устройство формирования управляющих воздействий
Классы МПК: | G05B13/02 электрические B64G1/36 с использованием чувствительных элементов, например солнечных датчиков, датчиков горизонта |
Автор(ы): | Нездюр Л.А., Фрунц А.С., Нездюр Е.Л., Патрикеев В.А. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-08-17 публикация патента:
10.11.2000 |
Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для управления движением космических аппаратов. Техническим результатом является повышение точности дискретных автоматов стабилизации с одновременным улучшением качества переходных процессов. Устройство содержит блоки коммутации, генераторы, блоки формирования зон нечувствительностей, управляемые блоки формирования зон нечувствительностей, блок вычисления текущей скорости, блок готовности ориентации, блок определения изменения знака приращения угла, блоки формирования импульсов и команд, блок вычисления импульсов, блок определения изменения знака вычисленного угла и др. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Устройство формирования управляющих воздействий, состоящее из блока выдачи угла, первого блока формирования зоны нечувствительности, первого управляемого блока формирования зоны нечувствительности, блока формирования импульсов и исполнительных органов (ИО), причем выход блока выдачи угла через последовательно включенные первый блок формирования зоны нечувствительности и первый управляемый блок формирования зоны нечувствительности соединен с блоком формирования импульсов, отличающееся тем, что в него введены дополнительно второй, третий и четвертый блоки формирования зоны нечувствительности, второй управляемый блок формирования зоны нечувствительности, генератор заданной частоты импульсов с заданной частотой, генератор заданной частоты импульсов, предназначенный для включения ИО на время, генератор выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величинам скорости и угла, блок выдачи импульсов, длительности которых определяется суммой программной и текущей скоростей, пятый блок вычисления импульсов, первый, второй и третий блоки коммутации, блок формирования команд, блок вычисления текущей скорости, блок определения изменения знака приращения угла, блок определения готовности ориентации, блок запоминания и вычисления угла, блок определения изменения знака вычисленного угла, причем выход блока выдачи угла подключен к блоку вычисления текущей скорости, блоку определения изменения знака приращения угла, к генератору заданной частоты импульсов,предназначенному для включения ИО на время, и генератору выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величине скорости и угла, к блоку определения готовности ориентации и к блоку запоминания и вычисления угла, а через второй блок коммутации к вновь введенным второму, третьему и четвертому блокам формирования зоны нечувствительности, выход блока вычисления текущей скорости подключен к первому и второму управляемым блокам формирования зоны нечувствительности, к генератору выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величинам скорости и угла, блоку выдачи импульсов, длительность которых определяется суммой программной скорости и текущей скорости, и пятому блоку вычисления импульсов, а также к блоку определения готовности ориентации, выход второго блока формирования зоны нечувствительности через последовательно включенные генератор заданной частоты импульсов с заданной частотой и первый блок коммутации, к второму входу которого подключен выход блока определения изменения знака приращения угла, соединен с исполнительными органами, выход третьего блока формирования зоны нечувствительности через генератор заданной частоты импульсов, предназначенный для включения ИО на время, соединен с первым блоком коммутации, выход четвертого блока формирования зоны нечувствительности через генератор выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величинам скорости и угла, соединен с исполнительными органами, второй выход первого управляемого блока формирования зоны нечувствительности соединен с блоком формирования команд, выход которого подключен к блоку запоминания и вычисления угла, выход блока определения готовности ориентации соединен с вторым и третьим блоками коммутации и блоком
формирования команд, выход блока запоминания и вычисления угла соединен с блоком определения изменения знака вычисленного угла и с блоком выдачи импульсов, длительность которых определяется суммой программной и текущей скоростей, выход которого соединен с исполнительными органами, выходы блока определения изменения знака вычисленного угла соединены с входом блока запоминания и вычисления угла, а через последовательно включенные второй управляемый блок формирования зоны нечувствительности и пятый блок вычисления импульсов - с исполнительными органами, а также с вторым и третьим блоками коммутации, выход блока формирования импульсов через третий блок коммутации соединен с исполнительными органами.
Описание изобретения к патенту
Устройство формирования управляющих воздействий может быть использовано для управления движением космических аппаратов. Известно устройство формирования управляющих воздействий, используемое при ручном управлении космическими аппаратами. Устройство описано в книге Лебедев А.А, Соколов В.Б. "Встреча на орбите", Машиностроение, Москва, 1969 г. Блок-схема устройства приведена на фиг. 1. Устройство состоит из блока выдачи угловой скорости 1, порогового устройства (блок 2), блока формирования импульсов 3 и исполнительных органов (ИО) 4. При превышении сигналом угловой скорости заданного в пороговом устройстве значения блок задания управляющих импульсов в зависимости от величины сигнала угловой скорости выдает команды на включение ИО. Выключение ИО производится, когда угловая скорость станет меньше заданного в пороговом устройстве значения. Данное устройство ограничивает только величину угловой скорости, а потому не обеспечивает стабилизацию объекта управления относительно заданной системы координат. Известно устройство стабилизации (патент N 1695263 авторов Бичуцкого А. Я. , Леденева Г.Я., Нездюра Л.А., Фрунца А.С.), выбранное в качестве прототипа. Блок-схема устройства приведена на фиг. 2. Устройство состоит из блока выдачи угловой скорости 1, блока формирования управляющих импульсов 3, исполнительных органов 4, блока выдачи угла 5, 2-х сумматоров 6 и 7, интегратора 8, блока формирования зоны нечувствительности с управляемым порогом срабатывания 9, апериодического звена 10, 1-го блока формирования зоны нечувствительности 11, 1-го управляемого блока формирования зоны нечувствительности 12, блока коммутации 13. Данное устройство обеспечивает стабилизацию относительно заданной системы координат по углу и угловой скорости с заданными точностями. Отклонение от номинального положения определяется значениями порогов срабатывания блоков формирования зон нечувствительности. С учетом связей, приведенных на фиг. 2, до тех пор, пока сигнал на входе блока 9 меньше ее порогового значения a1, сигнал на выходе интегратора 8 fi1 равен сигналу на выходе датчика угла 5 - fi1 Два сумматора 6 и 7 и интегратор 8 с учетом связи с выхода датчика угловой скорости на вход сумматора 7 обеспечивают фильтрацию сигналов угла и угловой скорости. После срабатывания блока 9 (при превышении f1 значения d1) выход ее через апериодическое звено 10 подключается к сумматору 7. Введение такой связи, если представить зону нечувствительности усилителем с коэффициентом усиления Kу, обеспечивает включение интегратора в обратную связь, и вследствие этого на выходе блока 9 сигнал будет состоять из суммы угла и его производной. Выход блока выдачи угла 5 подключен и к блоку 11. Пока сигнал угла fi1 меньше порога срабатывания d1 блока 11, блоку 12 разрешается сравнивать значение угловой скорости с заданным порогом по скорости. Выход блока 12 соединен с блоком 9. Вход блока коммутации 13 соединен с выходом блока 9, а выход - с входом блока 9. Вследствие того, что после превышения углом fi1 порогового значения блока 9 сигнал на выходе интегратора содержит информацию об угле и угловой скорости, то включения ИО будут продолжаться до тех пор, пока угловая скорость не сменит знак, а ее значение не станет соответствующим величине угла. Таким образом, включение ИО производится при превышении углом заданного порогового значения d1 (заданная точность по углу), а вследствие изменения структуры устройства после срабатывания порогового устройства блока 9 выключение производится по текущему значению угла и угловой скорости. При значении угла меньше d1 производится сравнение значения текущей скорости с пороговым значением V1 в блоке 12. Если скорость станет больше V1, то в блок 9 выдается сигнал на присвоение пороговому значению значения текущего угла. В результате произойдет включение ИО, которое будет производиться по описанной выше логике. В исходное состояние устройство приводится при срабатывании зоны нечувствительности 9 противоположного знака. Если раньше скорость превысит величину порога противоположного знака блока 12, то снова производится присвоение пороговому значению блока 9 значение текущего угла, а измененное ранее пороговое значение (противоположного знака) также приводится в исходное состояние. Устройство обладает высоким качеством переходных процессов как при отсутствии внешних возмущений, так и при их наличии и не имеет ограничений при реализации устройства на базе аналоговой техники. Однако реализация его в дискретных устройствах стабилизации ограничивается по следующим причинам. Во-первых, регулирование скорости ухудшается из-за дополнительного запаздывания, вносимого апериодической обратной связью. Во-вторых, наличие интегратора в дискретных устройствах стабилизации ограничивает величину коэффициента усиления блока 9, что также вносит запаздывание, величина которого будет не менее 1,5 - 2-х тактов работы устройства стабилизации. В третьих, данное устройство требует обязательного наличия и датчика угла и датчика угловой скорости, что не всегда выполнимо. Эти обстоятельства ограничивают возможность применения данного устройства при реализации вообще и на базе дискретной техники в частности. Техническим результатом изобретения является повышение точности дискретных автоматов стабилизации с одновременным улучшением качества переходных процессов. Технический результат достигается тем, что в устройство формирования управляющих воздействий, состоящее из блока выдачи угла, первого блока формирования зоны нечувствительности, первого управляемого блока формирования зоны нечувствительности, блока формирования импульсов и исполнительных органов, причем выход блока выдачи угла через последовательно включенные первый блок формирования зоны нечувствительности и первый управляемый блок формирования зоны нечувствительности соединен с блоком формирования импульсов, введены дополнительно второй, третий и четвертый блоки формирования зоны нечувствительности, второй управляемый блок формирования зоны нечувствительности, блок выдачи импульсов, длительность которых определяется суммой программной скорости и текущей скорости, пятый блок вычисления импульсов, генератор заданной частоты импульсов с заданной частотой, генератор выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величине скорости и угла, генератор заданной частоты импульсов, предназначенный для включения ИО на время, первый, второй и третий блоки коммутации, блок формирования команд, блок вычисления текущей скорости, блок определения изменения знака приращения угла, блок определения готовности ориентации, блок запоминания и вычисления угла, блок определения изменения знака вычисленного угла, причем выход блока выдачи угла подключен к блоку вычисления текущей скорости, блоку определения изменения знака приращения угла, к генератору заданной частоты импульсов, предназначенному для включения ИО на время, и генератору выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величине скорости и угла, к блоку определения готовности ориентации и к блоку запоминания и вычисления угла, а через второй блок коммутации к введенным второму, третьему и четвертому блокам формирования зоны нечувствительности, выход блока вычисления текущей скорости подключен к первому и второму управляемым блокам формирования зоны нечувствительности, к генератору выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величине скорости и угла, блоку выдачи импульсов, длительность которых определяется суммой программной скорости и текущей скорости, и пятому блоку вычисления импульсов, а также к блоку определения готовности ориентации, выход второго блока формирования зоны нечувствительности через последовательно включенные генератор заданной частоты импульсов с заданной частотой и первый блок коммутации, ко второму входу которого подключен выход блока определения изменения знака приращения угла, соединен с исполнительными органами, выход третьего блока формирования зоны нечувствительности через генератор заданной частоты импульсов, предназначенный для включения ИО на время, соединен с первым блоком коммутации, выход четвертого блока формирования зоны нечувствительности через генератор выдачи импульсов в ответ на величину превышения угла заданного порогового значения, пропорциональных величине скорости и угла, соединен с исполнительными органами, второй выход первого управляемого блока формирования зоны нечувствительности соединен с блоком формирования команд, выход которого подключен к блоку запоминания и вычисления угла, выход блока определения готовности ориентации соединен со вторым и третьим блоками коммутации и блоком формирования команд, выход блока запоминания и вычисления угла соединен с блоком определения изменения знака вычисленного угла и блоком выдачи импульсов, длительность которых определяется суммой программной скорости и текущей скорости, выход которого соединен с исполнительными органами, выходы блока определения изменения знака вычисленного угла соединены с входом блока запоминания и вычисления угла, а через последовательно включенные второй управляемый блок формирования зоны нечувствительности и пятый блок вычисления импульсов - с исполнительными органами, а также с вторым и третьим блоками коммутации, выход блока формирования импульсов через третий блок коммутации соединен с исполнительными органами. Технический результат в предлагаемом устройстве достигается за счет следующего:- в устройстве исключено определение моментов включения и выключения исполнительных органов по суммарному сигналу угла и угловой скорости, что уменьшает время переходных процессов с одновременным уменьшением количества включений исполнительных органов,
- при близких к нулю значениях скорости объекта управления она не используется при принятии решения о включении или выключении исполнительных органов, что исключает влияние ошибок определения скорости на переходные и установившиеся процессы в предлагаемом устройстве,
- в тех случаях, когда использование угловой скорости необходимо, значение скорости близко или превышает введенные пороговые значения в блоках формирования зоны нечувствительности по скорости, а потому ошибки определения скорости не могут оказать принципиального влияния на качество регулирования,
- введенное изменение структуры устройства после окончания переходных процессов, связанных с парированием начальных условий, обеспечивает высокое качество стабилизации (близкую к нулю угловую скорость) при наличии внешних возмущающих воздействий. Для определения окончания переходных процессов при первом включении предлагаемого устройства введен блок определения готовности ориентации, который выдает команду в блок формирования команд, разрешающую выдавать команды на изменение структуры устройства в случае, если угловая скорость превысит значения порога срабатывания в 1-ом блоке формирования зоны нечувствительности. По командам блока формирования команд 2-ой блок коммутации разрешает прохождение сигнала угла на входы 2-го, 3-его и 4-го блоков формирования зоны нечувствительности и запрещает прохождение команд из блока формирования импульсов на включение ИО. Введение зоны по углу рассогласования
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-2t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-3t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-4t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-5t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-6t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-7t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-8t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-9t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-10t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-11t.gif)
![устройство формирования управляющих воздействий, патент № 2158951](/images/patents/313/2158951/2158951-12t.gif)
Класс B64G1/36 с использованием чувствительных элементов, например солнечных датчиков, датчиков горизонта