на углы +71/4 и -7Г/4 относительно выходного сигнала ГУНа 11 (фиг. Зе). Нри этом обеспечивается стабилизация коэффициента передачи СФ 1 при изменении фазы входного сигнала относительно опорного и, соответственно, исключаются
искажения сигнала, вносимые ОИП 2, что позволяет эффективно отстроить сигнал автопилота от шумов и импульсных помех.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ НСТОЧНИКИ:
1.Ю.П.Доброленский и др. Автоматика управляемых снарядов.- М.: «Оборонгиз. - 1963 , стр. 288, 289.
2.Переносный зенитный ракетный комплекс «Стрела-2М (9К32М).: М.: «Воениздат Минобороны СССР. - 1971 , стр. 38-41 - прототип.