способ и устройство управления стабилизируемым параметром подвижного объекта
Классы МПК: | G05D1/08 управление пространственным положением объекта, например управление по крену, тангажу и(или) скольжению |
Автор(ы): | Романенко Л.Г., Романенко Г.Л., Зайцев С.В., Ганева А.А. |
Патентообладатель(и): | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-12-29 публикация патента:
10.07.2003 |
Изобретение относится к системам автоматического регулирования полета и может быть использовано для уменьшения отклонения стабилизируемого параметра подвижных объектов от опорного значения под действием возмущений. Технический результат заключается в повышении эффективности парирования возмущений, действующих на объект, и сокращении времени переходного процесса по стабилизируемому параметру. Способ управления заключается в том, что управляющий сигнал формируют в виде суммы двух сигналов, один из которых представляет собой измеренное отклонение стабилизируемого параметра от опорного значения, а второй сигнал является нелинейным и зависит от скорости изменения стабилизируемого параметра, полученный управляющий сигнал преобразуют в угловое перемещение рулевого органа. Устройство управления стабилизируемым параметром подвижного объекта содержит измеритель отклонения стабилизируемого параметра от опорного значения, измеритель скорости изменения стабилизируемого параметра, рулевой агрегат, суммирующий усилитель, блок формирования нелинейного управляющего сигнала, в состав которого входят блок вычисления модуля, блок усилителя с нечувствительностью, три блока умножения, сумматор, релейный блок. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ управления стабилизируемым параметром полета подвижного объекта, по которому производят измерение скорости изменения стабилизируемого параметра и измерение отклонения стабилизируемого параметра полета от опорного значения, подают упомянутое измеренное отклонение на первый вход суммирующего усилителя, сигнал с выхода которого преобразуют в угловое перемещение рулевого органа, отличающийся тем, что дополнительно производят формирование нелинейного управляющего сигнала вида
где



где М - некоторый постоянный коэффициент,


где

сформированный нелинейный управляющий сигнал подают на второй вход суммирующего усилителя. 2. Устройство управления стабилизируемым параметром полета подвижного объекта, содержащее измеритель отклонения стабилизируемого параметра полета от опорного значения, выход которого соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, измеритель скорости изменения стабилизируемого параметра, рулевой агрегат, вход которого соединен с выходом первого суммирующего усилителя, действующий через силовой бустер на рулевой орган, отличающееся тем, что дополнительно введен блок формирования нелинейного управляющего сигнала вида

где



где М - некоторый постоянный коэффициент,


где

первый вход которого соединен с выходом измерителя отклонения стабилизируемого параметра от опорного значения, второй вход соединен с выходом измерителя скорости изменения стабилизируемого параметра и выход которого соединен со вторым входом первого суммирующего усилителя, содержащий последовательно соединенные блок вычисления модуля и блок усилителя с нечувствительностью, третий блок умножения и релейный блок, выходная характеристика которого имеет вид

где x - значение сигнала на входе релейного блока;
y - значение сигнала на выходе релейного блока,
а также первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом блока усилителя с нечувствительностью, второй вход которого соединен с выходом релейного блока, а выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого, соединенный со вторым входом второго блока умножения и вторым входом третьего блока умножения, является вторым входом блока формирования нелинейного управляющего сигнала, а выход которого является выходом блока формирования нелинейного управляющего сигнала, первым входом блока формирования нелинейного управляющего сигнала является вход блока вычисления модуля, соединенный с первым входом третьего блока умножения. 3. Устройство управления стабилизируемым параметром полета подвижного объекта по п.2, отличающееся тем, что блок усилителя с нечувствительностью содержит усилитель, вход которого является входом блока усилителя с нечувствительностью, выход которого соединен с первым входом второго суммирующего усилителя, последовательно соединенные инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя, и усилитель с насыщением, выход которого соединен со вторым входом второго суммирующего усилителя, выход которого является выходом блока усилителя с нечувствительностью.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам автоматического регулирования полета и может быть использовано для уменьшения отклонения стабилизируемого параметра подвижных объектов типа самолет, вертолет, экраноплан, дельталет и подобных от опорного значения под действием возмущений. Известен способ управления центром масс экраноплана в вертикальной плоскости (высотой полета) путем отклонения рулевого органа - закрылков (Диомидов В.Б. Автоматическое управление движением экранопланов. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ "Электроприбор", 1996)-[1, с.109]. Способ включает в себя измерение стабилизируемого параметра - отклонения высоты полета от опорного значения и скорости изменения стабилизируемого параметра - вертикальной скорости полета, усиление измеренных величин, формирование управляющих сигналов, суммирование управляющих сигналов с последующим преобразованием полученного сигнала в угловое перемещение закрылков. Известно устройство управления центром масс экраноплана в вертикальной плоскости (высотой полета) путем отклонения рулевого органа - закрылков - [1, с.109, 111], реализующее закон управления вида
содержащее измеритель стабилизируемого параметра - отклонения текущей высоты полета от опорного значения, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя, измеритель скорости отклонения стабилизируемого параметра - вертикальной скорости, выход которого соединен со вторым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом рулевого агрегата, воздействующего через силовой бустер на закрылки. В качестве прототипа взят способ управления угловым движением экраноплана путем отклонения рулевого органа - руля высоты - [1, с.86]. Способ включает в себя измерение стабилизируемого параметра - отклонения текущего значения угла тангажа от опорного значения и скорости изменения стабилизируемого параметра - угловой скорости, формирование управляющих сигналов, суммирование управляющих сигналов с последующим преобразованием полученного сигнала в угловое перемещение руля высоты. Известно устройство управления угловым движением экраноплана путем отклонения рулевого органа - руля высоты - [1, с.100], реализующее закон управления вида






содержащее измеритель стабилизируемого параметра - отклонения угла тангажа от опорного значения, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя, измеритель скорости изменения стабилизируемого параметра - угловой скорости, выход которого соединен со вторым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен со входом рулевого агрегата, воздействующего через силовой бустер на закрылки. Характерными для подвижного объекта являются возмущения, вызванные порывами ветра. Для низколетящих подвижных объектов наиболее неблагоприятными являются возмущения в виде горизонтальных порывов ветра, которые вызывают подлет или, что более опасно, просадку подвижного объекта (особенно существенно для низколетящего самолета и дельталета, вертолета в режиме висения на небольших высотах, а также экраноплана - вплоть до касания корпусом подстилающей поверхности). Для эффективного противодействия порывам ветра необходимо увеличить коэффициент демпфирования подвижного объекта: при этом уменьшится отклонение стабилизируемого параметра от опорного значения под действием возмущения, но возрастет время переходного процесса, в течение которого подвижный объект вернется к опорному значению стабилизируемого параметра полета по окончании действия возмущения. Для более эффективного противодействия возмущениям и сокращения времени переходного процесса по стабилизируемому параметру необходимо использовать переменное демпфирование, зависящее от характера движения подвижного объекта и величины отклонения стабилизируемого параметра от опорного значения. В аналоге и прототипе возможность изменения коэффициента демпфирования отсутствует. Ставится задача создания способа и устройства управления стабилизируемым параметром полета подвижного объекта путем отклонения рулевого органа с эффективным парированием ветровых возмущений. Поставленная задача достигается тем, что по способу, по которому производят измерение скорости изменения стабилизируемого параметра и отклонения стабилизируемого параметра полета от опорного значения, формирование управляющих сигналов, суммирование управляющих сигналов с последующим преобразованием полученного сигнала в угловое перемещение рулевого органа, дополнительно производят формирование нелинейного управляющего сигнала вида

где



где М - некоторый постоянный коэффициент,


где


где



где М - некоторый постоянный коэффициент,


где

первый вход которого соединен с выходом измерителя отклонения стабилизируемого параметра от опорного значения, второй вход соединен с выходом измерителя скорости изменения стабилизируемого параметра и выход которого соединен со вторым входом первого суммирующего усилителя, содержащий последовательно соединенные блок вычисления модуля и блок усилителя с нечувствительностью, третий блок умножения и релейный блок, выходная характеристика которого имеет вид

где х - значение сигнала на входе релейного блока, y - значение сигнала на выходе релейного блока,
а также первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом блока усилителя с нечувствительностью, второй вход которого соединен с выходом релейного блока и выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого является выходом блока формирования нелинейного управляющего сигнала, а второй вход, соединенный со вторым входом второго блока умножения и вторым входом третьего блока умножения, является вторым входом блока формирования нелинейного управляющего сигнала, выход которого является выходом блока формирования нелинейного управляющего сигнала, первым входом блока формирования нелинейного управляющего сигнала является вход блока вычисления модуля, соединенный с первым входом третьего блока умножения; блок усилителя с нечувствительностью содержит усилитель, вход которого является входом блока усилителя с нечувствительностью и выход которого соединен с первым входом второго суммирующего усилителя, последовательно соединенные инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя, и усилитель с насыщением, выход которого соединен со вторым входом второго суммирующего усилителя, выход которого является выходом блока усилителя с нечувствительностью. Сущность изобретения поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для управления стабилизируемым параметром подвижного объекта; на фиг.2 - блок-схема реализации блока формирования нелинейного управляющего сигнала; на фиг.3 - блок усилителя с нечувствительностью. Устройство содержит:
1 - измеритель отклонения стабилизируемого параметра полета от опорного значения;
2 - измеритель скорости изменения стабилизируемого параметра полета;
3 - блок формирования нелинейного управляющего сигнала;
4 - первый суммирующий усилитель;
5 - рулевой агрегат;
6 - силовой бустер. Приняты следующие обозначения:
ix




7 - блок вычисления модуля;
8 - блок усилителя с нечувствительностью;
9 - первый блок умножения;
10 - второй блок умножения;
11 - сумматор;
12 - третий блок умножения;
13 - релейный блок. Блок формирования нелинейного управляющего сигнала содержит последовательно соединенные блок вычисления модуля 7 и блок усилителя с нечувствительностью 8, третий блок умножения 12 и релейный блок 13, выходная характеристика которого имеет вид

где х - значение сигнала на входе релейного блока 13, y - значение сигнала на выходе релейного блока 13,
а также первый блок умножения 9, первый вход которого соединен с выходом блока усилителя с нечувствительностью 8, второй вход которого соединен с выходом релейного блока 13, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения 10, выход которого соединен с первым входом сумматора 11, второй вход которого, соединенный со вторым входом второго блока умножения 10 и вторым входом третьего блока умножения 12, является вторым входом блока формирования нелинейного управляющего сигнала 3, а выход которого является выходом блока формирования нелинейного управляющего сигнала 3, первым входом блока формирования нелинейного управляющего сигнала 3 является вход блока вычисления модуля 7, соединенный с первым входом третьего блока умножения 12. Блок усилителя с нечувствительностью содержит (фиг.3):
14 - усилитель;
15 - второй суммирующий усилитель;
16 - инвертор;
17 - усилитель с насыщением. Блок усилителя с нечувствительностью 8 содержит усилитель 14, вход которого является входом блока усилителя с нечувствительностью 8 и выход которого соединен с первым входом второго суммирующего усилителя 15, последовательно соединенные инвертор 16, вход которого соединен с выходом усилителя 14, и усилитель с насыщением 17, выход которого соединен со вторым входом второго суммирующего усилителя 15, выход которого является выходом блока усилителя с нечувствительностью 8. Работа устройства происходит следующим образом. При появлении возмущающего воздействия происходит отклонение стабилизируемого параметра полета от опорного значения. Сигнал ix



где



где М - некоторый постоянный коэффициент,


где




где




Класс G05D1/08 управление пространственным положением объекта, например управление по крену, тангажу и(или) скольжению