DE1481508B1

DE1481508B1 - Verfahren zur Regelung der Querbeschleunigung und Rolldaempfung von lenkbaren Flugkoerpern und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1481508B1
Application number: DE19661481508
Authority: DE
Inventors: Gottzein Dipl-Math Evelme; Bittner Dipl-Ing Helmut; Norbert Klamka; Hermann Schwaeke
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1966-08-24
Filing date: 1966-08-24
Publication date: 1970-02-26
Also published as: FR1549274A; US3540678A; GB1194566A; CH487458A; SE346400B

Description

1 2

Verfahren zur Regelung der Querbeschleunigung Regelparameter entsprechend der jeweils herrscheneines lenkbaren Flugkörpers mit kreuzweise ange- den Flugzustände zu ändern.

ordneten Ruderfläehen, der einen seine Rollaclise Dies geschieht z. B. bei der in der deutschen Ausstabilisierenden Lagekreisel aufweist und um seine legeschrift 1 08') 449 beschriebenen Einrichtung in Nick- und Gierachse von Regelkreisen geregelt ist. 5 der Weise, daß der Gegeiikopplungskreis des äußeren Um einen sich selbsttätig bewegenden Flugkörper Regelkreises regelbar ausgebildet ist, um in Abhängiglenken zu können, ist neben den eine gewollte Kriim- keit der Eigenfrequenz des Flugkörpers die Sehleifenlnung der Schwerpunktsbahn herbeiführenden Steuer- verstärkungen so einzustellen, daß hinreichende Staorganen, wie Ruder- oder Steuerdüsen, eine Stabili- bilität des Regelkreises im jeweiligen Flug/ustand sierungseinrichtung erforderlich, die durch sinngemäße 10 gewährleistet wird, über einen im Gcgenkopplungs-Bctätigung der Ruder Momente um flugkörperfeste kreis angeordneten Qiierbeschleunigungsmesser wird Achsen derart auslöst, daß der Flugkörper beim zusätzlich die Querbeschleunigung des Flugkörpers ■ Auftreten von Störungen seine Normallage selbst- gemessen und als Dämpfungssignal dem äußeren tätig immer wieder einnimmt. Die Stabilisierungs- Regelkreis aufgeschaltet.

einrichtung wirkt also als Regelkreis, der die Lage- 15 Fin anderes Beispiel einer Verstärkungsregelung

winkel des Flugkörpers konstant hält. Erst beim zeigt die IJSA.-Patentschrift 3 154 266, und zwar

Andern der Führungsgröße durch eintreffende Lenk- eine Steuereinrichtung für einen leilsirahlgelenkten

kommandos werden die Lagewinkel entsprechend Flugkörper, bei dem ebenfalls ein Querbeschleu-

geändert. Hierzu ist zusätzlich zum inneren ein nigungsmesser vorgesehen ist, dessen Ausgungssignal

äußerer Regelkreis, der sogenannte Lenkregelkreis 20 über einen unvollkommenen Integrator auf einen

vorgesehen. Positionsservo aufgeschaltet und zur Verstärk ungs-

Bei Flugzeugen wird die Fluglugeregelung mit regelung verwendet wird, um unabhängig von Ge-

Hilfe sogenannter Autopiloten durchgeführt, die als sehwindigkeits-, Gewichts- und Schwerpunktsände- Λ

Meßeinrichtung eine kreiselstabilisierte Plattform mit rungen des Flugkörpers stets gleiche Rudei wirksam-

Lagekreiseln und Geschwindigkeits- oder Wende- 25 keit zu erzielen.

kreiseln aufweisen. Für unbemannte Flugkörper sind Bei all die en Einrichtungen sind die Beschlcu-Autopiloten aus verschiedenen Gründen nicht ein- nigungsmesser zusätzliche. Einrichtungen und müssen setzbar. Derartige Flugkörper sind sogenannte Ver- sich möglichst genau im Schwerpunkt des Flug-Iustgeräte. die bei ihrem ersten Einsatz bereits ver- körpers befinden, um eine Verfälschung der Auflorengehen und daher nicht mit sehr hochwertigen 30 schaltwerte durch Nick- und Gierbewegungen des und sehr teuren Meßeinrichtungen versehen werden Flugkörpers zu vermeiden. Die Beschleunigungskönnen. Da bei gegebener Triebwerksleistung eine messersignale wirken zwar auch auf die inneren möglichst hohe Nutzlast befördert werden soll, sind Regelkreise zur Stabilisierung der Flugkörper ein. alle Hilfseinrichtungen, zu denen auch Meß- und sie dienen jedoch nicht zur Stabilisierung, sondern Steuereinrichtungen zählen, möglichst leicht und 35 zur Dämpfung der Lenkregelkreise von Flugkörpern, raumsparend auszubilden. Insbesondere aber werden insbesondere der Änderimg von Regelparametern Flugkörper ungleich höheren Beschleunigungen unter- entsprechend der jeweils herrschenden Flugzustände. worfen, als sie bei Flugzeugen üblich sind, beispiels- Als Geschwindigkeitsregelungen ausgebildete Flugweise K) bis 15 g gegenüber 0,8 g bei Flugzeugen. körpersteuerungseinrichtungen. bei denen bestimmte Für Flugkörper wird daher an Stelle der Lage- 40 Regelparameter des Regelkreises auf Grund des nicht regelung im allgemeinen eine Winkelgeschwindig- änderbaren Meßbereiches der Geschwindigkeitskreikeitsregelung angewendet. Hierbei werden auftretende sei während des Fluges über Servosysteme verändert Winkelgeschwindigkeiten mittels sogenannter Ge- werden müssen, sind nicht nur aufwendig, sondern schwindigkeitskreisel gemessen. Zur Änderung der geben darüber hinaus auch zu vielen Störungen Λ Flugbahn eines derartigen Flugkörpers Ändern 45 Anlaß. ™ der Führungsgröße sind Winkelgeschwindigkeits- Bei Flugkörpern mit kreuzweise angeordneten kommandos zu erzeugen, die über auf Ruderfläehen aerodynamischen Ruderpaaren wird bekanntlich ein wirkende Stellglieder in Querbeschleunigungen um- Ruderpaar gleichzeitig, beispielsweise vom Nickgewandelt werden. Die Querbeschleunigung wird und Rollregelkreis, beeinflußt, so daß für die Ruderalso indirekt über die Winkelgeschwindigkeit des 50 paare lineare Stellglieder erforderlich sind, die eine Flugkörpers geregelt, was zu einem relativ langsamen lineare überlagerung der Stellsignale aus zwei oder Aufbau der Querbeschleunigung führt. Ein derartiger mehreren Regelkreisen ermöglichen.
Flugkörper ist daher verhältnismäßig träge, so daß Damit entsteht ein weiteres Problem, das des auch der Lenkregelkreis in seiner Reaktionsschnellig- sogenannten Ubersprechens zwischen den von Lenkkeit beeinträchtigt wird. Ein träger Flugkörper bringt 55 kommandos beeinflußbaren Regelkreisen für die Nicknämlich seine Trägheit als Verzögerung in den Lenk- und Gierachse (vgl. zum Beispiel »Kinematische regelkreis ein, der infolgedessen schwerer zu stabili- Regelkreiskopplung«, Luftfahrttechnik — Raumfahrtsieren ist und selbst bei optimaler Auslegung einen technik, 11, 1965, S. 100 bis 103). Aus Nick- und/oder relativ großen Regelverzug aufweist. Giermomenten entstehende Störungen um die Roll-Die Geschwindigkeitskreisel sind darüber hinaus, 60 achse, deren Regelkreis bekanntlich die durch äußere unter Berücksichtigung der erforderlichen großen Störmomente verursachten Abweichungen von der Ansprechempfindlichkeit, nur für einen eng begrenz- Sollage auszuregeln hat, sind daher schnellstens aus_: ten Meßbereich auslegbar. Für Flugkörper, die über zugleichen, um die bleibende Rollregelabweichung so einen großen Machzahlbereich mit möglichst unver- klein wie möglich zu halten. Auch dies gelingt mit änderlichem Hegelverhalten steuerbar sein müssen, ⁶5 einem mit Geschwindigkeitskreiseln kombinierten ergeben sich daher weitere Schwierigkeiten bei Be- Lagekreisel bei höheren Querbeschleunigungen nicht nutzung von Geschwindigkeitskreiseln. Infolge ihrer zufriedenstellend. Wegen des hierbei erforderlichen unveränderlichen Meßbereiche sind nämlich einzelne großen Meßbereiches der Geschwindigkeitskreisel

ORIGINAL INSPECTED

und der erforderlichen (ieiiaiiigkeit kann hier iiiinilich nicht das Lagesignal durch Integration des Geschwindigkeitskreiselsignals gewonnen weiden, da große Meßbereiche große Nullpunktsfehler bedingen, die infolge der vollkommenen Integration in Ab- s hängigkcit der Zeit zu schnell anwachsenden Rollagefehlcrn führen.

Darüber hinaus begrenzt der /in Verfugung stehende Meßbereich der derzeit bekannten Gesehwindigkeitskreisel die Größe der von einem Flugkörper ausführbaren Winkelgeschwindigkeit, so daß seine Manövrierfähigkeit weit unter den von der jeweiligen Aerodynamik, der Zelle und dem oder tier Triebwerke des Flugkörpers gegebenen Grenzen liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, all |_S diese Nachteile zu beheben und ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung der Querbesehleiinigiing um die Niek- und Gierachse und Rolldämpfung von lenkbaren Flugkörpern zu schaffen, die um ihre Rollachse lagestabilisiert sind, das ohne Geschwindigkeitskreisel arbeitet und sehr große Beschleunigungen und damit eine bisher nicht mögliche Manövrierfähigkeit über einen weiten Machbereich zuläßt, ohne daß besondere Einrichtungen zur Verstellung irgendwelcher Regel- i=> parameter erforderlich sind.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß ein Regelkreis mit Zweipunktverhalten bei geeigneter Bemessung der Aufschaltgrößen ein optimales Regelverhalten hinsichtlich der Änderung von Systemparametern zeigt, ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Signale von fünf in zwei im definierten Abstand vom Schwerpunkt des Flugkörpers befindlichen -Ebenen angeordneten Beschleunigungsmessern in einem Netzwerk in Aufschaltworte umgeformt und unter Berücksichtigung .-,Weinlvdiiigter Koeffizienten und der Rollage zu Riickfiilirgiolien summiert und mit umgekehi 'en Vorzei'Ikmi ι tu 'efiihrt werden und daß die da αϊ ermittelten Regelabweichungen über Regler Zweipunktverhalteii aufweisenden Stellgliedern aufgeschaltet werden und daß zur zusätzlichen Dämpfung der Regelkreise und Korrektur der Nullpunktsfehler der Beschleunigungsmesser die Winkelbesehleunigung und ihr inverser Wert über Filter geleitet und summiert und nach zusätzlicher Vorzeichenumkehr dem Regelkreis für die Nickachse und die Winkelgeschwindigkeit und ihr inverser Wert über Filter geleitet und summiert und nach zusätzlicher Vorzeichenumkehr dem Regelkreis für die Gierachse aufgeschaltet und die auf die Eingänge der Stellglieder für die Roll- und Nickkommandos einwirkenden Signale zum Zwecke der überlagerung verknüpft werden.

Ein solcher Flugkörper gewinnt also die für seine Regelkreise erforderlichen Aufschaltsignale ausschließlieh aus Beschleunigungsmessersignalen.

Es ist zwar aus der USA.-Patentschrift 2 873 074 ein Flugregler für einen unbemannten Flugkörper bekanntgeworden, bei dem zusätzlich zu einem Lagekreisel und zwei Geschwindigkeitskreiseln lineare <ό Beschleunigungsmesser in zwei senkrecht zur Längsachse liegenden Ebenen vorgesehen sind. Die von ihnen gemessenen Winkelbeschleunigungen werden nach Verarbeitung in einem Rechner als zusätzliche Aufschaltwerte dem Flugregler zugeführt, um den Gesamtbeschleunigungsvektor parallel zu einer Bezugsrichtung zu halten.

Demgegenüber erfolgt bei der Erfindung die Regelung der Ouerbeschleunigung allein mit Beschletinigungsinessersignalen. Es werden bei einem Flugkörper nut Kreuztlügeln und einem kartesischen Bezugssystem jeweils die Winkelbeschleunigungen um die Nickachse mit den Querbeschleunigungen der Gierachse sowie die Winkelbeschleunigungen um die Gierachse und die Querbeschleunigungen der Nickachse unter Aufschaltung von flugkörpersystembedingten Aufschaltkoeffizienten summiert und als Rückfiihrgrößen ilen der Nick- und Gierachse zugeordneten Reglern zugeführt, die in bekannter Weise die ermittelten Regelabweichungen Zweipunktverhalteii aufweisenden Stellgliedern aufschalten, denen zusätzlich zum Zwecke der Dämpfung die jeweiligen Winkelbeschleunigungen um die Nick- und Gierachse über Filter direkt zugeführt werden, während die Regelabweichung im Regelkreis für die Gierachse als zusätzliches Stellsignal für den Regelkreis für die Rollachse und die Regelabweichung im Regelkreis für die Rollachse als zusätzliches Stellsignal dem Regelkreis für die Gierachse zugeführt werden.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung weist vorzugsweise fünf Beschleunigungsmesser auf. von denen ein Beschleunigungsmessersignal gleichzeitig in an sich bekannter Weise zur Dämpfung der Roilageregelung dient. Die Beschleunigungsmesser sind in im definierten Abstand vom Schwerpunkt des Flugkörpers vorgesehenen Ebenen, und zwar auf aufeinander senkrecht stehenden Achsen, die die Richtung der Rudertlächen aufweisen, angeordnet. Ferner sind der Meßwertaufbereitung dienende Netzwerke zur Gewinnung der Aufschalt werte aus den Beschleunigungsmessersignalen, Filter, Summier- und Umkehrglieder zur Bildung von systembedingte Koeffizienten berücksichtigende Rückfiihrgrößen. Dämpfungssignalen und zur Ermittlung der Regelabweichungen sowie mit Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern zusammenwirkende Regler vorhanden.

Auf diese Weise wird ein nichtlineares Regelsystem erhalten mit einer sehr geringen Parameterempfindlichkeit, so daß sich das Systemverhalten in einem großen Machzahlbereich, also einem großen Varationsbereich von aerodynamischen Beiwerten nur unwesentlich ändert. Da die Querbeschleunigungen, deren Höhe infolge fehlender Wendekreisel erstmals bei etwa 50 g liegen kann, direkt kommandiert werden, können sie vom Flugkörper schnell aufgebaut werden, so daß erstmals ein äußerer Regelkreis, also ein Lenkrcgelkreis, mit annähernd optimalem Verhalten realisierbar ist. Dies ist für nach irgendeinem bekannten Verfahren lenkbare Flugkörper hoher Geschwindigkeit, die insbesondere zur Tieffliegerabwehr verwendbar sind, von großem Vorteil. Darüber hinaus läßt sich das Verhalten der Regelung im Hinblick auf die als Aufschaltgrößen zur Verfügung stehenden Beschleunigungswerte, nämlich lineare und Drehbeschleunigungen, in bisher nicht bekanntem Ausmaß variieren und für den genannten Verwendungszweck günstiger einstellen, als es bei der Verwendung von Winkelgeschwindigkeitssignalen als Aufschaltgrößen möglich ist. Vor allem können aber auch die Einwirkungen von Vibrationen des Flugkörpers und von Reibungs- und Unwuchtmomenten bei Beschleunigungen besser als bisher eliminiert werden. Obwohl hier die Aufschaltgrößen durch die überlagerung der Signale mehrerer Meßglieder, also Beschleunigungsmesser, gewonnen

werden, ist durch geeignete WaIiI der systembedingten Koeffizienten eine Minimisieruiig des Einflusses der Nullpunktsfehler der Beschleunigungsmesser möglich. Infolge der rückgeführten Dämpfungssignale und der geeignet gewählten systembedingten Koeffizienten addieren sich nicht die Nullpunktsfehler der einzelnen Beschleunigungsmesser in ihrer Auswirkung auf die Rückführgrößen. Die Rückführgrößen sind also lediglich mit dem Nulipunktsfehler eines der Meßglieder behaftet. Das Regelsystem ermöglicht daher die Verwendung relativ billiger Beschleunigungsmesser, was im Hinblick auf deren Anwendung in Verlustgerälen /u erheblichen Einsparungen führt. Schließlich können, wie im einzelnen noch zu zeigen ist. Ubertragungsfunktionen Tür die Rückführung von Winkelbeschleunigungen in den Nick- und Gierrcgelkreis zusammengefaßt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind lediglich drei Beschleunigungsmesser vorgesehen, die in einer im definierten Abstand vor dem Schwerpunkt des Flugkörpers vorgesehenen Ebene angeordnet sind, in der sich auch der der Rollageregelung dienende Lagckreisel befindet, und deren Ausgangssignale in Aufschaltgrößcn umgeformt werden, die eine Kombination aus Dreh- und Seitenbeschleunigung darstellen Die Aufschaltgrößen werden wiederum über Filier. Summier- und Umkehrglieder in systembedingte Koeffizienten berücksichtigende Rückführgrößen umgeformt und Reglern zugeführt, die mit Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern für die Ruderflächen des Flugkörpers zusammenwirken.

Ausführungsbcispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt Im einzelnen zeigt

F" i g. 1 die Anordnung der Meßwertgeber in einem Flugkörper.

F i g. 2a und 2b cm Blockschaltbild einer Querhesehleunigungsregelung um die Nick- und Gierachse des in Fig I gezeigten Flugkörpers, kombiniert mit einer Rollagestabilisierung mit fünf Beschleunigungsmessern und

Fig. 3a und 3b ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Querbeschleunigungsregelung gemäß der Erfindung mit drei Beschleunigungsmessern.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist. liegt die A'-Achse eines flugkörperfesten kartesischen Koordinatensystems in der Flugrichtung des nur schematisch dargestellten Flugkörpers 10. Die y-Achse und die Z-Achse sind schräg nach unten gerichtet und stimmen mit der Richtung von vier kreuzweise angeordneten Ruderflächen 13. 13«. 14. 14a überein. Die Tragflächen des Flugkörpers sind der Übersicht halber weggelassen

Im Abstand /, vom Schwerpunkt S sind in einer Ebene £, als Meßwertgeber dienende Beschleunigungsmesser Λ'_Μ,. λ_Μ4 und K_1n, sowie ein Lagekreisel Κ_Μλ und in einem Abstand I₂ vom Schwerpunkt in einer zweiten Ebene E₂ Beschleunigungsmesser K_M, und K„- angeordnet, und zwar so. daß sie sich jeweils auf durch die Achsen AT bzw. XZ festgelegten Ebenen befinden. Der Lagekreisel K_VJ ist mit seiner Eintiangsachse E und seiner Ausgangsachse A sowie seiner Drallachse D in der in F i g I dargestellten Weise mit seinem Schwerpunkt auf der A'-Achse des Flugkörpers angeordnet, während die Beschleunigungsmesser K_Ml. X_M4 und K_SI„ im Abstand r, und die Beschleunigungsmesser A.',,.

und Ku- im Abstand ι, von der X-Achse entfernt angeordnet sind.

Die Drchbcschlcimigungen um die A-, }'- bzw. Z-Achse sind mil ο_Λ. Λ, und ('·<_ bezeichnet, die Quers beschleunigungen in Y- bzw. Z-Richtung mit ν und z. Unter der Voraussetzung eines Flugkörpers, bei dem die !^!!winkelgeschwindigkeit klein bleibt, also Glieder höherer Ordnung in den Drehgeschwindigkeiten vernachlässigbar sind, ergeben sich bei ίο Bewegungen des in F i g. 1 dargestellten Flugkörpers um den Schwerpunkt S an den Beschleunigungsmessern folgende Meßwerte:

A/,

Ί	.-,. 4-	V	-t-	'Ί "\	(I)
/,	it J-	Γ	4-		(2)
h	('·., 4	ζ	■f	'Ί '^;'λ	(3)
I₁	'"'ι -	:	4-		(41
L	Γ	ζ	-t-	/■·> '■>,	(5)

A/-

als Eingangsgrößen für die noch zu beschreibende Regelung. Sie besteht aus drei Regelkreisen, nämlich dem die Bewegungen des Flugkörpers um die Nickachse A₁ regelnden sogenannten Nickkanal 100. dem die Bewegungen um die Gicrachse A₂ regelnden sogenannten Gierkanal 200 und dem die Bewegungen um die Rollachse .V regelnden sogenannten Rollkanal 300 (vgl. F i g. 2 und 3). Durch Wirkungslinien 15 bis 20 ist die Verbindung der Beschleunigungsmesser und des Rollagekreisels mit dem Flugkörper 10 und durch Wirkungslinien 101, 103. 201. 203 und 301 ist die Verbindung der Regelkreise in den Fig. 2a und 2b gekennzeichnet.

Der Flugkörper 10 weist für jede seiner Steuerflächen 13. 13«. 14. 14« ein in F-" i g. 2b symbolisch dargestelltes Stellglied 130. 130«. 140. 140« auf.

Vom Nickkanal werden sowohl das Stellglied 130 (vgl. Fig. 2a. 2b) als auch das Stellglied 130«. vom Gierkanal sowohl das Stellglied 140 als auch das Stellglied 140« und vom Rollkanal sowohl das Stellglied 140« als auch das Stellglied 140 gesteuert.

Als Stellglieder dienen an sich bekannte. Zweipunktverhalten zeigende, vorzugsweise elektrohydraulische Stellglieder. Ein noch zu beschreibendes Netzwerk 20 zur Meßwertaufbereitung und ebenfalls noch zu nennende Filter. Summier- und Umkchrglicder sowie die eigentlichen Regler sind in den F i g 2a und 2b ebenfalls nur symbolisch dargestellt.

Des besseren Verständnisses halber sei nunmehr der Aufbau der Regelung und deren Wirkungsweise lediglich um die Nickachse A₁ an Hand des vorstehend erläuterten Blockschaltbildes beschrieben. Hierzu sind lediglich die Beschleunigungsmesser K_M4. Λ_Μ(1 und K_SI- zu betrachten (vgl. Fig. 1). Die Ausgangswerte Ai₄. A/„ und M- werden in dem der Mcßwertuufbereilung dienenden Netzwerk 20 in die Aufschaltwerte .··, und r gemäß den Formeln

2(/,-M

(A/„

, W₄

(61

ι.·ι

umgeformt.

Die Aufschaltwerte <-.,. und : werden unter Beriicksjchtitiune von swembediimten Koeffizienten /', und

BAD OFUGHMAL

Λ,, in einem Sumniierglied 104 zur Rückführgröße />, summiert und über die Leitung 101 mit im Umkehrglied 105 umgekehrten Vorzeichen rückgeführt. In einem Summierglied 106 wird die aus dem kommandierten Sollwert Hi und dem Istwert gebildete Regelabweichung IL gebildet und über einen Regler K_1n mit der Verstärkung V_Rl nach Beifügung eines Aufschaltwertes A', dem Zweipunktverhalten aufweisenden, beispielsweise elektrohydraulischen Stellglied 130 und nach Umkehrung des Vorzeichens dem Stellglied 130« aufgeschaltet. Zur zusätzlichen Dämpfung des Regelkreises und zur Korrektur der NuII-punktsfehler der Beschleunigungsmesser wird die Winkelbeschleunigung #·>,. zusätzlich über ein Filter KiI₂ mit dem Verstärkungsfaktor V₁₁₂ und mit umgekehrten Vorzeichen über ein Filter K_1n mit dem Verstärkungsfaktor V_1n einem Summierglied 108 zugeführt, über eine Leitung 103 wird das summierte Signal nach nochmaliger Vorzeichenumkehr Umkehrglied 109 über ein Summierglied 110 auf den Nickkanal 100 zurückgeführt. Die gezeigte Rückführung der Winkelbesehleunigung <·<, kann dadurch vereinfacht werden, daß an Stelle der gezeigten drei übertragungsfunktionen K_1n. K₁₁₂ und />, · K_1n eine zusammengefaßte übertragungsfunktion gewählt wird.

Für die Roilageregelung werden neben den Meßwerten der Beschleunigungsmesser A'_U(, und Α_Λ/4 (vgl. I i g. 2a) auch die jeweiligen Meßwerte des l.agekreisels W, benutzt. Die Drehbeschleunigung >·<, um die Rollachse Λ'. in dem Netzwerk 20 aufbereitet aus den Meßwerten AZ₄ und AZ,, gemäß der Formel

(.W₄ · AZ,. I.

(8)

und der Roilagewinkel 7 werden unter Berücksichtigung des Koeffizienten c₂ und des Filters A_//( mit dem Verstärkungsfaktor F_/r, in einem Summierglied 302 zu der Rückführgröße />, summiert und über die leitung 301 und das Umkehrglied 305 mit umgekehrten Vorzeichen dem Rollkanal 300 zugeführt. In einem Summierglied 306 (vgl. F i g. 2b) wird die Regelabweichung E₁₁, über einen Regler Κ_Κλ mit ψ dem Verstärkungsfaktor I'_Ä_, sowie nach Aufschaltung eines Koeffizienten A', den dem Rollkanal zugeordneten Stellgliedern 140. 140« aufgeschaltet. Der Rollkanal ist nämlich über eine Leitung 307 und ein Sumniierglied 202 mit dem Gierkanal 200 und damit mit dem Stellglied 140 verbunden. Der Gierkanal 200 ist ähnlich aufgebaut. Die in dem Netzwerk 20 aus den Beschleunigungsmessersignalen M₁. AZ₂ZAZ₄ und AZ,, gemäß den Formeln

(AZ₁-AZ₂) (9)

AZ₂ - _Ί (AZ₄ + Λί₍₁) die Regelabweichung E_x gebildet, die über den Regler K_R2 mit dem Verstärkungsfaktor V_R2 unter Aufschaltung der Konstante A'₂ dem Stellglied 140 aufgeschaltet wird.

über ein Umkehrglied 208 ist der Gierkanal mit dem Rollkanal verbunden, so daß die dem Gierkanal und dem Rollkanal zugeordneten Stellglieder 140 und 140« mit kombinierten Signalen beaufschlagt werden, die in den Summiergliedern 202 und 308 ίο aus der Regelabweichung Ε_φ und E_y gebildet worden sind.

Schließlich wird auch die Winkelbesehleunigung /-*. zur zusätzlichen Dämpfung der Regelkreise und zur Korrektur der Nullpunktsfehler der Beschleunigtings-In messer über das Filter Κ_Πί mitdem-Verstärkungsfaktor V_1n direkt und mit umgekehrten Vorzeichen über ein Umkehrglied 209 und das Filter A'_//2 mit dem Verstärkungsfaktor \'_ll2 einem Summierglied 210 zugeführt und über die Leitung 203 und ein weiteres Umkehrglied 211 und ein Sumniierglied 212 dem Gierkanal aufgeschaltet.

Der in den Fig. 2a und 2b dargestellte vollständige Aufbau der Regelung der Seitenbeschleunigung in Z- und y-Richtung. kombiniert mit einer RoIIageregelung des Flugkörpers 10, weist also die schon erwähnten, als Nick-, Gier- und Rollkanal bezeichneten Regelkreise auf. denen die von der nicht dargestellten Fernlenkcinrichtung kommandierten Sollwerte l\l. Wy und W₉ zugeführt werden. Die von den Beschleunigungsmessern Κ^_Γ. K_%l(,. K_S{2, K_sll und A _U4 aus den augenblicklichen Istbeschleunigungen des Flugkörpers ermittelten Meßwerte M₇, Λ/,,. AZ₂. AZ₁ und M₄ werden nach ihrer Meßwertaufbereitung in dem Netzwerk 20 in die Aufschaltis werte «j,.. r. !■>.. Y und <h_x umgeformt und in der bereits beschriebenen Weise, nämlich unter Zufügung der Aufschaltfaktoren />„. /j, , «,. «„. c₂. K₁. K₂ und A^₁ sowie der vom Lagekreisel K_Ui festgestellten RoI-lage ν zur Rückführgrößen P₁. />,. /J₃ summiert und mit umgekehrten Vorzeichen Umkehrglieder 105, 205 und 305 auf den Nick-, Gier- und Rollkanal rückgeführt. Die über Summierglieder 106, 206 und 306 aus dem Unterschied der Soll- und Istwerte gebildeten Regelabweichungen E.\ Ey, E₉ werden über die zugeordneten Regler den Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern unter Berücksichtigung der zusätzlichen Dämpfungssignale Leitungen 103 und 203 aufgeschaltet.

Über die von den Stellgliedern betätigten, hier nur schematisch dargestellten Ruder 13, 13«, 14, 14« des Flugkörpers 10 (vgl. Fig. IJ werden die seine Fluglage und -bahn beeinflußenden Beschleunigungen ~. y sowie die gewünschte Rollage </ aufgebaut.

Die Übertragungsfunktionen der im vorstehend \s erläuterten Ausführungsbeispiel benutzten Regler und Filter sind

ermittelten Aufschaltwerte ··>.. y werden nach Zuführung systembedingter Koeffizienten «, und «,, in einem Summierglied 204 zur Rückführgröße/', \erhunden. die über die Leitung 201 und das I mkehiglied 205 einem Summierglied 206 zugeführt wird. Hierbei wird aus dem Sollwert M_T und dem Istwert K 2

— I Ri

- *K2

'κ 12

+ 7

j? 21

^R22

^Ri 1+7*32*

1 · T_1n s

009 509Π26

Κ,ιι =

^y 111

Γ +T₁₁₂ s

Τ_ψ1 = 0,05 (sec)

Τ_φ2 = (),(Χ)5 (sec)

</„ = 5 · Kr³O)

«, ■-= 0.0175 (m)

/>„ - 5 ■ Kr-¹O)

/j, = 0,0175 (m)

ts = 6 ■ K)"⁴ (rad S²)

K₁ = 1 (1)
K₂ -= 1(1)
K, = 0,5(1)
/, = 0,7 (m)
I₂ = 0.65 (m)
r = 0,06 (ni)

Ein anderes Ausrührungsbeispiel des vorstehend beschriebenen Regelsystems ist in Fig. 3a und 3b dargestellt. Es unterscheidet sich gegenüber dem vorherigen durch die Verwendung von lediglich drei Beschleunigungsmessern, die in einer im definitiven Abstand /, vor dem Schwerpunkt S des Flugkörpers 10 (vgl. Fig. 1) vorgesehenen Ebene angeordnet sind. Es sind dies die Beschleunigungsmesser K\H' ^v/4 und K_Mf>, die auf aufeinander senkrecht stehenden Achsen Y und Z angeordnet sind, die die Richtung der Ruderflächen 14, 14n und 13, 13« des Flugkörpers aufweisen. Im Schnittpunkt dieser Achsen ist der die Rollage stabilisierende Lagekreisel K_U3 angeordnet. Diese Anordnung entspricht der Ausfiihrungsform der Ebene E₁ gemäß Fig. 1. Im übrigen sind in den Fig. 3a und 3b die mit den in den Fig. 2a und 2b dargestellten Teilen identischen Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch hier sind also ein Nickkanal 100, ein Gierkanal 200 und ein Rollkanal 300 vorgesehen. Ebenfalls werden die von den mit den Wirkungslinien 18, 19 und 16 verbundenen Meßgliedern, nämlich den Beschleunigungsmessern K_M1, K_M4 und K_sih. ermittelten Meßgrößen Af₁, M₄ und M₆ dem der Meßwertaufbereitung dienenden Netzwerk 20 zugeführt. Gemäß den Formeln

(11)

_ 1 + Γ_φ1 s

Λ//.! - * Il 3 I₊-F

¹ ι 'φ2 ^s

wobei mit V der Verstärkungsfaktor, mit T die Zeitkonstante und mit s der Luplucesche Operator bezeichnet ist.

Die zugehörigen Zahlenwerte der Aufschaltfaktoren </,,, U₁, /j„, Zj₁, C₁, K₁, K₂, K) sowie der Einbaukonstanten der Meßwertgeber I₁. I₂ und ;· und der Verstärkungsfaktoren V_Rl bis V_Hi, V_1n bis V_1n sind

Tr₁₁ = T₁₁₂₁ = r„₃₁ = 0,1 (see)
Tr₁₂ = T_R22 = T_RU = 0,01 (see)

Vr₁ = K«₂ = V_Ri =1 (1)

^₁₁₁ = 0,1 (m)

V₁₁₂ = 0,114 bis 0,1154 (m)

ermittelt. Als Aufschaltwerte werden hier also nicht die Dreh- und die Seitenbeschleunigungen. sondern eine Kombination aus Dreh- und Seitenbeschleunigungen verwendet. Für die Rückfiihrgrößen />, und /', gelten daher unter tier Voraussetzung kleiner Drehgeschwindigkeiten um die ,V-Achse (vgl. F i u. 1) die Bezielninuen

113)
(14)

wobei für K₁₁,, und K,_r die Ubertragungsftinktionen des jeweiligen Filters einzusetzen sind. In dem Netzwerk 20 ist ferner der Aufschaltwert

Ir

(Ai₄ + \/„)

15)

ermittelt worden, dein die Rollage 7 über das Filter K_1n mit dein Verstärkungsfaktor V_1n in dem Summierglied 302 zugefügt wird zur Bildung der Riickführgröße/ >,. Die Rückfiihrgrößen/J₁, />, und />, werden nach ihrer Umkehrung durch die Umkehrglieder 105, 205 und 305 den Summiergliedern 106. 206 und 306 zugeführt, in denen aus den Istwerten Wyi W. und W,, die Regelabweichungen E-, E. und E,., gebildet werden, die über die Regler K_R1 und K_RJr bzw. K_R2 und K_Ry sowie den Regler K_R} den schon beschriebenen Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern 130. 130«, 140, 140« auf-.

geschaltet werden, und zwar unter Berücksichtigung der Verstärkungsfaktoren V_Rl und F_K4 bzw. V_R2 und V_K5 sowie V_Rl.

Zur zusätzlichen Dänipfungsaufschaltung dienen die über Filter K₁₁^ mit dem Verstärkungsfaktor I_//5 sowie Ki₁₄ mit dem Verstärkungsfaktor V_tu und Umkehrglieder 109 und 211 riickgeführten Aufschaltwerte y + /, (·). und r — /, (·<_ν für den Gier- und Nickkanal.

Der Rollkanal 300 entspricht vollständig dem im Zusammenhang mit F i g. 2a und 2b beschriebenen Rollkanal. Er ist über eine Leitung 340 und ein Summierglied 240 mit dem Ciierkanal 200 und dieser über eine Leitung 242 und ein Summierglied 343 mit dem Rollkanal 300 verknüpft. Zur Vorzeichenberichtigung ist im Gierkanal ein weiteres Umkehrgüed 241 vor dem Summierglied 240 angeordnet. Schließlich ist der Nickkanal über ein weiteres Umkehrglied 141 zum Stellglied 130 geführt.
Auch diese Ausfiihrungsform des ι Regelsystems zeigt das im Zusammenhang mit den Fig. 2a und 2 b beschriebene Verhalten. Beiden Systemen ist darüber hinaus gemeinsam, daß ein Grenzzyklus ziemlich hoher Frequenz etwa zwischen 20 und 30 Hz auftritt. Dieser Grenzzyklus wirkt auf unerwünschte Nebenwirkungen von Schwellwert, Lose und Reibung der Regelkreiskomponenten wie ein »Dither«-Signal, so daß diese Nebenwirkungen ohne zusätzlichen Aufwand zur Erzeugung eines »Dither«- Signals verringert werden. Unter »Dither«-Signal wird bekanntlich ein Wechselstromsignal verstanden, dessen Frequenz groß ist gegenüber der höchsten auftretenden Frequenz des Nutzsignals und das dem Nutzsignal überlagert wird zur Kompensation der genannten Nichtlinearitäten.
Schließlich sind die systembedingten Koeffizienten

y + h >\ = M₁ - y (M₄ + M₆) (12) werden die Aufschaltwerte ζ — /, ώ und y 4- Z₁ ώ_ζ b₀,

K₂, K₁, V_Rl, V_R2, V_R3, V

₂ i

Vhi- V₁₁₃ so gewühlt, daß der Einfluß der Nullpunktsfehler der zur Anwendung gelangenden Beschleu-

BAD ORIGINAL

nigungsmesser minima! wird. Dies wird in der Weise erreicht, daß die Zalilenweiie bestimmter Systemparameter, z. H. V_1n. V₁₁₁. so gewählt werden, daß der beispielsweise für den Nickkanal (Fig. 2a und 2b) hinter dem Summierglied 212 unter dem F.influß der Nullpunktsfehler IA/,,. IA/-. IAZ₄ der Beschleunigungsmesser Λ/,,, A/ und AZ₄ rechnerisch für den stationären, d. h. eingeschwiingeiien Zustand des Systems ermittelte Fehlerausdruck von der Form

E = IA/,,

AZ-

(16)

wobei f,. i₂ und .·_, Funktionen der Systemkoefli-/ienten h_t). /?,. V_1n . V_1n . V₁₁₂. I₁. U. r sind oder aber zumindest von einigen dieser Parameter abhängen, durch die Bedingung

■■f rd t-'i = Min 117)

so klein wie möglich gemacht wird, etwa gemäß der Vorschrift

wobei z. B.

+ .5 i ■■!) = 0

HX)

119)

1»,

das partielle Differential der

30

Minimalbedingung nach dem Systemparameter V_1n darstellt

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Regelung der Qiierbeschleunigung eines lenkbaren Flugkörpers mit kreuzweise angeordneten Riiderllächen. der einen seine Roll.ichse stabilisierenden Lagekreisel aufweist nil·, !im Ncinc Nick- u. 1 Gierachse von Regelkreisen geregelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von fünf in zwei im definierten Abstand vom Schwerpunkt [S) des Flugkörpers 111)) befindlichen Ebenen (£,. £₂) angeordneten Beschleunigungsmessern(Κ_Λί1. K_Sfl. K_su. K\_lty. A',,-) in einem Netzwerk (20) in Aufschaltwerte |»;._r ~. <■>.. y und <>₍) umgeformt und unter Berücksichtigung systembedingter Koeffizienten (z. B. />,. />„. ti,, i/₍₁. c₂ und V_Ui) und der Rollage(v) zu Rückführgrößen Ip₁. p₂. />_,) summiert und mit umgekehrten Vorzeichen rückgeführt werden und daß die dazu ermittelten Regelabweichungen (£.. £,.. Ε_φ) über Regler [K_Ri, A'_R1. K_Rl) Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern (130. 130t/. 140. 140«) aufgeschaltet werden und daß zur zusätzlichen Dämpfung der Regelkreise und Korrektur der Null- >s punktsfehler der Beschleunigungsmesser die Winkelbeschleunigung (<■->,.) und ihr in verser Wert über Filter [K_1n, K_1n) geleitet und summiert und nach zusätzlicher Vorzeichenumkehr dem Regelkreis (100) Tür die Nickachse und die Winkel- fo geschwindigkeit (('».) und ihr inverser Wert über Filter [K_1n, K_1n) geleitet und summiert und nach zusätzlicher Vorzeichenumkehr dem Regelkreis (200) für die Gierachse aufgeschaltet und die auf die Eingänge der Stellglieder (140, 140 a) für die Roll- und Nickkommandos einwirkenden Signale zum Zwecke der überlagerung miteinander verknüpft werden (208, 308, 307, 202).
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die systembedingten Koeffizienten (z.B. />,. />,,. U₁ . i/_lp. c₂ und V_1n) entsprechend der Bedingung

tieinaß der Vorschrift

r
V₁₁

^f * 112

Min

so zu wählen sind, daß der Einfluß der Nullpunktsfehler der zur Anwendung gelangenden Beschleunigungsmesser minimal wird, wobei i, biN ;, Funktionen der Sysiemkoeffizienten und

-, das partielle Differential der Minimal-

< I Hl

bediiigung nach einem Systemparameier (V_1n) darstellen.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswerte (Λ/₄. Λ/,,. A/,) dreier Beschleunigungsmesser, die im vorbestimmten Abstand (/,) vom Schwerpunkt (.S') des Flugkörpers (10) angeordnet sind, in einem Netzwerk (20) zur Meßwertaufbereitung gemäß den Formeln

Ί -■■',

Ϊ r- I₁ .·..-

I-VZ₄

A/,

+ .W₁,

.-., = _v (AZ₄ + A/„)

in Aufschaltwerte ζ - I₁ ■'■>, und y + /, ·'■·. umgeformt und unter Berücksichtigung systembedingter Koeffizienten Ic₂. V_K1 bis Γ_Κ5 und V_HS bis V₁₁-] zu Rückführgrößen (/>,. /»₂. /)j) summiert und rückgeführt werden, daß die dazu ermittelten Regelabweichungen (£.. £,.. Ε_φ) über Regler [K_R1 bis A«_s) Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern (130. 13Ou. 140. 140«) aufgeschaltet werden und daß zur zusätzlichen Dämpfung des Regelkreises und Korrektur der Nullpunktsfehler der Beschleunigungsmesser die Aufschaltwerte (r -/]<■>,. V-I-I₁O).] zusätzlich über Filter und Umkehrglieder (K^₄, K₁₁₅. 109, 211) dem Nick- und Gierkanal (100. 200) aufgeschaltet und die auf die Eingänge der Stellglieder (140. 140«) für die Roll- und Nickkommandos einwirkenden Signale zum Zwecke der zusätzlichen Aufschaltung miteinander verknüpft (242, 343. 340. 240) werden.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 2, gekennzeichnet durch fünf Beschleunigungsmesser (K_W1, K _Λ/2, K_SI±, Kut,. Ky₁₁). die in zwei im definierten Abstand (/,. I₂) vom Schwerpunkt (S) des Flugkörpers (10) vorgesehenen Ebenen (E₁. E₁), und zwar auf aufeinander senkrecht stehenden Achsen (Y. Z). die vorzugsweise die Richtung der Ruderflächen (13, 13ii, 14. 14a) des Flugkörpers' aufweisen, angeordnet sind, daß ferner der Meßwertaulbereitung dienende Netzwerke (20) zur Gewin-

BAD ORIGINAL

nung der Aufschaltwerte (<■<,. ir. >'■>-. y. <·>_ΛΙ aus den Beschlcunigungsmessersignalen und daß FiI-ter. Summier- und Uinkehiglieder (A',,, bis K_1n. 105. 205. 305. 104. 203. 302. 106. 206. 306. 109. 211. HO. 208. 212. 210. 108. 141) zur Bildung von systembedingte Koeffizienten enthaltenden Rückführgrößen (/>,. />,. />,). Dämpfungssignalen und zur Hrniittlung der Regelabweichungen (£.. i.'_r. /;'„,) sowie mit Zweipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern (130. 130₍/. 140. 140«) zusammenwirkende Regler [K₁₁₁. K_H2. Κ_Κλ) vorgesehen sind.
5. Hinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß drei Beschleunigungsmesser [K_xn. K_KU. K'_u„) in einer Fbenel/.,) im vorbestimmten Abstand (/,I vom Scliweipiinkt (.V) des Flugkörpers

(10) angeoMlnct sind und sich auf aufeinander senkrecht stellenden Achsen (V. Z) befinden, die \orzugsweise die Richtung der Ruderflüchen (13. I3(/. 14. 14«) des Flugkörpers aufweisen, daß ein der Meßwei !aufbereitung dienendes Netzwerk (20) zur Gewinnung der Aufschaltwerle Ir /, M₁. \ ;-/,<'■!.) aus den BeschleunigungsmessersiiMialcn und das I'ilter. Summier- und l'mkehrglieder [K_1n bis K₁₁-. 105. 205, 302. 211. 109. 305. 106. 206. 306. 241. 141) zur Bildung von systembedingte Koeffizienten enthaltenden Rückfühl großen (/>,. /'_;. />,). von Dämpfungssignalen und zur Frmittluug der Regelabweichungen (/-_r- Ky. E₁J. sowie mit /weipunktverhalten aufweisenden Stellgliedern (130. 130«. 140. 140«) zusammenwirkende Regler lK_/u. Κ_/{1. Κ_Κλ. K_H4. K_K<) vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

BAO ORIGINAL