способ управления траекторией движения объекта, система управления траекторией движения объекта (варианты), способ определения фазовой связи каналов и коэффициента передачи объекта в системе управления траекторией движения объекта и устройство для его реализации (варианты)

Формула изобретения

1. Способ управления траекторией движения объекта, включающий для вертикального и горизонтального каналов определение текущих входной координаты и координаты объекта, вычисление разности входной координаты и координаты объекта, задание программных сигналов и формирование команд управления объектом по разности входной координаты и координаты объекта, отличающийся тем, что задают моменты времени начала и окончания подачи программных сигналов, с момента времени начала до момента времени окончания добавляют в команды управления программные сигналы, определяют фазовый сдвиг между вектором команд и вектором координат, компенсируют фазовый сдвиг разворотом вектора команд на этот угол, определяют отношение модулей вектора команд и вектора координат и компенсируют изменение коэффициента передачи объекта изменением величины команд управления объектом.

2. Система управления траекторией движения объекта, содержащая объект управления, первый и второй сумматоры, задатчик программных сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенные первый блок формирования ошибок, второй вход которого соединен с первым выходом объекта управления, первый корректирующий фильтр, последовательно соединенные второй блок формирования ошибок, второй вход которого соединен со вторым выходом объекта управления, второй корректирующий фильтр, на первые входы первого и второго блоков формирования ошибок поступает входной сигнал в вертикальном и горизонтальном каналах, отличающаяся тем, что введены первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом первого корректирующего фильтра, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом второго корректирующего фильтра, фазовый вращатель, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами соответственно первого и второго сумматоров, устройство вычисления коэффициента и фазы, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго блоков формирования ошибок, причем первый и второй входы фазового вращателя соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами устройства вычисления коэффициента и фазы, первый и второй входы объекта управления подключены к выходам соответственно первого и второго сумматоров и соответственно к третьему и четвертому входам устройства вычисления коэффициента и фазы, а третий и четвертый выходы задатчика программных сигналов соединены соответственно с пятым и шестым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, третий выход которого соединен с третьим входом фазового вращателя.

3. Система управления траекторией движения объекта, содержащая объект управления, первый и второй сумматоры, задатчик программных сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенные первый блок формирования ошибок, второй вход которого соединен с первым выходом объекта управления, первый корректирующий фильтр, последовательно соединенные второй блок формирования ошибок, второй вход которого соединен со вторым выходом объекта управления, второй корректирующий фильтр, а также первый, второй и третий блоки управления, на первые входы первого и второго блоков формирования ошибок поступает входной сигнал в вертикальном и горизонтальном каналах, отличающаяся тем, что введены устройство вычисления коэффициента и фазы, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго блоков формирования ошибок, первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом устройства вычисления коэффициента и фазы, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом второго сумматора и четвертым входом устройства вычисления коэффициента и фазы, фазовый вращатель, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами объекта управления, причем первый и второй входы фазового вращателя соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, управляющие входы которых соединены соответственно через первый и второй блоки управления с первым и вторым выходами устройства вычисления коэффициента и фазы, выход первого корректирующего фильтра соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго корректирующего фильтра соединен со вторым входом второго сумматора, а третий и четвертый выходы задатчика программных сигналов соединены соответственно с пятым и шестым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, третий выход которого соединен через третий блок управления с третьим входом фазового вращателя.

4. Способ определения фазовой связи каналов и коэффициента передачи объекта в системе управления траекторией движения объекта, включающий измерение команд управления и координат объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях управления, отличающийся тем, что осуществляют в каждой измеренной команде и координате с помощью преобразования Фурье вычисление ортогональных составляющих, по вычисленным ортогональным составляющим определяют модуль и углы разворота вектора команд и вектора координат, по вычисленным значениям модуля вектора команд и модуля вектора координат определяют коэффициент передачи объекта, а по вычисленным значениям углов разворота вектора команд и вектора координат определяют фазовую связь каналов объекта.

5. Устройство вычисления коэффициента и фазы, содержащее первый и второй преобразователи Фурье, первый, второй и третий сумматоры, отличающееся тем, что введены третий и четвертый преобразователи Фурье, первое устройство вычисления модуля, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первое устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора и первым входом первого устройства вычисления модуля, последовательно соединенные второе устройство вычисления модуля, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, устройство вычисления коэффициента, второй вход которого соединен с выходом первого устройства вычисления модуля, последовательно соединенные четвертый сумматор, первый вход которого соединен со вторым выходом четвертого преобразователя Фурье, второе устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с первым входом второго устройства вычисления модуля, устройство вычисления фазы, второй вход которого соединен с выходом первого устройства вычисления угла, причем первый выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен со вторым выходом второго преобразователя Фурье, второй выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом первого сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом второго преобразователя Фурье, первый выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом четвертого сумматора, второй выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом четвертого преобразователя Фурье, первый вход первого преобразователя Фурье соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, второй вход первого преобразователя Фурье соединен со вторыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, выход первого сумматора соединен со вторым входом первого устройства вычисления угла, а выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго устройства вычисления угла, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, первые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют пятому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют шестому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, выход устройства вычисления коэффициента является первым и вторым выходами устройства вычисления коэффициента и фазы, а выход устройства вычисления фазы является третьим выходом устройства вычисления коэффициента и фазы.

6. Устройство вычисления коэффициента и фазы, содержащее первый и второй преобразователи Фурье, первый, второй и третий сумматоры, отличающееся тем, что введены третий и четвертый преобразователи Фурье, первое устройство вычисления коэффициента, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первое устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, второе устройство вычисления коэффициента, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, последовательно соединенные четвертый сумматор, первый вход которого соединен со вторым выходом четвертого преобразователя Фурье, второе устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с первым входом второго устройства вычисления коэффициента, устройство вычисления фазы, второй вход которого соединен с выходом первого устройства вычисления угла, причем первый выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен со вторым выходом второго преобразователя Фурье, второй выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом первого сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом второго преобразователя Фурье, первый выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом четвертого сумматора, второй выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом четвертого преобразователя Фурье, первый вход первого преобразователя Фурье соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, второй вход первого преобразователя Фурье соединен со вторыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, выход первого сумматора соединен со вторым входом первого устройства вычисления угла, а выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго устройства вычисления угла и первым входом первого устройства вычисления коэффициента, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, первые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют пятому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют шестому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, выход первого устройства вычисления коэффициента является первым выходом устройства вычисления коэффициента и фазы, выход второго устройства вычисления коэффициента является вторым выходом устройства вычисления коэффициента и фазы, а выход устройства вычисления фазы является третьим выходом устройства вычисления коэффициента и фазы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в образцах техники, работающих в условиях воздействия помех и пропадании информационных сигналов, а также в установках для научных исследований.

Известен способ управления движущимся объектом [1], заключающийся в том, что выделяют координаты объекта, определяют величину ошибки, пропорциональную разности между входной координатой и координатой объекта, формируют команды управления объектом в соответствии с величиной ошибки.

Система управления для осуществления указанного способа содержит последовательно соединенные приемные устройства входного сигнала и выходного сигнала, устройство выработки команд управления, устройство телеуправления, систему управления нормальными перегрузками.

Способ определения для осуществления указанного способа управления заключается в том, что с целью уменьшения фазовой связи каналов объекта управления осуществляется начальный разворот гироскопа.

Устройство для осуществления указанного способа позволяет осуществлять начальный разворот рамок гироскопа на заданную угловую величину.

Недостатком указанных технических решений является низкая точность работы системы управления из-за фазовой связи каналов объекта, вызванной изменяющейся инерционностью рулевых приводов, и неточностью работы гироскопа, и изменениями коэффициента передачи объекта.

Наиболее близким к заявляемым техническим решениям (способу управления и системе управления) является способ управления объектом [2], заключающийся в том, что на вход системы управления подаются программные сигналы, измеряются сигналы на входе и на выходе системы управления, полученные сигналы сравниваются между собой и через интегрирующие звенья подаются в основную систему управления для изменения ее параметров.

Система управления летательным аппаратом [2] для осуществления указанного способа содержит вертикальный и горизонтальный каналы управления. В каждом канале управления имеется первый и второй сумматоры, последовательно соединенные задатчик программных сигналов (устройство для задания возмущающей настройки), первый (второй - для другого канала управления) блок формирования ошибки, первый (второй - для другого канала управления) блок управления, объект управления (летательный аппарат), первый (второй - для другого канала управления) выход которого соединен со вторым входом первого (второго - для другого канала управления) блока формирования ошибки, и последовательно соединенные устройство для контроля характеристик замкнутой системы, входы которого соединены с выходом задатчика программных сигналов и выходом объекта управления, и устройство для коррекции параметров системы, выход которого соединен через третий, четвертый и пятый блоки управления (первый, второй и третий интеграторы) с дополнительным входом первого (второго - для другого канала управления) блока управления.

Способ для определения фазовой связи каналов [3], заключающийся в измерении команд управления и выходных координат рулевого привода в горизонтальных и вертикальных плоскостях управления, определении с помощью преобразований Фурье фазовых сдвигов, вносимых рулевыми приводами на частоте вращения ракеты, и поворота входного сигнала на угол, противоположный измеряемому.

Устройство [3] для осуществления указанного способа содержит два преобразователя Фурье (четыре сглаживающих фильтра, четыре триггера и интегратор), три сумматора, интегратор. Противоположные ортогональные составляющие вектора команд и вектора координат рулевых приводов перемножаются между собой, полученные два произведения сравниваются между собой, и полученная разность подается на интегратор, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный величине фазового сдвига, вносимого рулевыми приводами на частоте вращения ракеты.

Недостатком указанных технических решений является низкая точность (возможен даже срыв в управлении) работы системы управления из-за фазовой связи каналов объекта, вызванной неточностью работы гироскопа (его уходом) и изменениями коэффициента передачи объекта в условиях воздействия возмущающих факторов, помех и маневрах объекта слежения.

Задачей изобретения является повышение точности работы системы управления при фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта в условиях воздействия возмущающих факторов, помех и маневрах объекта слежения. Поставленная задача решается за счет определения пространственного положения вектора команд относительно вектора координат с помощью преобразований Фурье.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе управления, включающем для вертикального и горизонтального каналов определение текущих входной координаты и координаты объекта, вычисление разности между входной координатой и координатой объекта, задание программных сигналов и формирование команд управления объектом по разности между входной координатой и координатой объекта, задают моменты времени начала и окончания подачи программных сигналов, с момента времени начала до момента времени окончания добавляют в команды управления программные сигналы, определяют фазовый сдвиг между вектором команд и вектором координат, компенсируют фазовый сдвиг разворотом вектора команд на этот угол, определяют коэффициент отношения модулей вектора команд и вектора координат и компенсируют изменение коэффициента передачи объекта изменением величины команд управления объектом.

Для осуществления указанного способа в систему управления траекторией движения объекта, содержащую объект управления, первый и второй сумматоры, задатчик программных сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенные первый блок формирования ошибок, второй вход которого соединен с первым выходом объекта управления, первый корректирующий фильтр, последовательно соединенные второй блок формирования ошибок, второй вход которого соединен со вторым выходом объекта управления, второй корректирующий фильтр, на первые входы первого и второго блоков формирования ошибок поступает входной сигнал в вертикальном и горизонтальном каналах, введены первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом первого корректирующего фильтра, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом второго корректирующего фильтра, фазовый вращатель, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами соответственно первого и второго сумматоров, устройство вычисления коэффициента и фазы, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго блоков формирования ошибок, причем первый и второй входы фазового вращателя соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами устройства вычисления коэффициента и фазы, первый и второй входы объекта управления подключены к выходам соответственно первого и второго сумматоров и соответственно к третьему и четвертому входам устройства вычисления коэффициента и фазы, а третий и четвертый выходы задатчика программных сигналов соединены соответственно с пятым и шестым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, третий выход которого соединен с третьим входом фазового вращателя.

Для осуществления указанного способа в систему управления траекторией движения объекта, содержащую объект управления, первый и второй сумматоры, задатчик программных сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенные первый блок формирования ошибок, второй вход которого соединен с первым выходом объекта управления, первый корректирующий фильтр, последовательно соединенные второй блок формирования ошибок, второй вход которого соединен со вторым выходом объекта управления, второй корректирующий фильтр, а также первый, второй и третий блоки управления, на первые входы первого и второго блоков формирования ошибок поступает входной сигнал в вертикальном и горизонтальном каналах, введены устройство вычисления коэффициента и фазы, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго блоков формирования ошибок, первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом первого сумматора и третьим входом устройства вычисления коэффициента и фазы, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом второго сумматора и четвертым входом устройства вычисления коэффициента и фазы, фазовый вращатель, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами объекта управления, причем первый и второй вход фазового вращателя соединен с выходами соответственно первого и второго усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, управляющие входы которых соединены соответственно через первый и второй блок управления с первым и вторым выходами устройства вычисления коэффициента и фазы, выход первого корректирующего фильтра соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго корректирующего фильтра соединен со вторым входом второго сумматора, а третий и четвертый выходы задатчика программных сигналов соединены соответственно с пятым и шестым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, третий выход которого соединен через третий блок управления с третьим входом фазового вращателя.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения фазовой связи каналов и коэффициента передачи, включающем измерение команд управления и координат объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях управления, осуществляют в каждой измеренной команде и координате с помощью преобразования Фурье вычисление ортогональных составляющих, по вычисленным ортогональным составляющим определяют модуль и углы разворота вектора команд и вектора координат, по вычисленным значениям модуля вектора команд и модуля вектора координат определяют коэффициент передачи объекта, а по вычисленным значениям углов разворота вектора команд и вектора координат определяют фазовую связь каналов объекта.

Для осуществления указанного способа в устройство вычисления коэффициента и фазы, содержащее первый и второй преобразователи Фурье, первый, второй и третий сумматоры, введены третий и четвертый преобразователи Фурье, первое устройство вычисления модуля, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первое устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора и первым входом первого устройства вычисления модуля, последовательно соединенные второе устройство вычисления модуля, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, устройство вычисления коэффициента, второй вход которого соединен с выходом первого устройства вычисления модуля, последовательно соединенные четвертый сумматор, первый вход которого соединен со вторым выходом четвертого преобразователя Фурье, второе устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с первым входом второго устройства вычисления модуля, устройство вычисления фазы, второй вход которого соединен с выходом первого устройства вычисления угла, причем первый выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен со вторым выходом второго преобразователя Фурье, второй выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом первого сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом второго преобразователя Фурье, первый выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом четвертого сумматора, второй выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом четвертого преобразователя Фурье, первый вход первого преобразователя Фурье соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, второй вход первого преобразователя Фурье соединен со вторыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, выход первого сумматора соединен со вторым входом первого устройства вычисления угла, а выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго устройства вычисления угла, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, первые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют пятому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют шестому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, выход устройства вычисления коэффициента является первым и вторым выходами устройства вычисления коэффициента и фазы, а выход устройства вычисления фазы является третьим выходом устройства вычисления коэффициента и угла.

Для осуществления указанного способа в устройство вычисления коэффициента и фазы, содержащее первый и второй преобразователи Фурье, первый, второй и третий сумматоры, введены третий и четвертый преобразователи Фурье, первое устройство вычисления коэффициента, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первое устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, второе устройство вычисления коэффициента, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, последовательно соединенные четвертый сумматор, первый вход которого соединен со вторым выходом четвертого преобразователя Фурье, второе устройство вычисления угла, первый вход которого соединен с первым входом второго устройства вычисления коэффициента, устройство вычисления фазы, второй вход которого соединен с выходом первого устройства вычисления угла, причем первый выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен со вторым выходом второго преобразователя Фурье, второй выход первого преобразователя Фурье соединен со вторым входом первого сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом второго преобразователя Фурье, первый выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом четвертого сумматора, второй выход третьего преобразователя Фурье соединен со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом четвертого преобразователя Фурье, первый вход первого преобразователя Фурье соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, второй вход первого преобразователя Фурье соединен со вторыми входами второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье, выход первого сумматора соединен со вторым входом первого устройства вычисления угла, а выход третьего сумматора соединен со вторым второго входом устройства вычисления угла и первым входом первого устройства вычисления коэффициента, при этом третьи входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства вычисления коэффициента и фазы, первые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют пятому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье соответствуют шестому входу устройства вычисления коэффициента и фазы, выход первого устройства вычисления коэффициента является первым выходом устройства вычисления коэффициента и фазы, выход второго устройства вычисления коэффициента является вторым выходом устройства вычисления коэффициента и фазы, а выход устройства вычисления фазы является третьим выходом устройства вычисления коэффициента и угла.

В заявляемых технических решениях с целью повышения точности работы системы управления при фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта в условиях отфильтрованных от шумов входных сигналов осуществляется определение модуля и угла разворота вектора координат и вектора команд с помощью преобразования Фурье, определение величины фазовой связи каналов и величины изменения коэффициента передачи объекта и формирования соответствующим образом компенсации фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта.

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг. 1, 2, 3 и 4, где фиг.1 изображает первый вариант реализации системы управления, фиг.2 изображает второй вариант реализации системы управления, фиг.3 изображает первый вариант реализации устройства вычисления коэффициента и фазы, фиг.4 изображает второй вариант реализации устройства вычисления коэффициента и фазы.

Первый вариант реализации системы управления объекта поясняет фиг.1, на которой обозначено: 1, 2 - первый и второй блоки формирования ошибок; 3, 4 - первый и второй сумматоры; 5 - объект управления; 6, 7 - первый и второй усилители с регулируемым коэффициентом усиления; 8 - фазовый вращатель; 9 - устройство вычисления коэффициента и угла; 10 - задатчик программных синалов; 11, 12 - первый и второй корректирующие фильтры.

Второй вариант реализации системы управления объекта поясняет фиг.2, на которой обозначено: 1, 2 - первый и второй блоки формирования ошибок; 3, 4 - первый и второй сумматоры; 5 - объект управления; 6, 7 - первый и второй усилители; 8 - фазовый вращатель; 9 - устройство вычисления коэффициента и угла; 10 - задатчик программных синалов; 11, 12 - первый и второй корректирующие фильтры; 13, 14 и 15 - первый, второй и третий блоки управления.

Первый вариант реализации устройства вычисления коэффициента и фазы поясняет фиг.3, на которой обозначено: 21, 22, 23 и 24 - первый, второй, третий и четвертый преобразователи Фурье; 25, 26, 27 и 28 - первый, второй, третий и четвертый сумматоры; 29, 30 - первое и второе устройства вычисления модуля; 31, 32 - первое и второе устройства вычисления угла, 33 - устройство вычисления фазы; 34 - устройство вычисления коэффициента.

Второй вариант реализации устройства вычисления коэффициента и фазы поясняет фиг. 4, на которой обозначено: 21, 22, 23 и 24 - первый, второй, третий и четвертый преобразователи Фурье; 25, 26, 27 и 28 - первый, второй, третий и четвертый сумматоры; 31, 32 - первое и второе устройства вычисления угла, 33 - устройство вычисления фазы; 34, 35 - первое и второе устройства вычисления коэффициента.

Устройства 1, 2, 26, 28 и 33 представляют собой сумматор аналоговых сигналов с двумя входами (инвертирующим и не инвертирующим), реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр.75...77, рис.3.2).

Устройства 3, 4, 25 и 27 сумматора аналоговых сигналов (см. [4] стр.75.. .77, рис. 3.1), реализованных на базе ОУ153УД6.

Объект управления 5, включающий гироскоп 16, рулевые приводы 17, 18, планер 19 и кинематические соотношения 20, выполнен по известной схеме (см. [5] стр.388...404, [1] стр.372...379).

Устройства 6, 7 представляют собой усилитель с регулируемым коэффициентом усилением (см. [4] стр.57...62, рис. 2.5) и аналоговым запоминающим блоком (см. [4] стр.178...190, рис. 7.9) на входе регулирования коэффициента, реализованных на базе ОУ 153УД6.

На управляющий вход аналогового запоминающего блока подается сигнал с выхода устройства формирующего импульс с передним фронтом начала и задним фронтом окончания запоминания, представляющего собой последовательно соединенные аналоговый интегратор, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр. 77...82, рис. 3.3, 3.4), компаратор, представляющий собой однопороговую схему сравнения, реализованную на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4], стр. 167. . . 172, табл.7.2), и сумматор аналоговых сигналов с двумя входами (инвертирующим и не инвертирующим), реализованным на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр. 75. ..77, рис. 3.2), инвертирующий вход которого соединен через регулируемую линию задержки импульса (см. [4] стр.204...205) с выходом аналогового интегратора.

Устройство 8 обеспечивает на базе аналоговых перемножителей (см. [4] стр. 91...100, рис. 3.15), сумматоров аналоговых сигналов (см. [4] стр.75... 77, рис. 3.1) и аналоговых тригонометрических преобразователей (см. [6] стр. 33...38, рис.2.1-2.3) реализацию следующего преобразования [3]:

U_вых1=U_вх1cos(U_вх3)+U_вх2sin(U_вх3);

U_вых2=U_вх2cos(U_вх3)-U_вх1sin(U_вх3); (1)

где сигнал с i-го выхода (входа) j-го устройства, w - частота сигнала, Uвх₃ - это сигнал с выхода аналогового запоминающего блока (см. [4] стр.178...190, рис. 7.9), вход которого является третьим входом устройства 8. На управляющий вход аналогового запоминающего блока подается сигнал с выхода устройства формирующего импульс с передним фронтом начала и задним фронтом окончания запоминания, представляющего собой последовательно соединенные аналоговый интегратор, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр. 77. . . 82, рис. 3.3, 3.4), компаратор, представляющий собой одно-пороговую схему сравнения, реализованную на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4] , стр.167... 172, табл.7.2), и сумматор аналоговых сигналов с двумя входами (инвертирующим и не инвертирующим), реализованным на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр.75...77, рис. 3.2), инвертирующий вход которого соединен через регулируемую линию задержки импульса (см. [4] стр.204...205) с выходом аналогового интегратора.

Устройство 10 представляет генератор синусоидальных колебаний, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр.129.,.138, рис. 5.12, 5.13). Подача сигналов осуществляется только в заранее заданном интервале времени.

Устройства 11 и 12 представляют собой корректирующий фильтр, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [1] стр.366...371, рис. 7.15).

Устройства 13 и 14 представляют собой последовательно соединенные сумматор аналоговых сигналов с двумя входами (инвертирующим и не инвертирующим), реализованным на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр.75...77, рис. 3.2), и аналоговый интегратор, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр.77...82, рис. 3.3). Инвертирующий вход сумматора является входом устройств 13, 14, а на не инвертирующий вход подается сигнал, равный единице.

Устройство 15 представляет собой аналоговый интегратор, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] стр.77...82, рис. 3.3).

Устройства 21, 22, 23 и 24 обеспечивают на базе аналоговых перемножителей (см. [4] стр.91...100, рис. 3.15), сумматоров аналоговых сигналов (см. [4] стр.75...77, рис. 3.1) реализацию функции преобразования Фурье (см. [7] стр.41...59):



где U_вх1=cos(wt), Uвx₂=sin(wt), t - время дискретизации; Тn, Tk - время начала и конца обработки входного сигнала.

Устройства 29, 30 обеспечивают реализацию на базе аналоговых перемножителей (см. [4] стр. 91...100, рис. 3.15), сумматора аналоговых сигналов (см. [4] стр.75...77, рис. 3.1) и блок вычисления корня (см. [6] стр.33... 38, рис.2.1-2.3), реализованных на базе ОУ153УД6, следующей функции:



где U_вх1, U_вх2, U_вых - сигналы на первом и втором входах и выходе устройств 29, 30.

Устройства 31, 32 обеспечивают реализацию на базе аналогового делителя (см. [4] стр. 100...101, рис. 3.22) и блок вычисления арктангенса (см. [6] стр. 33. . . 38, рис. 2.1-2.3), реализованных на базе ОУ153УД6, следующей функции:

U_вых = arctg(U_вх1/U_вх2), (4)

где U_вх1, U_вх2, U_вых - сигналы на первом и втором входах и выходе устройств 31, 32.

Устройства 34, 35 представляют аналоговый делитель (см. [4] стр.100... 101, рис. 3.22), реализованных на базе ОУ153УД6.

Вновь вводимые блоки реализуются на базе элементов, являющихся стандартными и выпускаемыми промышленностью со стандартной точностью.

Первый вариант системы управления с устройством вычисления коэффициента и фазы, реализующие предлагаемые способы определения и управления объектом, работает следующим образом.

Рассмотрим работу системы управления. Входной сигнал поступает в вертикальном и горизонтальном каналах на первые входы соответственно первого блока формирования ошибки 1, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода объекта управления 5, и второго блока формирования ошибки 2, на второй вход которого поступает сигнал со второго выхода объекта управления 5. На выходе первого блока формирования ошибки 1 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине отклонения выходной координаты объекта Fвыху(t) от входного сигнала Fвху(t) в вертикальной плоскости управления: Fy(t)= Fвxy(t)-Fвыху(t), а на выходе второго блока формирования ошибки 2 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине отклонения выходной координаты объекта Fвыxz(t) от входного сигнала Fвxz(t) в горизонтальной плоскости управления: Fz(t)= Fвxz(t)-Fвыхz(t). Сигнал с выхода первого блока формирования ошибки 1 преобразуется первым корректирующим фильтром 11, входной сигнал которого подается на первый вход устройства вычисления коэффициента и угла 9, и первым усилителем 6, на управляющий вход которого подается сигнал, пропорциональный величине коэффициента передачи объекта 5 с первого выхода устройства вычисления коэффициента и угла 9, и поступает на первый вход фазового вращателя 8. Сигнал с выхода второго блока формирования ошибки 2 преобразуется вторым корректирующим фильтром 12, входной сигнал которого подается на второй вход устройства вычисления коэффициента и угла 9, и вторым усилителем 7, на управляющий вход которого подается сигнал, пропорциональный величине коэффициента передачи объекта 5, со второго выхода устройства вычисления коэффициента и угла 9, и поступает на второй вход фазового вращателя 8. Сигналы с третьего и четвертого выходов задатчика программных сигналов 10 поступают соответственно на пятый и шестой входы устройства вычисления коэффициента и угла 9, с третьего выхода которого подается сигнал, пропорциональный величине фазовой связи каналов, на третий вход фазового вращателя 8. Сигнал с первого выхода фазового вращателя 8 через первый сумматор 3, на первый вход которого поступает сигнал с первого выхода задатчика программных сигналов 10, подается на первый вход объекта управления 5. Сигнал со второго выхода фазового вращателя 8 через второй сумматор 4, на первый вход которого поступает сигнал со второго выхода задатчика программных сигналов 10, подается на второй вход объекта управления 5. Гироскоп 16 раскладывает входные сигналы объекта управления 5 и подает их на первый и второй рулевой приводы 17, 18. Изменение положения рулей приводов 17, 18 приводят к изменению в пространстве положения планера 19 и координат объекта управления 5 на его первом и втором выходах через кинематические соотношения 20. Преобразованные таким образом сигналы ошибки в вертикальной и горизонтальной плоскостях Fy(t) и Fz(t) в сигналы управления Uy(t) и Uz(t) с выхода первого и второго сумматоров 3 и 4 воздействуют на объект управления 5. Направление на объект 5 в вертикальной и горизонтальных плоскостях Fвху(t) и Fвыхz(t) смещается в пространстве, и исходные угловые рассогласования Fy(t) и Fz(t) между направлениями на объект слежения Fвxy(t) и Fвxz(t) и на объект 5 Fвыху(t) и Fвыхуz(t) уменьшаются.

Первый вариант устройства вычисления коэффициента и угла работает так.

На первый и второй входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23, 24 поступают программные сигналы соответственно с первого и второго выходов задатчика 10. Сигналы, поступающие на первый, второй, третий и четвертые входы устройства 9, подаются соответственно на третий вход первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24. Сигнал с первого выхода первого преобразователя Фурье 21 подается на второй вход второго сумматора 26, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода второго преобразователя Фурье 22. Сигнал с первого выхода второго преобразователя Фурье 22 подается на первый вход первого сумматора 25, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода первого преобразователя Фурье 21. Сигнал с выхода первого сумматора 25 подается на вторые входы устройства 29 и 31, на первые входы которых поступает сигнал с выхода второго сумматора 26. Сигнал с первого выхода третьего преобразователя Фурье 23 подается на второй вход четвертого сумматора 28, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с первого выхода четвертого преобразователя Фурье 24 подается на первый вход третьего сумматора 27, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с выхода третьего сумматора 27 подается на вторые входы устройства 30 и 32, на первые входы которых поступает сигнал с выхода четвертого сумматора 28. Сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора координат, с выхода устройства 31 поступает на второй вход устройства вычисления фазы 33, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора команд, с выхода устройства 32. Сигнал, пропорциональный величине модуля вектора координат, с выхода устройства 29 поступает на второй вход устройства вычисления коэффициента 34, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине модуля вектора команд, с выхода устройства 30. Сигнал с выхода устройства 34 соответствует сигналу с первого и второго выходов устройства 9, а сигнал с выхода устройства 33 соответствует сигналу с третьего выхода устройства 9.

Второй вариант устройства вычисления коэффициента и угла работает так.

На первый и второй входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23, 24 поступают программные сигналы соответственно с первого и второго выходов задатчика 10. Сигналы, поступающие на первый, второй, третий и четвертые входы устройства 9, подаются соответственно на третий вход первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24. Сигнал с первого выхода первого преобразователя Фурье 21 подается на второй вход второго сумматора 26, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода второго преобразователя Фурье 22. Сигнал с первого выхода второго преобразователя Фурье 22 подается на первый вход первого сумматора 25, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода первого преобразователя Фурье 21. Сигнал с выхода первого сумматора 25 подается на второй вход устройства 31, на первый вход которого поступает сигнал с выхода второго сумматора 26. Сигнал с первого выхода третьего преобразователя Фурье 23 подается на второй вход четвертого сумматора 28, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с первого выхода четвертого преобразователя Фурье 24 подается на первый вход третьего сумматора 27, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с выхода третьего сумматора 27 подается на второй вход устройства 32, на первый вход которого поступает сигнал с выхода четвертого сумматора 28. Сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора координат, с выхода устройства 31 поступает на второй вход устройства вычисления фазы 33, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора команд, с выхода устройства 32. Сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора координат, с выхода устройства 25 поступает на второй вход первого устройства вычисления коэффициента 34, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора команд, с выхода устройства 27. Сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора координат, с выхода устройства 26 поступает на второй вход второго устройства вычисления коэффициента 35, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора команд, с выхода устройства 28. Сигналы с выходов устройств 34, 35 являются сигналами соответственно с первого и второго выходов устройства 9, а сигнал с выхода устройства 33 соответствует сигналу с третьего выхода устройства 9.

Циклограмма работы первого варианта системы управления с первым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла следующая.

Т0 - момент времени начала работы системы управления.

Т1 - момент времени начала подачи сигналов с выхода устройства 10.

Т2 - момент времени начала определения величины фазовой связи каналов объекта 5 и изменения коэффициента передачи объекта 5.

Т3 - момент времени окончания определения величины фазовой связи каналов объекта 5 и изменения коэффициента передачи объекта 5, подачи компенсирующих сигналов на устройства 6, 7, 8 и прекращения подачи сигналов с выхода устройства 10.

Циклограмма работы первого варианта системы управления со вторым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла следующая.

Т0 - момент времени начала работы системы управления.

Т1 - момент времени начала подачи сигналов с выхода устройства 10.

Т2 - момент времени начала определения величины фазовой связи каналов объекта 5.

Т3 - момент времени окончания определения величины фазовой связи каналов объекта 5, подачи компенсирующего сигнала на устройство 8 и начала определения величины коэффициентов передачи по каналам объекта 5.

Т4 - момент времени окончания определения величины изменения коэффициентов передачи объекта по каналам 5, подачи компенсирующих сигналов на устройства 6, 7 и прекращения подачи сигналов с выхода устройства 10.

В первом варианте реализации системы управления повышение надежности достигается путем

- определения модуля и угла разворота вектора координат с помощью преобразования Фурье на элементах 21, 22, 25, 26,29, 31;

- определения модуля и угла разворота вектора команд с помощью преобразования Фурье на элементах 23, 24, 27, 28, 30, 32;

- определения величины фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 на выходе устройства 9 на интервале времени подачи программных сигналов на выходе устройства 10 с помощью элементов 33, 34 и 35;

- компенсации фазовой связи каналов объекта 5 с помощью устройства 8;

- компенсация изменения коэффициента передачи объекта 5 с помощью устройств 6 и 7;

- определенной последовательностью соединения вновь вводимых элементов 6-9, 23, 24, 28-35 и выполнением определенных параметрических соотношений.

Обосновать работу первого варианта системы управления с первым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла можно следующим образом.

В диапазоне времени Т0...Т1 осуществляется начало управления объектом 5.

Из-за наличия фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 наблюдается в этом диапазоне времени перетекание команд управления из одного канала в другой, что приводит к разбалтыванию объекта 5 относительно его траектории движения.

В диапазоне времени Т1...Т2 в вертикальный и горизонтальный каналы системы управления осуществляется подача программных сигналов с первого и второго выходов устройства 10:



где сигналы с первого, второго, третьего и четвертого выходов устройства 10; А1, А2, A3, А4 - амплитуды сигнала, w - частота сигнала. Значения Al, A2, w задаются из условия обеспечения в вертикальной и горизонтальной плоскостях максимальных величин сигналов ошибки Fy(t) и Fz(t) и сигналы управления Uy(t) и Uz(t).

Интервал времени Т1. ..Т2 выбирается из условия обеспечения установившегося процесса отработки системой управления программных сигналов (5). В этом интервале времени объект 5 движется по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

В диапазоне времени Т2...Т3 определяется величина фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 в следующей последовательности.

1. На выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24 формируются вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд:

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

Использование преобразований Фурье (6)-(13) позволяет формировать вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд при наличии помех в измеряемых сигналах.

2. На выходах первого, второго, третьего и четвертого сумматоров 25, 26, 27 и 28 формируются ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд:









3. На выходах устройств 29 и 31 вычисляется модуль и угол разворота вектора координат:



U_вых31 = arctg(U_вых26/U_вых25), (19)

где U_вых29, U_вых31 - амплитудный и фазовый спектр вектора координат Х (см. [8] стр.512 ):

4. На выходах устройств 30 и 32 вычисляется модуль и угол разворота вектора команд:



U_вых32 = arctg(U_вых28/U_вых27), (21)

где U_вых30, U_вых32 - амплитудный и фазовый спектр вектора координат U (см. [8] стр.512):

5. На выходе устройства 33 вычисляется величина фазовой связи каналов объекта 5:

U_вых33=U_вых31-U_вых32. (22)

6. На выходе устройства 34 вычисляется величина изменения коэффициента передачи объекта 5:



где g=9,81 м/с; n_p - располагаемая перегрузка объекта 5.

Интервал времени Т2...Т3 выбирается из условия обеспечения определения величины фазовой связи каналов и изменения коэффициента объекта 5 и задается не менее 1-1,5 периодов программного сигнала. В этом интервале времени объект 5 продолжает двигаться по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

При времени управления больше Т3 осуществляется прекращение подачи сигналов с выхода устройства 10 и на третий вход устройства 8 и управляющие входы устройств 6, 7 подаются запомненные компенсирующие сигнал по фазовой связи каналов (22) и изменению коэффициента передачи (23) объекта 5. В этом интервале времени объект 5 движется по своей траектории без колебаний, вызванных наличием в объекте 5 фазовой связи каналов и изменением коэффициента передачи.

Обосновать работу первого варианта системы управления со вторым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла можно следующим образом.

В диапазоне времени Т0...Т1 осуществляется начало управления объектом 5.

Из-за наличия фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 наблюдается в этом диапазоне времени перетекание команд управления из одного канала в другой, что приводит к разбалтыванию объекта 5 относительно его траектории движения.

В диапазоне времени Т1...Т2 в вертикальный и горизонтальный каналы системы управления осуществляется подача программных сигналов с первого и второго выходов устройства 10 в соответствии с формулой (5).

Интервал времени Т1. ..Т2 выбирается из условия обеспечения установившегося процесса отработки системой управления программных сигналов (5). В этом интервале времени объект 5 движется по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

В диапазоне времени Т2...Т3 определяется величина фазовой связи каналов объекта 5 в следующей последовательности.

1. На выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24 формируются вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (6)-(13).

Использование преобразований Фурье (6)-(13) позволяет формировать вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд при наличии помех в измеряемых сигналах.

2. На выходах первого, второго, третьего и четвертого сумматоров 25, 26, 27 и 28 формируются ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (14)-(17).

3. На выходе устройства 31 вычисляется угол разворота вектора координат в соответствии с формулой (19).

4. На выходе устройства 32 вычисляется угол разворота вектора команд в соответствии с формулой (21).

5. На выходе устройства 33 вычисляется величина фазовой связи каналов объекта 5 в соответствии с формулой (22)

Интервал времени Т2...Т3 выбирается из условия обеспечения определения величины фазовой связи каналов объекта 5 и задается не менее 1-1,5 периодов программного сигнала. В этом интервале времени объект 5 продолжает двигаться по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

При времени управления больше Т3 на третий вход устройства 8 подаются запомненные компенсирующие сигнал по фазовой связи каналов объекта 5.

В диапазоне времени Т3...Т4 определяется величина изменения коэффициента передачи по каналам объекта 5 в следующей последовательности.

1. На выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24 формируются вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (6)-(13).

Использование преобразований Фурье (6)-(13) позволяет формировать вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд при наличии помех в измеряемых сигналах.

2. На выходах первого, второго, третьего и четвертого сумматоров 25, 26, 27 и 28 формируются ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (14)-(17).

3. На выходе устройства 34 вычисляется величина изменения коэффициента передачи в вертикальном канале объекта 5:



4. На выходе устройства 34 вычисляется величина изменения коэффициента передачи в горизонтальном канале объекта 5:

(25)

При времени управления больше Т4 осуществляется прекращение подачи сигналов с выхода устройства 10 и на управляющие входы устройств 6, 7 подаются запомненные компенсирующие сигнал (24), (25) по изменению коэффициента передачи по каналам объекта 5. В этом интервале времени объект 5 движется по своей траектории без колебаний, вызванных наличием в объекте 5 фазовой связи каналов, и изменения коэффициента передачи по каналам.

Приведенный анализ показывает, что обеспечивается повышение точности работы системы управления при фазовой связи каналов и изменении коэффициента передачи объекта обеспечивается в условиях воздействия возмущающих факторов, помех и маневрах слежения.

Второй вариант системы управления с устройством вычисления коэффициента и фазы, реализующие предлагаемые способы определения и управления объектом, работает следующим образом.

Рассмотрим работу системы управления. Входной сигнал поступает в вертикальном и горизонтальном каналах на первые входы соответственно первого блока формирования ошибки 1, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода объекта управления 5, и второго блока формирования ошибки 2, на второй вход которого поступает сигнал со второго выхода объекта управления 5. На выходе первого блока формирования ошибки 1 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине отклонения выходной координаты объекта Fвыху(t) от входного сигнала Fвxy(t) в вертикальной плоскости управления: Fy(t)=Fвxy(t)-Fвыху(t), а на выходе второго блока формирования ошибки 2 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине отклонения выходной координаты объекта Fвыхz(t) от входного сигнала Fвxz(t) в горизонтальной плоскости управления: Fz(t)=Fвxz(t)-Fвыхz(t). Сигнал с выхода первого блока формирования ошибки 1 преобразуется первым корректирующим фильтром 11, входной сигнал которого подается на первый вход устройства вычисления коэффициента и угла 9, первым сумматором 3, на первый вход которого подается сигнал с первого выхода устройства 10, и первым усилителем 6, на управляющий вход которого подается через первый блок управления 13 сигнал, пропорциональный величине коэффициента передачи объекта 5, с первого выхода устройства вычисления коэффициента и угла 9, и поступает на первый вход фазового вращателя 8. Сигнал с выхода второго блока формирования ошибки 2 преобразуется вторым корректирующим фильтром 12, входной сигнал которого подается на второй вход устройства вычисления коэффициента и угла 9, вторым сумматором 4, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода устройства 10, и вторым усилителем 7, на управляющий вход которого подается через второй блок управления 14 сигнал, пропорциональный величине коэффициента передачи объекта 5, со второго выхода устройства вычисления коэффициента и угла 9, и поступает на второй вход фазового вращателя 8. Сигналы с третьего и четвертого выходов задатчика программных сигналов 10 поступают соответственно на пятый и шестой входы устройства вычисления коэффициента и угла 9, с третьего выхода которого подается сигнал, пропорциональный величине фазовой связи каналов, через третий блок управления 15 на третий вход фазового вращателя 8. Сигнал с первого выхода фазового вращателя 8 подается на первый вход объекта управления 5. Сигнал со второго выхода фазового вращателя 8 - на второй вход объекта управления 5. Гироскоп 16 раскладывает входные сигналы объекта управления 5 и подает их на первый и второй рулевой приводы 17, 18. Изменение положения рулей приводов 17, 18 приводят к изменению в пространстве положения планера 19 и координат объекта управления 5 на его первом и втором выходах через кинематические соотношения 20. Преобразованные таким образом сигналы ошибки в вертикальной и горизонтальной плоскостях Fy(t) и Fz(t) в сигналы управления Uy(t) и Uz(t) с первого и второго выходов фазового вращателя 8 воздействуют на объект управления 5. Направление на объект 5 в вертикальной и горизонтальных плоскостях Fвыху(t) и Fвыхz(t) смещается в пространстве, и исходные угловые рассогласования Fy(t) и Fz(t) между направлениями на объект слежения Fвxy(t) и Fвxz(t) и на объект 5 Рвыху(1) и Fвыхz(t) уменьшаются.

Первый вариант устройства вычисления коэффициента и угла работает так.

На первый и второй входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23, 24 поступают программные сигналы соответственно с первого и второго выходов задатчика 10. Сигналы, поступающие на первый, второй, третий и четвертые входы устройства 9, подаются соответственно на третий вход первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24. Сигнал с первого выхода первого преобразователя Фурье 21 подается на второй вход второго сумматора 26, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода второго преобразователя Фурье 22. Сигнал с первого выхода второго преобразователя Фурье 22 подается на первый вход первого сумматора 25, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода первого преобразователя Фурье 21. Сигнал с выхода первого сумматора 25 подается на вторые входы устройства 29 и 31, на первые входы которых поступает сигнал с выхода второго сумматора 26. Сигнал с первого выхода третьего преобразователя Фурье 23 подается на второй вход четвертого сумматора 28, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с первого выхода четвертого преобразователя Фурье 24 подается на первый вход третьего сумматора 27, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с выхода третьего сумматора 27 подается на вторые входы устройства 30 и 32, на первые входы которых поступает сигнал с выхода четвертого сумматора 28. Сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора координат, с выхода устройства 31 поступает на второй вход устройства вычисления фазы 33, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора команд, с выхода устройства 32. Сигнал, пропорциональный величине модуля вектора координат, с выхода устройства 29 поступает на второй вход устройства вычисления коэффициента 34, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине модуля вектора команд, с выхода устройства 30. Сигнал с выхода устройства 34 соответствует сигналу с первого и второго выходов устройства 9, а сигнал с выхода устройства 33 соответствует сигналу с третьего выхода устройства 9. Второй вариант устройства вычисления коэффициента и угла работает так.

На первый и второй входы первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23, 24 поступают программные сигналы соответственно с первого и второго выходов задатчика 10. Сигналы, поступающие на первый, второй, третий и четвертые входы устройства 9, подаются соответственно на третий вход первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24. Сигнал с первого выхода первого преобразователя Фурье 21 подается на второй вход второго сумматора 26, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода второго преобразователя Фурье 22. Сигнал с первого выхода второго преобразователя Фурье 22 подается на первый вход первого сумматора 25, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода первого преобразователя Фурье 21. Сигнал с выхода первого сумматора 25 подается на второй вход устройства 31, на первый вход которого поступает сигнал с выхода второго сумматора 26. Сигнал с первого выхода третьего преобразователя Фурье 23 подается на второй вход четвертого сумматора 28, на первый вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с первого выхода четвертого преобразователя Фурье 24 подается на первый вход третьего сумматора 27, на второй вход которого подается сигнал со второго выхода третьего преобразователя Фурье 23. Сигнал с выхода третьего сумматора 27 подается на второй вход устройства 32, на первый вход которого поступает сигнал с выхода четвертого сумматора 28. Сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора координат, с выхода устройства 31 поступает на второй вход устройства вычисления фазы 33, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине угла разворота вектора команд, с выхода устройства 32. Сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора координат, с выхода устройства 25 поступает на второй вход первого устройства вычисления коэффициента 34, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора команд, с выхода устройства 27. Сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора координат, с выхода устройства 26 поступает на второй вход второго устройства вычисления коэффициента 35, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине ортогональной составляющей модуля вектора команд, с выхода устройства 28. Сигналы с выходов устройств 34, 35 являются сигналами соответственно с первого и второго выходов устройства 9, а сигнал с выхода устройства 33 соответствует сигналу с третьего выхода устройства 9.

Циклограмма работы второго варианта системы управления с первым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла следующая.

Т0 - момент времени начала работы системы управления.

Т1 - момент времени начала подачи сигналов с выхода устройства 10.

Т2 - момент времени начала определения величины фазовой связи каналов объекта 5 и изменения коэффициента передачи объекта 5.

Т3 - момент времени начала подачи компенсирующих сигналов на управляющие входы устройств 6, 7 и третий вход устройства 8 соответственно через блоки управления 13, 14 и 15.

Т4 - момент времени окончания определения величины фазовой связи каналов объекта 5 и изменения коэффициента передачи объекта 5, подачи запомненных компенсирующих сигналов с выходов первого, второго и третьего блоков управления 13, 14, 15 соответственно на управляющие входы устройства 6, 7 и третий вход устройства 8 и прекращения подачи сигналов с выхода устройства 10.

Циклограмма работы второго варианта системы управления со вторым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла следующая.

Т0 - момент времени начала работы системы управления.

Т1 - момент времени начала подачи сигналов с выхода устройства 10.

Т2 - момент времени начала определения величины фазовой связи каналов объекта 5.

Т3 - момент времени начала подачи компенсирующих сигналов на третий вход устройства 8 через блок управления 15.

Т4 - момент времени окончания определения величины фазовой связи каналов объекта 5, подачи запомненного компенсирующего сигнала с выхода третьего блока управления 15 на третий вход устройства 8 и начала определения величины изменения коэффициентов передачи по каналам объекта 5.

Т5 - момент времени начала подачи компенсирующих сигналов на управляющие входы устройства 6, 7 соответственно через блоки управления 13, 14.

Т6 - момент времени окончания определения величины коэффициентов передачи объекта по каналам 5, подачи запомненного компенсирующих сигналов с выходов первого и второго блоков управления 13, 14 соответственно на управляющие входы устройств 6, 7 и прекращения подачи сигналов с выхода устройства 10.

В первом варианте реализации системы управления повышение надежности достигается путем

- определения модуля и угла разворота вектора координат с помощью преобразования Фурье на элементах 21, 22, 25, 26, 29, 31;

- определения модуля и угла разворота вектора команд с помощью преобразования Фурье на элементах 23, 24, 27, 28, 30, 32;

- определения величины фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 на выходе устройства 9 на интервале времени подачи программных сигналов на выходе устройства 10 с помощью элементов 33, 34 и 35;

- компенсации фазовой связи каналов объекта 5 с помощью устройств 8, 15;

- компенсация изменения коэффициента передачи объекта 5 с помощью устройств 6, 7, 13 и 14;

- определенной последовательностью соединения вновь вводимых элементов 6-9, 23, 24, 28-35 и выполнением определенных параметрических соотношений.

Обосновать работу второго варианта системы управления с первым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла можно следующим образом.

В диапазоне времени Т0...Т1 осуществляется начало управления объектом 5.

Из-за наличия фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 наблюдается в этом диапазоне времени перетекание команд управления из одного канала в другой, что приводит к разбалтыванию объекта 5 относительно его траектории движения.

В диапазоне времени Т1...Т2 в вертикальный и горизонтальный каналы системы управления осуществляется подача программных сигналов с первого и второго выходов устройства 10 в соответствии с формулой (5).

Интервал времени Т1. ..Т2 выбирается из условия обеспечения установившегося процесса отработки системой управления программных сигналов (5). В этом интервале времени объект 5 движется по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

В диапазоне времени Т2...Т3 определяется величина фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 в следующей последовательности.

1. На выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24 формируются вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (6)-(13).

Использование преобразований Фурье (6)-(13) позволяет формировать вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд при наличии помех в измеряемых сигналах.

2. На выходах первого, второго, третьего и четвертого сумматоров 25, 26, 27 и 28 формируются ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (14)-(17).

3. На выходах устройств 29 и 31 вычисляется модуль и угол разворота вектора координат в соответствии с формулами (18)-(19).

4. На выходах устройств 30 и 32 вычисляется модуль и угол разворота вектора команд в соответствии с формулами (20)-(21).

5. На выходе устройства 33 вычисляется величина фазовой связи каналов объекта 5 в соответствии с формулой (22).

6. На выходе устройства 34 вычисляется величина изменения коэффициента передачи объекта 5 в соответствии с формулой (23).

Интервал времени Т2...Т3 выбирается из условия обеспечения определения величины фазовой связи каналов и изменения коэффициента объекта 5 и задается не менее 1-1,5 периодов программного сигнала. В этом интервале времени объект 5 продолжает двигаться по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

В диапазоне времени Т3...Т4 продолжается расчет сигналов (3)-(23) и подаются компенсирующий сигнал по фазовой связи каналов (22) через третий блок управления 13 на третий вход устройства 8 и компенсирующие сигналы по изменению коэффициента передачи (23) объекта 5 на управляющие входы устройств 6, 7 через соответственно первый и второй блоки управления 14, 15. При этом сигналы с первого и второго выходов устройства 9 стремятся к нулю, а сигнал с третьего выхода устройства 9 стремится к нулю. На выходе первого и второго блоков управления 13, 14 формируется сигнал, пропорциональный изменению коэффициента передачи объекта 5, а на выходе третьего блока управления 15 формируется сигнал, пропорциональный фазовой связи каналов объекта 5. С помощью первого, второго и третьего блоков управления 13, 14, 15 обеспечивается более точная отработка компенсирующих сигналов по фазовой связи каналов и изменению коэффициента передачи объекта 5, чем в первом варианте реализации системы управления. Это связано с тем, что регулирование в этом случае осуществляется по отклонению.

Интервал времени Т3. ..Т4 выбирается из условия обеспечения завершения переходных процессов по регулированию компенсации величины фазовой связи каналов и изменения коэффициента объекта 5.

При времени управления больше Т4 осуществляется прекращение подачи сигналов с выхода устройства 10, а на третий вход устройства 8 и управляющие входы устройств 6, 7 подаются запомненные компенсирующие сигнал по фазовой связи каналов и изменению коэффициента передачи объекта 5 соответственно с выходов первого, второго и третьего блоков управления 13, 14, 15. В этом интервале времени объект 5 движется по своей траектории без колебаний, вызванных наличием в объекте 5 фазовой связи каналов и изменением коэффициента передачи.

Обосновать работу второго варианта системы управления со вторым вариантом устройства вычисления коэффициента и угла можно следующим образом.

В диапазоне времени Т0...Т1 осуществляется начало управления объектом 5.

Из-за наличия фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи объекта 5 наблюдается в этом диапазоне времени перетекание команд управления из одного канала в другой, что приводит к разбалтыванию объекта 5 относительно его траектории движения.

В диапазоне времени Т1...Т2 в вертикальный и горизонтальный каналы системы управления осуществляется подача программных сигналов с первого и второго выходов устройства 10 в соответствии с формулой (5).

Интервал времени Т1. ..Т2 выбирается из условия обеспечения установившегося процесса отработки системой управления программных сигналов (5). В этом интервале времени объект 5 движется по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

В диапазоне времени Т2...Т3 определяется величина фазовой связи каналов объекта 5 в следующей последовательности.

1. На выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24 формируются вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (6)-(13).

Использование преобразований Фурье (6)-(13) позволяет формировать вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд при наличии помех в измеряемых сигналах.

2. На выходах первого, второго, третьего и четвертого сумматоров 25, 26, 27 и 28 формируются ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (14)-(17).

3. На выходе устройства 31 вычисляется угол разворота вектора координат в соответствии с формулой (19).

4. На выходе устройства 32 вычисляется угол разворота вектора команд в соответствии с формулой (21).

5. На выходе устройства 33 вычисляется величина фазовой связи каналов объекта 5 в соответствии с формулой (22)

Интервал времени Т2...Т3 выбирается из условия обеспечения определения величины фазовой связи каналов объекта 5 и задается не менее 1-1,5 периодов программного сигнала. В этом интервале времени объект 5 продолжает двигаться по программной траектории относительно номинальной траектории движения.

В диапазоне времени Т3...Т4 продолжают формироваться сигналы (3)-(22) и подаются компенсирующий сигнал по фазовой связи каналов (22) через третий блок управления 15 на третий вход устройства 8. При этом сигнал с третьего выхода устройства 9 стремится к нулю. На выходе третьего блока управления 15 формируется сигнал, пропорциональный фазовой связи каналов объекта 5. С помощью третьего блока управления 15 обеспечивается более точная отработка компенсирующих сигналов по фазовой связи каналов объекта 5, чем в первом варианте реализации системы управления. Это связано с тем, что регулирование в этом случае осуществляется по отклонению.

Интервал времени Т3. ..Т4 выбирается из условия обеспечения завершения переходных процессов по регулированию компенсации величины фазовой связи каналов объекта 5.

При времени управления больше Т4 на третий вход устройства 8 подается запомненный компенсирующий сигнал по фазовой связи каналов объекта 5 с выхода третьего блока управления 15.

В диапазоне времени Т4...Т5 определяется величина изменения коэффициента передачи по каналам объекта 5 в следующей последовательности.

1. На выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей Фурье 21, 22, 23 и 24 формируются вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (6)-(13).

Использование преобразований Фурье (6)-(13) позволяет формировать вертикальные и горизонтальные ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд при наличии помех в измеряемых сигналах.

2. На выходах первого, второго, третьего и четвертого сумматоров 25, 26, 27 и 28 формируются ортогональные составляющие вектора координат и вектора команд в соответствии с формулами (14)-(17).

3. На выходе устройства 34 вычисляется величина изменения коэффициента передачи в вертикальном канале объекта 5 в соответствии с формулой (24).

4. На выходе устройства 34 вычисляется величина изменения коэффициента передачи в горизонтальном канале объекта 5 в соответствии с формулой (25).

В диапазоне времени Т5...Т6 продолжают формироваться сигналы (3)-(18), (20), (24) и (25) и подаются компенсирующие сигналы (24), (25) по изменению коэффициента передачи по каналам объекта 5 на управляющие входы устройств 6, 7 через соответственно первый и второй блоки управления 13, 14. При этом сигналы с первого и второго выходов устройства 9 стремятся к нулю. На выходе первого и второго блоков управления 13, 14 формируется сигнал, пропорциональный изменению коэффициента передачи по каналам объекта 5. С помощью первого и второго блоков управления 13, 14 обеспечивается более точная отработка компенсирующих сигналов изменения коэффициента передачи по каналам объекта 5, чем в первом варианте реализации системы управления. Это связано с тем, что регулирование в этом случае осуществляется по отклонению.

Интервал времени Т5. ..Т6 выбирается из условия обеспечения завершения переходных процессов по регулированию компенсации величины изменения коэффициента передачи по каналам объекта 5.

При времени управления больше Т6 осуществляется прекращение подачи сигналов с выхода устройства 10, а на третий вход устройства 8 и управляющие входы устройств 6, 7 подаются запомненные компенсирующие сигнал по фазовой связи каналов и изменению коэффициента передачи объекта 5 с выходов соответственно первого, второго и третьего блоков управления 13, 14, 15. В этом интервале времени объект 5 движется по своей траектории без колебаний, вызванных наличием в объекте 5 фазовой связи каналов и изменения коэффициента передачи по каналам.

Приведенный анализ показывает, что повышение точности работы системы управления при фазовой связи каналов и изменении коэффициента передачи объекта обеспечивается в условиях воздействия возмущающих факторов, помех и маневрах объекта слежения.

Следовательно, использование новых элементов 6-9, 23, 24, 28-35, соединенных в соответствии с фиг. 1, 2, 3 и 4 с указанными характеристиками (1)-(25) в предлагаемой системе управления, выгодно отличает предлагаемые технические решения от прототипа, так как обеспечивает повышение точности работы системы управления при фазовой связи каналов и изменении коэффициента передачи объекта в условиях воздействия помех и маневрах объекта слежения.

Источники информации

1. Лебедев А.А., Карабанов В.А. Динамика систем управления беспилотными летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1965, с.28-30, рис.1.7.

2. Боднер В. А. Теория автоматического управления полетом. М.: Наука, 1964, с.290-293, рис.7.7-7.9.

3. Дудка В. Д., Парфенов Ю.Л. Двухканальный автопилот со стабилизацией фазового сдвига рулевых приводов на частоте вращения ракеты // В кн.: Проблемы проектирования и производства систем и комплексов. - Тула: ТГУ, 1999, с.360- 362.

4. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М.: Радио и связь, 1981.

5. Кочетов В.Т., Половко А.М., Пономарев В.М. Теория систем телеуправления и самонаведения ракет. М.: Наука, 1964.

6. Горбацевич Е. Д., Левинзон Ф.Ф. Аналоговое моделирование систем управления. - М.: Наука, 1984.

7. Проектирование специализированных информационно-вычислительных систем. М., "Высшая школа", 1984. Под ред. Ю.М.Смирнова.

8. Энциклопедия кибернетики. Гл. ред. Украинской советской энциклопедии. Киев, 1974. Том 2.