RU2662331C1

RU2662331C1 - Modeling complex for debugging control system of autonomous mobile unit

Info

Publication number: RU2662331C1
Application number: RU2017140582A
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Каманин; Андрей Григорьевич Юрескул; Александр Николаевич Попадьин
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон"
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-07-25

Abstract

FIELD: computer equipment.

SUBSTANCE: invention relates to complex modeling devices used in the design and testing of complex control systems for autonomous mobile units (AMUs) for various purposes, for example, air or sea. Simulation complex for debugging the control system of an autonomous mobile object comprising AMU simulator coupled to a control signal generation device, AMU actuator unit, a control panel, an information recording device and a rotary table, a hinge moment simulator and a hinge moment simulator. Hinged torque simulator contains an electrohydraulic pump unit to which the power drives of the hinge moment simulator are connected, each of which contains a control unit.

EFFECT: technical result of the invention is an increase in the reliability of the reaction of the apparatus of an autonomous mobile object to external disturbances.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к комплексным моделирующим устройствам, используемым при проектировании и испытаниях сложных систем управления автономными подвижными объектами (АПО) различного назначения, например, воздушными, такими, как беспилотные летательные аппараты, или морскими.The invention relates to complex modeling devices used in the design and testing of complex control systems for autonomous moving objects (APO) for various purposes, for example, airborne, such as unmanned aerial vehicles, or marine.

Известно, что развитие судостроения характеризуется появлением новых типов морских АПО [1]. Наряду с обычными водоизмещающими судами и подводными аппаратами созданы суда с динамическими принципами поддержания, глубоководные стабилизируемые аппараты. Некоторые традиционные АПО используются в необычных режимах. Примерами этого являются буровые суда, комплексы для проведения научно-исследовательских, геолого-географических, поисково-разведочных работ и добычи полезных ископаемых на шельфе и в океане.It is known that the development of shipbuilding is characterized by the emergence of new types of marine APO [1]. Along with conventional displacement vessels and underwater vehicles, vessels with dynamic principles of maintenance and deep-sea stabilized vehicles have been created. Some traditional APOs are used in unusual modes. Examples of this are drilling vessels, complexes for conducting research, geological, geographic, exploration and mining operations on the shelf and in the ocean.

Для новых типов АПО автоматическое управление движением приобретает особое значение и оказывается необходимым для обеспечения высокой эффективности их функционирования и безопасности. В общем объеме технических средств АПО доля систем управления движением все время возрастает [1].For new types of APO, automatic motion control is of particular importance and is necessary to ensure their high efficiency and safety. In the total volume of APO technical facilities, the share of traffic control systems is growing all the time [1].

В связи с увеличением скорости, дальности движения и маневренности АПО, повышением требуемой точности решения навигационных и других задач, а также нагрузок, действующих на АПО в процессе эксплуатации, неуклонно возрастают трудности обеспечения заданного уровня таких показателей, как работоспособность, надежность и ресурс.Due to the increase in the speed, range and maneuverability of the APO, the increase in the required accuracy of solving navigation and other problems, as well as the loads acting on the APO during operation, the difficulties of ensuring a given level of indicators such as performance, reliability and resource are steadily increasing.

Уровень качества можно установить расчетным путем. Однако в процессе проектирования и изготовления аппаратуры бортовых систем управления АПО могут встречаться различные отклонения от заданных характеристик, некоторые отклонения технологических процессов и т.д. Это существенно снижает достоверность данных, полученных расчетом.The quality level can be set by calculation. However, in the process of designing and manufacturing the equipment of onboard APO control systems, various deviations from specified characteristics, some deviations of technological processes, etc. can be encountered. This significantly reduces the reliability of the data obtained by the calculation.

Фактический уровень качества АПО и его бортовых систем устанавливают с помощью наземных испытаний. В связи с высокой стоимостью и опасностью натурных испытаний естественно стремление к их сокращению за счет увеличения объема и всестороннего совершенствования менее дорогостоящих и практически безопасных для жизни людей наземных испытаний. Объем этих испытаний на основных этапах создания и производства высокотехнологических АПО непрерывно возрастает.The actual quality level of the APO and its on-board systems is established using ground tests. Due to the high cost and danger of full-scale tests, the desire to reduce them by increasing the volume and comprehensively improving less expensive and practically safe ground tests for people is natural. The volume of these tests at the main stages of the creation and production of high-tech APO is constantly increasing.

Технологические характеристики, надежность, ресурс, а также трудоемкость и цикл изготовления современных АПО в значительной степени зависят от технического совершенства и оснащенности технологических процессов испытаний и контроля бортовых систем [2].Technological characteristics, reliability, resource, as well as the complexity and production cycle of modern APOs largely depend on the technical perfection and equipment of technological processes for testing and monitoring on-board systems [2].

В связи с вышеизложенным, современные тенденции в развитии техники требуют воспроизведения и дополнения условий натурных испытаний АПО испытаниями на земле в условиях максимального оснащения функциональными системами сбора и обработки данных для принятия решения о работоспособности системы управления (СУ) АПО, прогнозирования и дополнения результатов натурных испытаний, а в процессе натурных испытаний проверяются только основные характеристики СУ. Правильное прогнозирование натурных испытаний позволяет извлечь из ограниченного числа пусков максимально возможную информацию при ограниченных затратах экономических ресурсов.In connection with the foregoing, current trends in the development of technology require reproducing and supplementing the conditions of field tests of APO with tests on the ground under conditions of maximally equipping functional systems for collecting and processing data to decide on the operability of the control system (SU) of APO, forecasting and supplementing the results of field tests, and in the process of field testing, only the main characteristics of the SU are checked. Correct forecasting of full-scale tests makes it possible to extract the maximum possible information from a limited number of launches at a limited cost of economic resources.

При проектировании и испытании сложных СУ АПО получили распространение методы моделирования. От правильного решения задачи моделирования зависит качество АПО и другие технико-экономические его показатели.In the design and testing of complex SU APO, modeling methods have become widespread. From the correct solution of the modeling problem depends on the quality of the APO and its other technical and economic indicators.

Важной проблемой моделирования являются обеспечение требуемой высокой точности, повышение достоверности проверки аппаратуры. При этом введение в состав стенда моделирования нового оборудования объясняется многими причинами: увеличением сложности бортовых систем и их элементов, что приводит к необходимости контроля все большего числа параметров: увеличением уровня, длительности приложения и усложнением спектра нагрузок, действующих на аппарат при его движении, которые необходимо имитировать в процессе наземных испытаний; стремлением к одновременному воспроизведению нагрузок различной физической природы с целью приближения условий наземных испытаний к реальным и т.д.An important modeling problem is the provision of the required high accuracy, increasing the reliability of the verification of equipment. At the same time, the introduction of the modeling of new equipment to the test bench is explained by many reasons: an increase in the complexity of on-board systems and their elements, which leads to the need to control an increasing number of parameters: an increase in the level, duration of application, and a complication of the spectrum of loads acting on the device during its movement, which are necessary simulate during ground testing; the desire to simultaneously reproduce loads of various physical nature in order to approximate the conditions of ground tests to real ones, etc.

Таким образом, актуальной технической проблемой является создание (на базе теории физического моделирования и теории подобия) имитаторов эксплуатационных нагрузок (механических, гидрогазовых, тепловых и т.д.), максимально приближающих условия наземных испытаний бортовых систем и их элементов к эксплуатационным [3]. Решение этой проблемы направлено на сокращение летных испытаний благодаря расширению объема наземных испытаний.Thus, an urgent technical problem is the creation (on the basis of the theory of physical modeling and the theory of similarity) of simulators of operational loads (mechanical, hydrogas, thermal, etc.) that maximally approximate the conditions of ground tests of onboard systems and their elements to operational [3]. The solution to this problem is to reduce flight tests by expanding the scope of ground tests.

Известно [4], что для большинства АПО максимальное влияние на его маневренные свойства и точность управления движением оказывает величина усилия, действующего на исполнительные механизмы (рули). При этом возникают, так называемые, шарнирные моменты, т.е. моменты динамических сил, действующие на органы управления АПО (рули), относительно их осей вращения.It is known [4] that for most APOs the maximum impact on its maneuverability and accuracy of motion control is exerted by the magnitude of the force acting on the actuators (steering wheels). In this case, so-called hinged moments arise, i.e. moments of dynamic forces acting on the control elements of the APO (rudders), relative to their rotation axes.

Таким образом, для того чтобы отклонить те или иные рули АПО, необходимо преодолеть их шарнирный момент. Чем больше величина команды, вырабатываемой СУ, тем больше требуемое отклонение рулей и тем большую мощность должен развить силовой привод рулей - рулевая машина. Но поскольку мощность рулевой машины ограничена, то может возникнуть такое положение, когда при увеличении команды рули перестанут отклоняться. Другими словами, угол отклонения рулей в этом случае будет определяться не величиной команды, а мощностью привода. Это внесет ограничение в величину располагаемых перегрузок, т.е. в маневренность АПО. Очевидно также, что чем больше величина шарнирного момента, тем меньшей получится скорость отклонения рулей и тем медленнее будет реакция АПО на команду управления.Thus, in order to reject one or another APO rudder, it is necessary to overcome their articulated moment. The larger the value of the command generated by the SU, the greater the required deviation of the rudders and the greater the power the rudder's power drive — the steering machine — must develop. But since the power of the steering machine is limited, a situation may arise when, with an increase in command, the rudders cease to deviate. In other words, the rudder deflection angle in this case will be determined not by the size of the command, but by the drive power. This will limit the amount of available overloads, i.e. in the maneuverability of the APO. It is also obvious that the greater the magnitude of the hinge moment, the lower the speed of the rudder deflection and the slower the response of the APO to the control command.

Таким образом, величина шарнирных моментов влияет на маневренные свойства АПО и на точность управления его движением [4].Thus, the magnitude of the hinged moments affects the maneuverability of the APO and the accuracy of controlling its movement [4].

Формула для вычисления шарнирного момента любого руля имеет вид [4]:The formula for calculating the hinge moment of any steering wheel has the form [4]:

где m_ш - безразмерный коэффициент шарнирного момента; K_on - коэффициент, характеризующий торможение потока в районе оперения (и определяемый отношением скоростного напора, действующего на оперение q_on к скоростному напору невозмущенного потока q); S_p, b_α - площадь руля и его хорда, соответственно.where m _W - dimensionless coefficient of articulated moment; K _on is the coefficient characterizing the deceleration of the flow in the plumage area (and determined by the ratio of the velocity head acting on the plumage q _on to the velocity head of the unperturbed flow q); S _p , b _α - the area of the rudder and its chord, respectively.

Коэффициент шарнирного момента m_ш зависит от числа М набегающего потока, угла атаки α, угла перекладки руля δ_p типа и формы руля и от взаимного расположения оси вращение и центра давления руля.The coefficient of the hinge moment m _w depends on the number M of the incoming flow, the angle of attack α, the rudder angle δ _{p of the} type and shape of the rudder, and the relative position of the axis of rotation and the center of pressure of the rudder.

Основной проблемой при реализации предлагаемого комплекса является максимально точное воспроизведение реальных условий функционирования аппаратуры СУ АПО за счет воспроизведения сил, действующих на исполнительные механизмы (рули) АПО, так как от этого зависит точность прогнозирования результатов. Степень приближения лабораторных условий испытаний к реальным в предлагаемом устройстве определяется структурой и способами включения имитаторов.The main problem in the implementation of the proposed complex is the most accurate reproduction of the actual operating conditions of the SU APO equipment due to the reproduction of forces acting on the actuators (rudders) of the APO, since the accuracy of predicting the results depends on this. The degree of approximation of laboratory test conditions to real in the proposed device is determined by the structure and methods of switching on simulators.

Известен моделирующий комплекс аналогичного назначения, содержащий реальную аппаратуру СУ АПО (устройство обнаружения внешней обстановки, датчики углов и угловых скоростей, рулевые механизмы и устройство выработки сигналов управления), имитационную аппаратуру, устройство отображения информации, устройство управления и вычислители. Устройство управления обеспечивает задание программы моделирования, управление и контроль функционирования. Имитационная аппаратура позволяет воспроизводить движение АПО вокруг центра масс и по траектории, воздействие внешней среды (например, волнений или ветровых порывов) и внешней обстановки. В вычислителях реализуются модели процесса управления, что обеспечивает замыкание модели [5, рис. 10.1, с. 293]. Недостатком известного аналога является то, что в нем не осуществляется имитация действия шарнирных моментов на исполнительные механизмы АПО.Known modeling complex for a similar purpose, containing real equipment SU APO (device for detecting the external environment, sensors of angles and angular velocities, steering mechanisms and a device for generating control signals), simulation equipment, information display device, control device and calculators. The control device provides the task of the simulation program, management and control of functioning. Simulation equipment allows you to reproduce the movement of the APO around the center of mass and along the trajectory, the influence of the external environment (for example, unrest or wind gusts) and the external environment. In calculators, models of the control process are implemented, which ensures the closure of the model [5, Fig. 10.1, p. 293]. A disadvantage of the known analogue is that it does not simulate the action of articulated moments on the actuators of the APO.

Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является моделирующий комплекс [6, рис. 2.11, с. 102], который содержит имитатор АПО, динамический поворотный стенд на котором установлены гироскопические датчики и устройство управления СУ АПО, стенд управления, в состав которого входят электронная и силовая (например, гидравлическая, пневматическая) аппаратуры СУ АПО, а также исполнительные механизмы, обеспечивающие поворот органов управления АПО, имитатор датчиков параметров движения (измерители высоты или глубины, навигации).The closest in technical essence analogue adopted for the prototype of the invention is a modeling complex [6, Fig. 2.11, p. 102], which contains the APO simulator, a dynamic rotary stand on which gyroscopic sensors and a control system of the control system are installed, a control stand, which includes electronic and power (for example, hydraulic, pneumatic) control systems of the control system, as well as actuators providing rotation APO controls, simulator of motion parameters sensors (meters of height or depth, navigation).

В состав комплекса моделирования СУ АПО включены агрегаты рулевого управления и датчики параметров движения. К агрегатам рулевого управления относятся все устройства, приводящие в движение рули высоты. Ими являются электрические и гидравлические приводы, тяги и проводки управления, преобразователя электрических сигналов. В зависимости от природы измеряемой величины можно включить в комплекс моделирования как непосредственно датчики параметров, так и их имитаторы.The structure of the simulation complex SU APO includes steering units and motion sensors. Steering units include all devices that drive elevators. They are electric and hydraulic drives, traction and control wiring, electrical signal converter. Depending on the nature of the measured value, it is possible to include in the modeling complex both directly the parameter sensors and their simulators.

Включение реальных гироскопических датчиков, измеряющих углы, угловые скорости и ускорения короткопериодического движения возможно с помощью динамического поворотного стенда, имитирующего вращательное движение АПО. Другие параметры движения, имитация которых невозможна (например, скорость, углы атаки и т.д.), воспроизводятся на математической модели и вводятся в аппаратуру управления через имитаторы. Цель включения в комплекс различных имитаторов - учет динамических свойств и нелинейностей, присущих реальным измерительным устройствам, и анализ их влияния на процесс управления.The inclusion of real gyroscopic sensors measuring angles, angular velocities and accelerations of short-period motion is possible with the help of a dynamic rotary stand simulating the rotational movement of the air-conditioning system. Other parameters of the movement, the simulation of which is impossible (for example, speed, angle of attack, etc.) are reproduced on a mathematical model and entered into the control equipment through simulators. The purpose of including various simulators in the complex is to take into account the dynamic properties and nonlinearities inherent in real measuring devices and to analyze their influence on the control process.

В имитаторе АПО по исходным данным вырабатываются сигналы о положении АПО в пространстве, относительных скоростях движения. В соответствии с получаемыми сигналами в устройстве управления АПО формируются сигналы управления, которые поступают в электронную аппаратуру стенда управления. В электронной аппаратуре вырабатываются сигналы управления силовыми приводами рулевых механизмов АПО, которые через рулевые механизмы поступают на соответствующие входы имитатора АПО, замыкая контур управления исследуемой СУ. Система останавливается в момент приведения АПО в заданную точку пространства. Фиксируется величина ошибки в вертикальной и боковой плоскостях, по которым делаются выводы о качестве СУ АПО.In the APO simulator, according to the initial data, signals are generated about the position of the APO in space, relative speeds. In accordance with the received signals, control signals are generated in the APO control device, which enter the electronic equipment of the control stand. The electronic equipment produces control signals for the power drives of the steering gear APO, which through the steering gears go to the corresponding inputs of the APO simulator, closing the control loop of the control system under study. The system stops at the time of bringing the APO to a given point in space. The error value is fixed in the vertical and lateral planes, on which conclusions are drawn about the quality of the control system.

В системе по прототипу осуществляются испытания АПО с воспроизведением моделей процессов взаимодействия внешней среды и элементов СУ, что обеспечивает функционирование основного управляющего прибора аппаратуры АПО - устройства управления в условиях, приближенных к реальным. Оценка точности СУ АПО осуществляется по величинам бокового и вертикального отклонений от заданной точки.In the prototype system, APO tests are carried out with the reproduction of models of the processes of interaction of the external environment and the elements of the control system, which ensures the functioning of the main control device of the APO equipment - the control device in conditions close to real ones. Evaluation of the accuracy of SU APO is carried out according to the values of lateral and vertical deviations from a given point.

Такой моделирующий комплекс позволяет проанализировать работу СУ, максимально приближенной к реальной, исследовать влияние факторов, не подлежащих аналитическому учету (скрытых нелинейностей, взаимного влияния элементов аппаратуры, перекрестных связей в гироскопических приборах, дрейфов нулей гироскопических приборов, электронных усилителей и т.д.), и провести отработку всего комплекса аппаратуры СУ.Such a modeling complex allows us to analyze the operation of the control system as close as possible to the real one, to investigate the influence of factors that cannot be analytically taken into account (hidden non-linearities, the mutual influence of hardware elements, cross-connections in gyroscopic devices, zero drift of gyroscopic devices, electronic amplifiers, etc.), and conduct testing of the entire complex of equipment SU.

Недостатком системы по прототипу является отсутствие учета шарнирных моментов, действующих на исполнительные механизмы АПО. Воздействие этого фактора приводит к изменением как статических, так и динамических характеристик рулевого привода и, в конечном счете, к неправильным результатам испытаний. Особенно действие шарнирных моментов актуально для АПО больших размеров и при их движении в водной среде [1, 4].The disadvantage of the prototype system is the lack of accounting for the articulated moments acting on the actuating mechanisms of the APO. The impact of this factor leads to a change in both the static and dynamic characteristics of the steering gear and, ultimately, to incorrect test results. Especially the action of articulated moments is relevant for large-sized APOs and when they move in an aqueous medium [1, 4].

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности реакции аппаратуры автономного подвижного объекта на внешние возмущения путем отработки воздействия шарнирных моментов на механизмы его рулевых приводов.The technical result of the invention is to increase the reliability of the reaction of the equipment of an autonomous movable object to external disturbances by working out the impact of articulated moments on the mechanisms of its steering drives.

Для этого в моделирующий комплекс дополнительно введен имитатор шарнирных моментов (ИШМ), обеспечивающий воздействие на три штока гидравлических цилиндров рулевых приводов изделия независимой силовой осевой нагрузки, имитирующей нагрузки на приводы в реальных условиях эксплуатации.For this, a simulated articulated moment simulator (ISM) is additionally introduced into the modeling complex, which provides the impact on the three rods of the hydraulic cylinders of the steering gears of the product of an independent axial load, simulating the loads on the drives in real operating conditions.

Сущность изобретения заключается в том, что в моделирующий комплекс для отладки системы управления автономным подвижным объектом, содержащий имитатор автономного подвижного объекта (АПО), устройство выработки сигналов управления, блок исполнительных механизмов АПО, пульт управления, устройство регистрации информации и поворотный стенд, оснащенный гироскопическими датчиками углов и угловых скоростей, при этом выходы имитатора АПО, на которых формируются сигналы углов курса, крена и тангажа, соединены с управляющими входами приводов поворотного стенда, выходы по сигналам линейных ускорений соединены с имитаторами измерителей линейных ускорений, выход по сигналу высоты движения соединен с имитатором измерителя высоты и соответствующим входом устройства регистрации информации, входы которого по сигналам дальности и бокового отклонения соединены с соответствующими выходами имитатора АПО, входы устройства выработки сигналов управления соединены с выходами гироскопических датчиков углов и угловых скоростей, имитаторов измерителей линейных ускорений и имитатора измерителя высоты, выходы устройства выработки сигналов управления соединены с входами блока исполнительных механизмов АПО, а выходы последнего, на которых формируются сигналы углов закладки рулей, соединены с соответствующими входами имитатора АПО и устройства регистрации информации, вход настройки и запуска имитатора АПО соединен с первым выходом пульта управлении, ко второму выходу которого подключен вход настройки и запуска устройства выработки сигналов управления и вход запуска блока исполнительных механизмов, введены имитатор шарнирного момента и вычислитель имитатора шарнирного момента, соответствующие входы которого подключены к выходам сигналов углов закладки рулей блока исполнительных механизмов АПО и к выходам сигналов скорости и угла атаки имитатора АПО, имитатор шарнирного момента содержит электрогидравлический насосный блок, к которому подключены силовые приводы имитатора шарнирного момента, каждый из которых содержит блок управления, выход которого соединен с управляющим входом электрогидравлического усилителя, формирующего усилие нагружения гидроцилиндра, шток которого кинематически связан через устройство сцепления со штоком гидроцилиндра соответствующего рулевого привода блока исполнительных механизмов АПО, при этом входы блока управления соединены с выходами датчиков давления в полостях гидроцилиндра, датчика положения штока гидроцилиндра и соответствующим выходом вычислителя имитатора шарнирного момента, вход запуска и настройки которого и вход запуска электрогидравлического насосного блока подключены к третьему и четвертому выходам пульта управления.The essence of the invention lies in the fact that in a modeling complex for debugging a control system for an autonomous movable object, comprising a simulator of an autonomous movable object (APO), a device for generating control signals, a block of actuating mechanisms of the APO, a control panel, an information recording device and a rotary stand equipped with gyroscopic sensors angles and angular velocities, while the outputs of the APO simulator, on which the signals of the heading, roll and pitch angles are formed, are connected to the control inputs of the drives the door stand, the outputs according to linear acceleration signals are connected to simulators of linear acceleration meters, the output according to the signal of movement height is connected to the simulator of height meters and the corresponding input of the information recording device, the inputs of which are connected by distance and lateral deviation signals to the corresponding outputs of the APO simulator, inputs of the output device control signals are connected to the outputs of gyroscopic sensors of angles and angular velocities, simulators of linear acceleration meters and a simulator of the height meter, the outputs of the control signal generation device are connected to the inputs of the APO actuator unit, and the outputs of the latter, on which the rudder angle signals are generated, are connected to the corresponding inputs of the APO simulator and the information recording device, the setup and start input of the APO simulator is connected to the first output of the console control, to the second output of which is connected the input settings and start the device for generating control signals and the start input of the block of actuators, introduced a simulator w the pivot moment and the calculator of the simulator of the articulated moment, the corresponding inputs of which are connected to the outputs of the signals of the angles of laying the rudders of the block of actuators of the APO and the outputs of the signals of speed and angle of attack of the simulator of the APO, the simulator of the articulated moment contains an electro-hydraulic pump unit to which the power drives of the simulator of the articulated moment are connected, each of which contains a control unit, the output of which is connected to the control input of the electro-hydraulic amplifier, forming a loading force g idro cylinder, the rod of which is kinematically connected through the clutch device to the hydraulic cylinder rod of the corresponding steering drive of the actuator block of the APO actuator, while the inputs of the control unit are connected to the outputs of the pressure sensors in the cavities of the hydraulic cylinder, the rod position sensor of the hydraulic cylinder and the corresponding output of the simulator of the articulated moment, the trigger input and settings which and the start input of the electro-hydraulic pump unit are connected to the third and fourth outputs of the control panel.

Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежом структурной схемы моделирующего комплекса, на котором обозначены:The invention is illustrated by a further description and drawing of a structural diagram of a modeling complex, which indicates:

1 - устройство регистрации информации;1 - information recording device;

2 - имитатор АПО;2 - APO simulator;

3 - имитатор шарнирного момента;3 - simulator of articulated moment;

4 - электрогидравлический насосный блок;4 - electro-hydraulic pump unit;

5-7 - силовые приводы имитатора шарнирного момента;5-7 - power drives simulator articulated moment;

8 - поворотный стенд;8 - rotary stand;

9-10 - имитаторы измерителей линейных ускорений;9-10 - simulators of linear acceleration meters;

11 - имитатор измерителя высоты (глубины);11 - simulator measuring height (depth);

12-14 - устройства сцепления;12-14 - clutch devices;

15 - гироскопические датчики углов и угловых скоростей;15 - gyroscopic sensors of angles and angular velocities;

16 - устройство выработки сигналов управления;16 - a device for generating control signals;

17 - блок исполнительных механизмов АПО;17 - block actuators APO;

18 - вычислитель имитатора шарнирных моментов;18 - computer simulator of articulated moments;

19 - пульт управления;19 - control panel;

20 - электрогидравлический усилитель;20 - electro-hydraulic amplifier;

21, 22 - датчики давления в полостях гидроцилиндра;21, 22 - pressure sensors in the cavities of the hydraulic cylinder;

23 - датчик положения штока гидроцилиндра;23 - a gauge of position of a rod of a hydraulic cylinder;

24 - гидроцилиндр,24 - a hydraulic cylinder,

25 - блок управления,25 - control unit

26, 27, 28 - рулевые приводы АПО,26, 27, 28 - steering gear APO,

29 - блок усилительно-преобразовательных устройств;29 - block amplification-conversion devices;

30 - гидравлическая насосная станция30 - hydraulic pump station

Как показано на чертеже структурной схемы моделирующего комплекса, выходы с первого по третий имитатора 2 АПО, на которых формируются сигналы углов курса (ψ), крена (γ) и тангажа (υ), соединены с управляющими входами приводов поворотного стенда 8, оснащенного гироскопическими датчиками 15 углов и угловых скоростей, четвертый и пятый выходы имитатора 2, на которых формируются сигналы а _х, а _у линейных ускорений, соединены с имитаторами 9, 10 измерителей линейных ускорений, а шестой выход по сигналу y_g высоты движения соединен с имитатором 11 измерителя высоты и с шестым входом устройства 1 регистрации информации, входы которого по сигналам дальности (x_g) и бокового отклонения (z_g) соединены с девятым и десятым выходами имитатора 2 АПО.As shown in the drawing of the structural diagram of the modeling complex, the outputs from the first to the third simulator 2 APO, which form the signals of the heading angles (ψ), roll (γ) and pitch (υ), are connected to the control inputs of the drives of the rotary stand 8, equipped with gyroscopic sensors 15 angles and angular velocities, the fourth and fifth outputs of the simulator 2, which are formed and signals _x, _y and linear accelerations connected with simulators 9, 10 meters of linear accelerations, and the sixth output signal y _g of height movement is connected to simulator 11 a measurable ator height and a sixth input information registration device 1, whose inputs are in-range signals (x _g) and the lateral deviation (z _g) connected to the outputs of the ninth and tenth simulator 2 POA.

Входы с первого по шестой устройства 16 выработки сигналов управления соединены с выходами гироскопических датчиков 15 углов и угловых скоростей, седьмой, восьмой и девятый входы соединены с выходами имитаторов 9, 10 измерителей линейных ускорений и имитатора 11 измерителя высоты, а выходы устройства 16 выработки сигналов управления соединены с входами блока 29 усилительно-преобразовательных устройств в блоке 17 исполнительных механизмов АПО, выходы которых подключены к входам рулевых приводов 26, 27, 28, оснащенных датчиками положения штоков гидроцилиндров приводов. Выходные сигналы датчиков формируют значения углов закладки рулей высоты (δ_в), направления (δ_н) и элеронов (δ_э), которые поступают на первые, вторые и третьи входы вычислителя 18 ИШМ и устройства 1 регистрации информации, а также на второй, третий и четвертый входы имитатора 2 АПО, первый вход (настройки и запуска) которого соединен с первым выходом пульта 19 управления.The inputs from the first to the sixth device 16 for generating control signals are connected to the outputs of the gyroscopic sensors 15 of angles and angular velocities, the seventh, eighth, and ninth inputs are connected to the outputs of the simulators 9, 10 of linear acceleration meters and the simulator 11 of the height meter, and the outputs of the device 16 for generating control signals connected to the inputs of the block 29 of the amplifier-converting devices in the block 17 actuators APO, the outputs of which are connected to the inputs of the steering gears 26, 27, 28, equipped with position sensors rods gy rotsilindrov drives. The output signals of the sensors form the values of the angles of laying elevators (δ _in ), direction (δ _n ) and ailerons (δ _e ), which are fed to the first, second and third inputs of the calculator 18 cervical ballast and information recording device 1, as well as to the second, third and the fourth inputs of the simulator 2 APO, the first input (settings and start) which is connected to the first output of the control panel 19.

Ко второму выходу пульта 19 управления подключены входы запуска гидравлической насосной станции 30 и блока 29 усилительно-преобразовательных устройств в блоке 17 исполнительных механизмов АПО и десятый вход (настройки и запуска) устройства 16 выработки сигналов управления. К третьему выходу пульта 19 управления подключен шестой вход (настройки и запуска) вычислителя 18 ИШМ, четвертый и пятый входы которого соединены с седьмым и восьмым выходами имитатора 2 АПО, на которых формируются сигналы угла α атаки и скорости v автономного подвижного объекта. К четвертому выходу пульта 19 управления подключен вход запуска электрогидравлического насосного блока 4 в имитаторе 3 шарнирного момента.The second output of the control panel 19 is connected to the start inputs of the hydraulic pump station 30 and the block 29 of the amplifier-converter devices in the block 17 of the actuating mechanisms of the APO and the tenth input (settings and start) of the device 16 for generating control signals. The sixth input (settings and starts) of the IShM computer 18 is connected to the third output of the control panel 19, the fourth and fifth inputs of which are connected to the seventh and eighth outputs of the APO simulator 2, on which signals of the angle of attack α and velocity v of the autonomous movable object are formed. To the fourth output of the control panel 19 is connected to the start input of the electro-hydraulic pump unit 4 in the simulator 3 of the hinge moment.

К выходу насосного блока 4 подключены входы трех силовых приводов 5, 6, 7 ИШМ, каждый из которых содержит блок 25 управления, выход которого соединен с управляющим входом электрогидравлического усилителя 20, подключенного к насосному блоку 4 и формирующего усилие нагружения гидроцилиндра 24, шток которого кинематически связан через устройство сцепления 12 (13, 14) со штоком гидроцилиндра соответствующего рулевого привода 26 (27, 28) в блоке 17 исполнительных механизмов АПО. Входы блока 25 управления соединены с выходами датчиков 21, 22 давления в полостях гидроцилиндра, датчика 23 положения штока гидроцилиндра и с соответствующим выходом вычислителя 18 имитатора шарнирного момента.The input of the pump unit 4 is connected to the inputs of three power actuators 5, 6, 7 of the ISM, each of which contains a control unit 25, the output of which is connected to the control input of the electro-hydraulic amplifier 20 connected to the pump unit 4 and forming the loading force of the hydraulic cylinder 24, the rod of which is kinematically connected through a clutch device 12 (13, 14) with the hydraulic cylinder rod of the corresponding steering gear 26 (27, 28) in the block 17 of the actuating mechanisms of the APO. The inputs of the control unit 25 are connected to the outputs of the pressure sensors 21, 22 in the cavities of the hydraulic cylinder, the sensor 23 of the position of the rod of the hydraulic cylinder and with the corresponding output of the calculator 18 simulator articulated moment.

Устройство 1 регистрации информации предназначено для визуального отображения траектории АПО и основных регистрируемых при моделировании параметров - координат траектории и отклонений рулей - и представляет собой, например, видеотерминальный комплекс, на запоминающих устройствах которого организовано накопление массивов значений регистрируемых параметров с одновременным их выводом на экран устройства.The information recording device 1 is intended for visual display of the APO trajectory and the main parameters recorded during modeling - the coordinates of the trajectory and steering deviations - and is, for example, a video terminal complex, on the storage devices of which the accumulation of arrays of values of the recorded parameters is organized with their simultaneous display on the device screen.

Имитатор 2 АПО предназначен для выработки информации о моделируемом положении АПО в пространстве, его углах атаки и скольжения, угловых и линейных скоростях.Simulator 2 APO is designed to generate information about the simulated position of the APO in space, its angles of attack and slip, angular and linear velocities.

Известно [4, с. 403-404, 473-474], что для большинства АПО система дифференциальных уравнений, описывающих возмущенное движение, распадается на две группы уравнений, одна из которых описывает изменение параметров продольного движения, а другая - бокового движения, между которыми действуют перекрестные связи. Эта особенность учитывается и при построении имитатора АПО, что позволяет существенно упростить его реализацию.It is known [4, p. 403-404, 473-474], that for most APOs, the system of differential equations describing the perturbed motion splits into two groups of equations, one of which describes the change in the parameters of the longitudinal motion, and the other describes the lateral motion, between which cross-links act. This feature is taken into account when constructing the APO simulator, which allows to significantly simplify its implementation.

В состав имитатора 2 АПО входят устройство моделирования бокового движения АПО, устройство моделирования продольного движения АПО и вычислитель коэффициентов перекрестных связей [7].The structure of the APO simulator 2 includes a device for modeling the lateral movement of the APO, a device for modeling the longitudinal movement of the APO, and a calculator of cross-link coefficients [7].

Алгоритм работы устройства моделирования бокового движения летательного аппарата описывается следующей системой уравнений:The algorithm of the device for modeling the lateral movement of an aircraft is described by the following system of equations:

где

- характерный размер;Where

- characteristic size;

ψ, γ, ϑ - углы курса, крена и тангажа АПО;ψ, γ, ϑ - heading, roll and pitch angles;

,

, C_z _a, m_x, m_y - аэродинамические характеристики АПО;

,

, C _z _a , m _x , m _y are the aerodynamic characteristics of the airborne shutter;

ω_x, ω_у, ω_z - угловые скорости АПО;ω _x , ω _y , ω _z are the angular velocity of the APO;

J_x, J_y, J_xy - главные и центробежный моменты;J _x , J _y , J _xy - the main and centrifugal moments;

β, β_w - угол скольжения и составляющая угла скольжения от боковых порывов ветра;β, β _w is the sliding angle and the component of the sliding angle from lateral gusts of wind;

a _z - ускорение; a _z is the acceleration;

V - скорость,V is the speed

α - угол атаки;α is the angle of attack;

δ_н, δ_в, δ_э - углы закладки рулей направления, высоты и элеронов;δ _n , δ _in , δ _e - bookmark angles rudders, heights and ailerons;

а(y_g, Т(y_g) и ρ(y_g, T(y_g), ρ) - скорость звука и плотность воздуха, зависящие от распределения температуры воздуха по высоте и давления в точке местонахождения АПО; and (y _g , T (y _g ) and ρ (y _g , T (y _g ), ρ) are the speed of sound and air density, depending on the distribution of air temperature over altitude and pressure at the point of location of the air handling unit;

S - характерная площадь;S is the characteristic area;

b_A - средняя аэродинамическая хорда;b _A - average aerodynamic chord;

g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;

m - масса АПО;m is the mass of the APO;

р(y_g, V) и m_сек(y_g, V) - высотно-скоростная и дроссельная характеристики маршевого двигателя;p (y _g , V) and m _sec (y _g , V) - high-speed and throttle characteristics of the marching engine;

,

ρ=ρ(y_g, T(y_g)),ρ = ρ (y _g , T (y _g )),

,

P_1nc и Р_2nc - поправки, учитывающие взаимное влияние продольного и бокового каналов управления.P _1nc and P _2nc are corrections that take into account the mutual influence of the longitudinal and lateral control channels.

Алгоритм работы устройства моделирования продольного движения летательного аппарата может быть описан следующей системой уравнений:The algorithm of the device for modeling the longitudinal movement of an aircraft can be described by the following system of equations:

где α_w - составляющая угла атаки от вертикальных порывов ветра;where α _w is the component of the angle of attack from vertical gusts of wind;

a _х и а _у - ускорения; a _x and a _y are accelerations;

C_xa, С_уа, m_z - аэродинамические характеристики АПО;C _xa , С _уа , m _z — aerodynamic characteristics of airborne airborne vehicles;

J_z - момент инерции АПО;J _z is the moment of inertia of the APO;

Н - высота, измеряемая радиовысотомером;H - height measured by a radio altimeter;

y_м - текущая высота подстилающей поверхности под АПО;y _m - the current height of the underlying surface under the APO;

, Р_4n.c. - поправки, учитывающие взаимное влияние продольного и бокового каналов управления.

, P _4n.c. - amendments taking into account the mutual influence of the longitudinal and lateral control channels.

Во всех блоках имитатора 2 АПО программно или аппаратно (с использованием умножителей, делителей, сумматоров, квадраторов, интеграторов и т.п.) производится вычисление вышеуказанных зависимостей.In all blocks of the simulator 2 APO software or hardware (using multipliers, dividers, adders, quadrators, integrators, etc.), the above dependencies are calculated.

При этом на первом, втором и третьем выходах имитатора 2 АПО формируются соответственно сигналы угла ψ курса, угла γ крена и угла υ тангажа АПО. На четвертом и пятом выходах имитатора 2 формируются сигналы

и

проекций линейных ускорений АПО, на шестом выходе - сигнал y_g высоты движения АПО в нормальной земной системе координат, на седьмом выходе - сигнал α угла атаки, на восьмом - сигнал V скорости, а на девятом и десятом выходах - сигналы x_g и z_g, расстояния и бокового отклонения АПО в нормальной земной системе координат. На первый вход имитатора 2 АПО поступает сигнал запуска и остановки устройства.In this case, at the first, second, and third outputs of the APO simulator 2, the signals of the angle ψ of the course, angle γ of the roll, and angle υ of the pitch of APO are formed respectively. At the fourth and fifth outputs of the simulator 2, signals are generated

and

projections of APO linear accelerations, at the sixth output, the signal y _{g of the} altitude of the APO movement in the normal Earth coordinate system, at the seventh output is the signal of the angle of attack α, at the eighth is the V velocity signal, and at the ninth and tenth outputs are the signals x _g and z _g , distance and lateral deviation of the APO in the normal earth coordinate system. At the first input of the simulator 2 APO receives a signal to start and stop the device.

Имитатор 3 шарнирного момента предназначен для создания независимой силовой осевой нагрузки на рулевых приводах 26, 27, 28 блока 17 исполнительных механизмов, имитирующей нагрузки на исполнительные механизмы АПО в реальных условиях эксплуатации.The hinge moment simulator 3 is designed to create an independent axial axial load on the steering drives 26, 27, 28 of the actuator unit 17, simulating the load on the APO actuators in real operating conditions.

Насосный блок 4 ИШМ обеспечивает подачу рабочей жидкости в силовые приводы 5, 6, 7 ИШМ и представляет собой стандартную гидравлическую насосную станцию, например, описанную в [8].The pump block 4 IShM provides the supply of working fluid to the power drives 5, 6, 7 IShM and is a standard hydraulic pump station, for example, described in [8].

Силовые приводы 5, 6, 7 ИШМ являются электрогидравлическими следящими приводами возвратно-поступательного действия с обратной связью по положению. Величина требуемого усилия задается в виде функции от координаты штока гидроцилиндра 24 нагружаемого привода АПО и направления его движения.The actuators 5, 6, 7 of the IShM are electro-hydraulic follow-up drives of reciprocating action with position feedback. The magnitude of the required force is specified as a function of the coordinate of the rod of the hydraulic cylinder 24 of the loaded APO drive and the direction of its movement.

Усилие нагружения в режиме реального времени обеспечивается формированием необходимого перепада давлений рабочей жидкости в полостях гидроцилиндра 24. Указанный перепад давлений создается двухкаскадным электрогидравлическим усилителем 20 (сервоклапаном).The loading force in real time is provided by the formation of the necessary differential pressure of the working fluid in the cavities of the hydraulic cylinder 24. The specified differential pressure is created by a two-stage electro-hydraulic amplifier 20 (servo valve).

Величина и знак электрического сигнала управления первым каскадом электрогидравлического усилителея рассчитывается в режиме реального времени в блоке 25. Для этого в блок 25 направляются сигналы датчиков 21, 22 давления в полостях гидроцилиндра, датчиков усилия растяжения - сжатия (в составе устройств 12, 13, 14 сцепления) и датчика 23 положения штока гидроцилиндра 24, что позволяет оценить текущую величину усилия нагружения, направление и скорость (ускорение) перемещения штока гидроцилиндра 24 ИШМ. Датчики в устройствах 12-14 сцепления являются датчиками усилия тензометрического типа и предназначены для измерения усилия и предотвращения поломки механизмов.The magnitude and sign of the electrical control signal of the first cascade of the electro-hydraulic amplifier is calculated in real time in block 25. To this end, signals from pressure sensors 21, 22 in the cavities of the hydraulic cylinder, tensile-compression sensors (as part of clutch devices 12, 13, 14 are sent to block 25) ) and the sensor 23 of the position of the rod of the hydraulic cylinder 24, which allows to evaluate the current value of the loading force, direction and speed (acceleration) of the movement of the rod of the hydraulic cylinder 24 of the IShM. The sensors in the clutch devices 12-14 are strain gauge force sensors and are designed to measure force and prevent damage to mechanisms.

Блок 25 управления ИШМ представляет собой контролер (например, типа МАС8 производства Bosh Rexroth), настройки которого подбираются экспериментально, для обеспечения требуемого режима работы приводов имитатора 3 шарнирных моментов. На четвертый вход блока 25 из вычислителя 18 ИШМ поступает значение величины требуемого усилия на шток гидроцилиндра исполнительного механизма 17 АПО.The CJM control unit 25 is a controller (for example, MAC8 type manufactured by Bosh Rexroth), the settings of which are selected experimentally to ensure the required operating mode of the simulator drives 3 articulated moments. The fourth input of block 25 from the calculator 18 IShM receives the value of the required force on the rod of the hydraulic cylinder of the actuator 17 APO.

Датчики угловых скоростей и измерители углов блока 15 и измерители 9, 10 ускорений являются приборами исследуемого АПО. В качестве указанных устройств могут использоваться устройства, описанные, например, в [9].The angular velocity sensors and angle meters of block 15 and acceleration meters 9, 10 are devices of the investigated APO. As these devices can be used devices described, for example, in [9].

Устройство 16 выработки сигналов управления предназначено для формирования сигналов управления рулевыми механизмами и является прибором исследуемой системы управления АПО. Устройство 16 выработки сигналов управления содержит три канала управления: рулями высоты, направления и элеронами, соответственно. Алгоритмы формирования законов управления широко известны и имеют вид [4, с. 78, рис. 4.4]:The device 16 for generating control signals is designed to generate control signals for steering mechanisms and is a device of the investigated control system APO. The control signal generating device 16 comprises three control channels: elevators, directions, and ailerons, respectively. Algorithms for the formation of control laws are widely known and have the form [4, p. 78, fig. 4.4]:

где K_ϑ, K_ϑ', T_z, K_h, T_h, K_sh, K_ny, K_ψ, K_ψ', Т_ψ, K_γ, K_γ', Т_γ - передаточные коэффициенты; n_z, n_y, n_z' - перегрузки; δ_nр, Н_nр (t),

,

- программные значения соответствующих параметров, определяющие закон движения ЛА; знаком (') - помечены сигналы, поступающие с имитаторов приборов реальной аппаратуры СУ.where K _ϑ , K _{ϑ '} , T _z , K _h , T _h , K _sh , K _ny , K _ψ , K _ψ' , T _ψ , K _γ , K _{γ '} , T _γ - gear ratios; n _z , n _y , n _{z '} - overloads; δ _nр , Н _nр (t),

,

- software values of the relevant parameters that determine the law of motion of the aircraft; a sign (') - signals received from simulators of devices of real equipment of the control system are marked.

где K_ϑy, K_ωz - передаточные коэффициенты; ϑ_A0, ϑ₀ суть в момент начала наведения в "продольной задаче" на объект наблюдения; ϑ_np и α_уст - установочные значения параметров.where K _ϑy , K _ωz are gear ratios; ϑ _A0 , ϑ ₀ are the essence at the moment of starting the guidance in the “longitudinal problem” on the object of observation; ϑ _np and α _mouth - installation values of the parameters.

где K_ψy - передаточные коэффициенты; ψ_A0 - малая константа (например ψ_A0=0,5 град), ψ₀ - угол курса в момент "упреждения".where K _ψy - gear ratios; ψ _A0 is a small constant (for example, ψ _A0 = 0.5 deg), ψ ₀ is the course angle at the time of the “lead”.

Блок 17 исполнительных механизмов представляет собой рулевые механизмы, являющиеся реальными приводами исследуемого АПО, приводящими в движение рули высоты, направления и элероны. Рулевые механизмы 17 АПО представляют собой три идентичных стандартных авиационных электрогидравлических привода. Каждый привод содержит усилитель мощности, выход которого соединен с входом электропривода, например РА-46, шток его выходного гидроцилиндра соединен с потенциометрическим датчиком положения, сигнал с которого замыкает обратную связь привода и является выходным сигналом блока 17, имитирующим закладку рулей АПО.Block 17 actuators is a steering mechanisms, which are the real drives of the investigated APO, driving the elevators, directions and ailerons. The steering mechanisms 17 APO are three identical standard aviation electro-hydraulic drives. Each drive contains a power amplifier, the output of which is connected to the input of the electric drive, for example, RA-46, the rod of its output hydraulic cylinder is connected to a potentiometric position sensor, the signal from which closes the feedback of the drive and is the output signal of the block 17 simulating the tabs of the APO rudders.

Рулевые приводы 26-28 АПО являются известными гидравлическими следящими приводами [10], которые через устройства 12-14 сцепления связаны с соответствующими силовыми приводами 5-7 имитатора 3 шарнирных моментов.The 26-28 APO steering drives are known hydraulic tracking drives [10], which are connected to the corresponding power drives 5-7 of the simulator 3 of articulated moments through clutch devices 12-14.

Блок 29 усилительно-преобразовательных устройств представляет собой электронный блок из трех усилителей мощности, которые формируют сигнал управления рулевыми приводами 26-28 АПО.The block 29 of the amplifier-converting devices is an electronic unit of three power amplifiers, which form the control signal of the steering drives 26-28 APO.

Гидравлическая насосная станция 30 обеспечивает подачу рабочей жидкости в рулевые приводы 26-28 АПО и представляет собой стандартную насосную станцию, например, описанную в [8].The hydraulic pump station 30 provides the supply of working fluid to the steering drives 26-28 APO and is a standard pump station, for example, described in [8].

Пульт 19 управления предназначен для запуска и останова моделирующего комплекса, ввода значений постоянных параметров и программных координат движения АПО.Remote control 19 is designed to start and stop the modeling complex, enter the values of constant parameters and program coordinates of the motion of the APO.

Предлагаемый моделирующий комплекс работает следующим образом.The proposed modeling complex works as follows.

Вначале в соответствии с программой проведения испытаний осуществляется настройка моделирующего комплекса.First, in accordance with the test program, the modeling complex is set up.

Реальные гироскопические датчики 15 углов и угловых скоростей устанавливаются на поворотный стенд 8. С первого выхода пульта 19 управления в имитатор 2 АПО вводятся значения констант, аэродинамические характеристики АПО, скорость звука и плотность воздуха, параметры рулей АПО, характеристики маршевого двигателя; а со второго выхода пульта управления в устройство 16 выработки сигналов управления вводятся программные координаты движения АПО по траектории. С третьего выхода пульта 19 управления в вычислитель 18 ИШМ вводятся константы, необходимые для вычисления шарнирного момента в соответствии с формулой (1), а затем на выходах пульта 19 управления формируются сигналы на запуск имитатора 2 АПО, устройства 16 выработки сигналов управления и электрогидравлического насосного блока 4, блоков 29, 30 в блоке 17 исполнительных механизмов и вычислителя 18 имитатора шарнирных моментов.Real gyroscopic sensors 15 angles and angular velocities are installed on the rotary stand 8. From the first output of the control panel 19 in the simulator 2 APO entered values of the constants, aerodynamic characteristics of the APO, the speed of sound and air density, the parameters of the rudders APO, the characteristics of the main engine; and from the second output of the control panel in the device 16 for generating control signals are entered program coordinates of the movement of the APO along the path. From the third output of the control panel 19, the constants necessary for calculating the hinge moment in accordance with formula (1) are input into the ISM calculator 18, and then the signals to start the simulator 2 APO, the device 16 for generating control signals and the electro-hydraulic pump unit are generated at the outputs of the control panel 19 4, blocks 29, 30 in block 17 actuators and calculator 18 simulator of articulated moments.

В имитаторе 2 АПО по исходным данным вырабатываются сигналы о положении АПО в пространстве и его относительной скорости движения. Сигналы, характеризующие углы крена ψ, крена γ и тангажа ϑ - АПО с первого, второго и третьего выходов имитатора 2 АПО поступают на входы поворотного стенда 8 и воспринимаются гироскопическими датчиками 15 углов и скоростей.In the simulator 2 APO according to the initial data, signals are generated about the position of the APO in space and its relative speed. The signals characterizing the roll angles ψ, roll γ and pitch ϑ - APO from the first, second and third outputs of the simulator 2 APO are fed to the inputs of the rotary stand 8 and are perceived by gyroscopic sensors 15 angles and speeds.

Сигналы, пропорциональные линейным ускорениям корпуса АПО и его высоте движения, с четвертого, пятого и шестого выходов имитатора 2 через имитаторы измерителей 9-10 линейных ускорений и имитатор 11 измерителя высоты (глубины) поступают в устройство 16 выработки сигналов управления. В устройстве 16 выработки сигналов управления в соответствии с алгоритмами (5) формируются управляющие сигналы для исполнительных механизмов 17 АПО. Одновременно сигналы закладки рулей δ_i с первого-третьего выходов блока 17 исполнительных механизмов поступают на первый-третий входы вычислителя 18 имитатора шарнирных моментов, на четвертый и пятый входы которого поступают сигналы угла атаки 2 и скорости движения АПО. В вычислителе 18 имитатора шарнирных моментов вначале определяется значение шарнирных моментов в соответствии с (1), а затем по известной формуле [4] вычисляется значение силы N, действующей на исполнительный механизм АПО.Signals proportional to the linear accelerations of the APO housing and its height of movement from the fourth, fifth and sixth outputs of the simulator 2 through the simulators of meters 9-10 linear accelerations and the simulator 11 of the height meter (depth) are received in the device 16 for generating control signals. In the device 16 for generating control signals in accordance with the algorithms (5), control signals are generated for actuators 17 APO. At the same time, the signals of the rudder bookmark δ _i from the first or third outputs of the block 17 of the actuators are fed to the first and third inputs of the calculator 18 of the hinge moment simulator, to the fourth and fifth inputs of which the signals of the angle of attack 2 and the speed of the APO are received. In the calculator 18 of the simulator of the hinge moments, the value of the hinge moments is first determined in accordance with (1), and then, according to the well-known formula [4], the value of the force N acting on the actuator APO is calculated.

где h - расстояние от центра давления руля до оси его вращения.where h is the distance from the center of pressure of the rudder to the axis of its rotation.

Вычисленные значения сил N_i с первого, второго и третьего выходов вычислителя 18 имитатора шарнирных моментов через вторые входы силовых приводов 5-7 ИШМ, подаются на четвертый (управляющий) вход блока 25 управления ИШМ, на первый и второй входы которого с датчиков 21 и 22 давления поступают измеренные значения давления масла в полостях исполнительного гидроцилиндра 24, а на третий вход - с датчика 23 положения поступают значения положения штока гидроцилиндра 24. По этим данным в блоке 25 управления ИШМ формируется значение требуемого усилия, имитирующего воздействие среды на исполнительные механизмы АПО, которое через электрогидравлический усилитель 20 ИШМ управляет перемещением штока гидроцилиндра 24 силового привода ИШМ 5 (6, 7), кинематически связанного через устройство 12 (13, 14) сцепления со штоком гидроцилиндра соответствующего рулевого привода 26 (27, 28). В результате происходит отклонение штока гидроцилиндра рулевого привода и, таким имитируется воздействие среды на рулевые приводы АПО, т.е. среда или тормозит или ускоряет движение рулей АПО.The calculated values of the forces N _i from the first, second and third outputs of the calculator 18 of the hinge moment simulator through the second inputs of the power drives 5-7 IShM, are fed to the fourth (control) input of the control unit 25 IShM, the first and second inputs of which are from sensors 21 and 22 pressure, the measured values of the oil pressure in the cavities of the actuating hydraulic cylinder 24 are received, and the position of the hydraulic cylinder 24 is received from the position sensor 23 to the third input. According to these data, the value of the required force is generated in the control unit 25 the effect of the medium on the actuators APO, which, through the electro-hydraulic amplifier 20 IShM, controls the movement of the rod of the hydraulic cylinder 24 of the power drive IShM 5 (6, 7) kinematically connected via the clutch device 12 (13, 14) to the hydraulic cylinder rod of the corresponding steering drive 26 (27, 28). As a result, the rod of the hydraulic cylinder of the steering drive is deflected, and this simulates the effect of the medium on the steering gears of the steering gear, i.e. the medium either slows down or accelerates the movement of the rudders.

При изменении положения штока в гидроцилиндре рулевого привода 26 (27, 28) соответственно, изменяется сигнал соединенного с ним датчика положения, который пропорционален углу закладки соответствующего руля. Далее сигналы, соответствующие новым значениям углов закладки рулей, откорректированным с учетом воздействия шарнирных моментов, поступают на входы со второго по четвертый имитатора 2 АПО и входы с первого по третий устройства 1 регистрации информации, и на этом контур управления исследуемой системы управления замыкается.When the position of the rod in the hydraulic cylinder of the steering drive 26 (27, 28) changes, respectively, the signal of the position sensor connected to it changes, which is proportional to the angle of the bookmark of the corresponding steering wheel. Next, the signals corresponding to the new values of the rudder bookmark angles, adjusted for the impact of articulated moments, are fed to the inputs from the second to the fourth APO simulator 2 and the inputs from the first to third information recording device 1, and the control loop of the control system under study is closed on this.

Через время, соответствующее приходу АПО в заданную точку по сигналам с первого, второго и третьего выходов пульта 19 управления система останавливается, и испытателями на устройстве 1 регистрации информации фиксируется величина промаха, а также другие параметры, зависящие от программы испытаний, по которым делаются выводы о качестве системы, ее работоспособности и прогнозы на результаты натурных испытаний.After a time corresponding to the APO arrival at a given point according to the signals from the first, second and third outputs of the control panel 19, the system stops, and the testers on the information recording device 1 fix the miss value, as well as other parameters depending on the test program, on which conclusions are drawn about the quality of the system, its performance and forecasts for the results of field tests.

Таким образом, предлагаемая комплексная испытательная система для отладки системы управления АПО сочетает основные достоинства натурных испытаний и математического моделирования и одновременно избавлена от присущих им недостатков. Основными достоинствами предлагаемой системы являются достоверность реакции реальной аппаратуры АПО, возможность моделирования ситуаций, недоступных для натурных экспериментов.Thus, the proposed comprehensive test system for debugging the APO control system combines the main advantages of full-scale tests and mathematical modeling and at the same time eliminates their inherent disadvantages. The main advantages of the proposed system are the reliability of the reaction of real APO equipment, the ability to simulate situations inaccessible to full-scale experiments.

В предлагаемом комплексе осуществляются проверка СУ АПО с учетом воздействия на элементы системы внешних возмущающих факторов, таких как воздействие шарнирных моментов на руле, т.е. сил, действующих на исполнительные механизмы АПО, относительно их оси вращения, что обеспечивает функционирование основного управляющего устройства АПО - устройства выработки сигналов управления - в условиях, максимально приближенных к реальным.In the proposed complex, the control system of the automatic control system is carried out taking into account the impact on the elements of the system of external disturbing factors, such as the effect of hinged moments on the steering wheel, i.e. forces acting on the actuating mechanisms of the APO, relative to their axis of rotation, which ensures the functioning of the main control device of the APO - a device for generating control signals - in conditions as close as possible to real ones.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что на основании приведенного описания и чертежа предлагаемый комплекс может быть изготовлен при использовании известных комплектующих изделий и технологического оборудования, применяемого для изготовления радиоэлектронных комплексов, и использован в качестве комплексной испытательной системы для прогнозирования результатов испытаний автономного подвижного объекта.The industrial applicability of the invention is determined by the fact that, based on the above description and drawing, the proposed complex can be manufactured using well-known components and technological equipment used for the manufacture of electronic complexes and used as an integrated test system for predicting the test results of an autonomous movable object.

Список литературыBibliography

1. Ю.А. Лукомский, B.C. Чугунов. Системы управления морскими подвижными объектами: Учебник - Л. Судостроение, 1988 г. с. 272.1. Yu.A. Lukomsky, B.C. Chugunov. Control systems for marine moving objects: Textbook - L. Shipbuilding, 1988 p. 272.

2. Автоматизированные испытания в авиастроении. Р.И. Адгамов, М.М. Бернеев, И.А. Заляев и др. - М.: Машиностроение, 1989 г. с. 232.2. Automated tests in the aircraft industry. R.I. Adgamov, M.M. Berneev, I.A. Zalyaev et al. - M.: Mechanical Engineering, 1989. 232.

3. Чернышев А.В. Проектирование стендов для испытаний и контроля бортовых систем летательных аппаратов: Учебник для авиационных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 1983 г. с. 384.3. Chernyshev A.V. Designing test benches for testing and control of aircraft onboard systems: A textbook for aviation specialties of universities. - M.: Mechanical Engineering, 1983 with. 384.

4. А.А. Лебедев, Л.С. Чернобровкин. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1973 г. с. 616.4. A.A. Lebedev, L.S. Chernobrovkin. Flight dynamics of unmanned aerial vehicles. Textbook for universities. Ed. 2nd, revised and supplemented. - M.: Mechanical Engineering, 1973 p. 616.

5. Шалыгин А.С., Палаин Ю.И. Прикладные методы статистического моделирования. - Л.: Машиностроение, Ленинград. Отделение, 1986 г. 5. Shalygin A.S., Palain Yu.I. Applied methods of statistical modeling. - L .: Engineering, Leningrad. Branch, 1986

6. Петров Г.М., Лакунин И.Б., Бартольд Э.Е. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. - М.: Машиностроение, 1975 г. с. 256, прототип.6. Petrov G.M., Lakunin I.B., Bartold E.E. Methods of modeling control systems on analog and analog-to-digital computers. - M.: Mechanical Engineering, 1975. 256, prototype.

7. Патент РФ №2432592 МПК G05В 13/04 комплекс для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата, 14.10.2010 г.7. RF patent No. 2432592 IPC G05В 13/04 complex for checking the control system of an unmanned aerial vehicle, 10/14/2010

8. Гидравлический следящий привод Гамынин Н.С. и др. Под редакцией В.А. Лещенко. - М.: Машиностроение, 1968 г. с. 564.8. Hydraulic servo drive Gamynin N.S. et al. Edited by V.A. Leshchenko. - M.: Mechanical Engineering, 1968 with. 564.

9. Кузовков Н.Г. Системы стабилизации летательных аппаратов (баллистических и защитных ракет). - М.: Высшая школа, 1976 г.9. Kuzovkov N.G. Aircraft stabilization systems (ballistic and protective missiles). - M .: Higher school, 1976

10. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. - М.: Машиностроение, 1976 г., с. 11 рис. 4.10. Gamynin N.S. Hydraulic drive control systems. - M.: Mechanical Engineering, 1976, p. 11 pic. four.

Claims

A modeling complex for debugging a control system for an autonomous moving object, containing a simulator of an autonomous moving object (APO), a device for generating control signals, an actuator block of the APO, a control panel, an information recording device and a rotary stand equipped with gyroscopic sensors of angles and angular velocities, while the outputs APO simulators, on which heading angle, roll and pitch angle signals are generated, are connected to the control inputs of the rotary bench drives, the outputs are linear accelerations are connected to simulators of linear acceleration meters, the output from a signal of the height of motion is connected to a simulator of a height meter and the corresponding input of an information recording device, whose inputs are connected to the corresponding outputs of the APO simulator by the signals of range and lateral deviation, the inputs of the device for generating control signals are connected to the outputs of gyroscopic sensors angles and angular velocities, simulators of linear acceleration meters and a simulator of height meters, outputs of the output device control signals are connected to the inputs of the APO actuator unit, and the outputs of the latter, on which the rudder angle signals are generated, are connected to the corresponding inputs of the APO simulator and the information recording device, the setup and start input of the APO simulator is connected to the first output of the control panel, to the second output of which connected to the input settings and start the device for generating control signals and the input of the start of the block of actuators, characterized in that a simulated articulated moment and a calculator of the simulator of the articulated moment, the corresponding inputs of which are connected to the outputs of the signals of the angles of laying the rudders of the actuator block of the APO and to the outputs of the signals of speed and angle of attack of the simulator of the APO, the simulator of the articulated moment contains an electro-hydraulic pump unit to which the power drives of the simulator of articulated moment are connected, each of which contains the control unit, the output of which is connected to the control input of the electro-hydraulic amplifier, forming the loading force of the hydraulic cylinder, to which it is kinematically connected via a clutch device to the hydraulic cylinder rod of the corresponding steering drive of the APO actuator block, while the inputs of the control unit are connected to the outputs of the pressure sensors in the hydraulic cylinder cavities, the hydraulic cylinder rod position sensor and the corresponding output of the articulated moment simulator calculator, the start and setting input of which and the start input of the electro-hydraulic pump unit is connected to the third and fourth outputs of the control panel.