DE2158244A1

DE2158244A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kompensieren der Bewegung einer stabilisierten Plattform

Info

Publication number: DE2158244A1
Application number: DE19712158244
Authority: DE
Inventors: Maier Los Angeles Calif. Margolis (V.St.A.). P
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2114972A5; NL163018C; GB1337035A; JPS5020799B1; DE2158244C3; DE2158244B2; IT945098B; NL7116468A

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 22· November 1971

Hughes Aircraft Company P 24-27 S/kg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Kompensieren der Bewegung einer stabilisierten Plattform

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Kompen- ä sier.en der Bewegung einer stabilisierten Plattform, die ein Sichtgerät mit einer zu einem Ziel führenden Sichtlinie trägt und deren Bewegung von unter einem Winkel zur Sichtlinie verlaufenden linearen Beschleunigungen herrührt, die von einem die Plattform tragenden Fahrzeug verursacht werden·

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Bekannte Systeme zur nachlaufsteuerung enthalten Y/inkelbewegungsfühler, insbesondere Kreisel, die zu einer solchen Kompensation einer Winkelbev/egung der Plattform mit dem Sichtgerät dienen, daß dieser Plattform ein Drehmoment in einer solchen Richtung erteilt wird, die zum Ausgleich der Drehbewegungen erforderlich ist, so daß die Plattform mit dem Sichtgerät infolge dieser Drehungen keine Lageveränderung erfährt· Solche Systeme benötigen gewöhnlich nur die Kreisel und geeignete Verstärker zur Erzeugung eines Signales geeigneter Größe für den Plattformantrieb. Solche Kompensationseinrichtungen stellen jedoch keine geradlinigen Beschleunigungen in beliebiger Richtung fest und sorgen infolgedessen auch nicht für eine Kompensation solcher Beschleunigungen, Lineare Beschleunigungen in Richtungen, die von der Sichtlinie abweichen, verursachen jedoch Störungen der Sichtlinie. Eine kreiselstabilisierte Plattform ist nicht dazu geeignet, solche Störungen zu vermeiden·

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und auch eine Vorrichtung zum Kompensieren linearer Beschleunigungen zu schaffen, denen eine stabilisierte Plattform mit einem Sichtgerät ausgesetzt ist, um die nachteiligen Wirkungen solcher Beschleunigungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die der stabilisierten Plattform erteilten Beschleunigungen in zwei Richtungen, die.miteinander und mit der Sichtlinie einen Winkel bilden, gemessen und für die gemessenen Beschleunigungen charakteristische Beschleunigungssignale erzeugt werden, daä die

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Vertikal— und Horizontalkomponenten der Beschleunigungssignale über die Zeit integriert und in ihrer Große gemäß der Entfernung des Zieles vom Sichtgerät derart geändert werden, daß ein für die infolge der Linearbeschleunigungen eingetretenen Y/inkeländerungen charakteristisches Signal erhalten wird, daß das Signal von allgemeinen Baumkoordinaten in die Plattformkoordinaten umgerechnet wird und daß endlich der Plattform mit Hilfe des umgerechneten Signales ein Drehmoment erteilt wird, | das die der Plattform erteilten Beschleunigungen ausgleicht.

Bei einer "bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Zerlegung der Beschleunigungssignale von deren Vertikalkomponente die Schwere-Beschleunigung abgezogen.

Die Erfindung "bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfaßt Fühler, die für die linearen Beschleunigungen der Plattform in einem den Fühlern eigenen Koordinatensystem charakteristische Signale ™

liefern, einem Resolver zum Auflösen der von den Fühlern gelieferten Signale in Vertikal- und Horizontalkomponenten, eine Recheneinrichtung zur Weiterverarbeitung der Vertikal- und Horizontalkomponenten, einen weiteren Resolver zum Umwandeln der Ausgangssignale der Recheneinrichtung in Signale in Plattformkoordinaten und eine Antriebseinrichtung, die der Plattform ein den Signalen in Plattformkoordinaten entsprechendes Drehmoment erteilt.

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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Recheneinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Einheit zum Subtrahieren der Schwerebeschleunigung von der Vertikalkomponente umfassen.

Die stabilisierte Plattform kann auf einem Fahrzeug, insbesondere einem Luftfahrzeug, angeordnet und es kann eine insbesondere mit Hilfe eines Steuerknüppels von Hand betätigbare Steuereinrichtung vorhanden sein, die Steuersignale erzeugt, welche Befehlen für eine Bewegung der Plattform in Plattformkoordinaten entsprechen. In diesem Fall umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Verarbeitung der Steuersignale und eine Einrichtung zur Addition der verarbeiteten Steuersignale zu den von den Fühlern gelieferten Signalen vor deren Auflösung, so daß die der Antriebseinrichtung für die Plattform zugeführten Signale sowohl die von der Steuereinrichtung ausgelösten Befehle als auch die zur Kompensation linearer Beschleunigungen der Plattform gebildeten Signale umfassen.

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Die der. Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden llerkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 die perspektivische Ansicht des Hauptteiles eines Hubschraubers, in den eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung eingebaut ist,

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Fig. 2 die Ansicht einer in den Hubschrauber nach Fig. 1 eingebauten stabilisierten Plattform in schematischer Darstellung,

Fig. J die schematische Darstellung eines in den Hubschrauber eingebauten Steuerknüppels für die stabilisierte Plattform und

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach "

der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Bewegungskompensationssystem bezieht sich auf die Art und Weise, in der eine stabilisierte Plattform, die ein ausrichtbares Sichtgerät mit einer Sichtlinie trägt, gegen Translationsbeschleunigungen in einer im wesentlichen quer zur Sichtlinie liegenden Richtung stabilisiert wird« Dieses Bewegungskompensationssystem ist für das Ausrichten eines militärischen Sichtgerätes von einer sich bewegenden Plattform aus geeignet. Um die Art und Weise zu veranschaulichen, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung benutzt ä

wird, ist in Fig. 1 ein Hubschrauber 10 dargestellt. Der Hubschrauber ist mit einer Einrichtung zum Beschießen eines Zieles versehen, in diesem Fall mit in einem Bündel 12 angeordneten Raketen« Ein gleichartiges Raketenbündel kann an der anderen Seite des Hubschraubers angebracht seine Statt dessen können auch andere Arten richtbarer Waffen in Verbindung mit dem Bewegungskompensationsystem verwendet werden. Weiterhin ist, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, im vorderen Teil dea Hubschraubora ein optisches Sichtgerät 14 auf einer β llsi^rtoii Plubt:'oriii 16 befestigt, Die el;ab;i Ibiiari-

"Plattform trägt außerdem einen zusammen mit dem optischen Sichtgerät 14 montierten Infrarotdetektor

Das Raketenbündel 12 ist mit dem optischen Sichtgerät und dem Infrarotdetektor 18 durch elektronische Schaltungsanordnungen gekoppelt, die sich in einem Gestell befinden» Die Anordnung ist so getroffen, daß dann, wenn dqs optische Sichtgerät 14 auf ein Ziel gerichtet und eine Rakete abgefeuert wird, der Infrarotdetektor 18 die Position der Rakete vor dem Hubschrauber 10 feststellt und mittels einer Steuerverbindung die Rakete auf die Sichtlinie vom optischen Sichtgerät 14 zum Ziel lenkt. Da diese Sichtlinie auf dem Ziel gehalten werden muß, bis die Rakete das Ziel trifft, ist eine Stabilisierung der Plattform 16 erforderlich, um eine höhere Trefferwahrscheinlichkeit zu erhalten.

Andere, hier nicht näher dargestellte Einrichtungen stabilisieren die Plattform und die darauf angeordneten Einrichtungen hinsichtlich einer Winkelbewegung. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Plattform 16 kardanisch aufgehängt und unter dem Einfluß eines Kreisels 22 um eine Querachse und unter dem Einfluß eines Kreisels 24 um eine Elevationsachse drehbar.

J?ür die nach der Erfindung vorgesehene üev/eriingskoinpeniiafcion müssen Linearbenchleunigungen gemessen v/erden,, Diene Linearbeschleiinigungen können entweder nie Hilfe linearer Beschleunigungsmesser, die eic .· isciileitni^rai;-; ι λ ,Ir«! sudinandar senkrechten Ioorddiia ■·■-.:-. In '..;::·= ;~;ug auf den iiahiiUiii u-iij fiuiischraiibei/ti 'K iueaR^:,, ■.,-'.-y,¹· . A--■ Hilfe

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von. zwei auf der stabilisierten Plattform 16 angeordneten Beschleunigungsmessern festgestellt werden» Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung macht von zwei Beschleunigungsmessern auf der stabilisierten Plattform Gebrauch, weil die geringere Anzahl von Bauteilen eine höhere Zuverlässigkeit ergibt. Der Beschleunigungsmesser 26 mißt die Linearbeschleunigung senkrecht zur Sichtlinie längs der Elevationsachse der Plattform 16. Der Beschleunigungsmesser 28 mißt Linearbeschleunigungen senkrecht zur Plattform,,

Wie aus Fig. 4- ersichtlich, werden die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 26 und 28 auf Leitungen 30 und 32 gegeben. Es handelt sich um modulierte Signale, die über Verstärker 34- "und 36 einem Resolver 38 zugeführt werden.

V/ie vorher erläutert, messen die Beschleunigungsmesser 26 und 28 lineare Beschleunigungen in bezug auf die stabilisierte Plattform 16. Diese stabilisierte Plattform ist in bezug auf Erdkoordinaten nicht unbedingt ä horizontal ausgerichtet. Daher spricht der Resolver 38 auf die Vertikalrichtung an und ist zu diesem Zweck mit einem Resolvertreiber 4-0 gekoppelt, der ein Ausgangssignal des Resolvers empfängt und den Resolver 38 solange dreht, bis die beiden Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser in eine Horizontalkoiaponente und eine Vertikalkomponente aufgelöst sind. Der Resolver vollführt die Drehung der Beschleunigungsvektoren aus den Plattforakoordinaten in die angenäherte Vertikalrichtung und die echte Horizontairichtung in Raum-

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koordinaten. Diese Richtungen "brauchen nicht sehr genau zu sein, sondern es ist eine Auflösung in diese allgemeinen Eichtungen ausreichend. Die annähernd "bestimmte Vertikalkomponente des Beschleunigungssignales findet sich auf der Leitung 42, während die echte Horizontalkomponente auf der Leitung 44 ist»

Unter der Annahme, daß sich in Übereinstimmung mit der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Beschleunigungsmesser auf der stabilisierten Plattform 16 befinden, sind die erzeugten Signale für die Linearbeschleunigung auf die Koordinaten der stabilisierten Plattform bezogen. Der Rollwinkel, mit dem der Resolver arbeitet, ist gleich dem Winkel, um den die Elevationsachse der Plattform von der echten Horizontallinie in eine zur Sichtlinie senkrechten Richtung abweicht. Der Rollwinkel wird anhand der Daten berechnet, die von dem Vertikalkreisel und den Schwenkwinkeln um die Plattform-Querachse und die Elevationsach.se der kardanischen Aufhängung berechnet. Demnach ist der Winkel des Resolvers der Rollwinkel der stabilisierten Plattform um die Sichtlinie. Definitionsgemäß handelt es sich bei diesem Winkel um die Drehung um die Sichtlinie, so daß der horizontale Beschleunigungsvektor in der wahren Horizontalebene liegt. Innerhalb dieser Koordinaten können die Signale auf einfache Weise verarbeitet werden.

Von einem Schwerkraftgeber 46 wird ein Schwerkraftsignal erzeugt, das von dem Vertikalsignal auf Leitung 42 mittels eines Subtrahierers 48 abgezogen wird. Das Ausgangssignal

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des Subtrahierers gelangt zu einem Phasendetektor 50, während die Leitung 4-4 mit dem Horizontalbeschleunigungssignal unmittelbar zu einem zweiten Phasendetektor 52 führt. Die beiden Phasendetektoren wandeln die Signale in Gleichstromsignale um. Nach geeigneter Filterung werden diese Signale geeigneten Verstärkern zugeführt, in denen eine proportionale Änderung der Größe dieser Signale stattfindet. Die "Verstärker 54- "und 56 empfangen das angenäherte Vertikal- bzw. das wahre |

Horizontalbeschleunigungssignal. Die Verstärker 5^ und 56 sind in Fig. 4 als Feldeffekttransistoren dargestellt, jedoch können auch andere geeignete Verstärkeranordnungen zur Signalsteuerung benutzt werden«

Um die Linearbeschleunigungen in der Vertikal- und Horizontalrichtung in Signale umzuwandeln, die sich auf die entsprechende Winkelbeschleunigung beziehen, muß die Zielentfernung berücksichtigt werden. Eine Einrichtung 58 erzeugt auf der Leitung 60 ein Entfernungssignal. Bei der Einrichtung 58 kann es sich entweder um ein manuelles oder automatisches Entfernungsmeßgerät handeln oder es kann ein Gerät sein, f in das eine geschätzte Entfernung eingegeben wird. Beispielsweise könnte ein Potentiometer eine geeignete Skala aufweisen, um ein der Entfernung entsprechendes Signal einzugeben, und die Entfernung, auf die das Potentiometer einzustellen ist, könnte von dem Benutzer einfach geschätzt werden» Das Entfernungssignal v/ird den Verstärkern 5^· und 56 zugeführt. Das Ausgangssignal dieser Verstärker wird mit Hilfe von

I' f)^f) B Ί 71 0 B 2 4

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Integratoren 62 "bzw. 6^zt- integriert. Diese Integratoren führen eine Integration des Signales über die Zeit aus und "beziehen das Entfernungssignal in die Rückkopplungsschleife ein.

Die integrierten Signale stellen nun vertikale und horizontale Winkelwerte in rechtwiix^ligen Raumkoordinaten dar, die angenähert die Vertikale und die wahre Horizontale wiedergeben» Diese Signale durchlaufen Llodulatoren 66 und 68, v/erden in Filterverstärkern weiterverarbeitet und einen Resolver 70 zugeführt. Der Resolver 70 kann ein Teil des Resolvers 38, mechanisch mit dem Resolver 38 gekoppelt oder aber auch ein getrennter Resolver sein. Lr wird von einen Treiber 71 angetrieben, bei dem es sich um einenlusgang des Treibern 40 handeln kann» Er hat die gleiche Funktion in entgegengesetzter Richtung und löst die auf rechteckige Raumkoordinaten bezogenen Signale in Signale auf, die auf die rechtwinkligen, senkrecht und quer zur stabilisierten Plattform 16 verlaufenden Koordinaten bezogen sind. Die resultierenden Signale durchlaufen Phasendetekt;oren 72 und 74·* um sie in Gleichstronsignale luazuwandeln und werden über die Leitungen 73 und 75 d^n Kreiseln 22 bzw, 2^ zur Ausübung von Drehmomenten zugeführt. Hierdurch wird die stabilisierte Plattform um einen solchen V/inkel gedreht, daß in einem Winkel zur Sichtlinie verlaufende Linearbeschleunigungen kompensiert werden. Demiach v/erden Linearbeschleuriigungen ausgeglichen und es wird dadurch das Nachführen des Sichtgerätes unter»blitzt„

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- 11 - geändert cemäß Eingabe eingegangen am ..'„....i.LJ.1 ,

Einige der linearen, aufwärts und seitlich gerichteten Beschleunigungen werden durch Vibrationen, Luftströmungen und andere äußere Kräfte verursacht, die aur den Hubschrauber 10 wirken. Andere werden von der Betätigung der Steuereinrichtungen des Hubschraubers durch den Piloten verursacht. Zusätzlich zu der Verwendung der Beschleunigungsmesser können Signale unmittelbar von den Steuereinrichtungen abgeleitet werden. In den Fig. und 4- ist der Steuerknüppel '72 zur Steuerung der Bewegung des Hubschraubers dargestellt. Der Steuerknüppel ist nur beispielsweise angeführt und es können, wenn andere Steuereinrichtungen benutzt werden, auch von denen Steuersignale abgeleitet werden« Mit dem Steuerknüppel , 72 sind Stellungsgeber verbunden, deren Ausgangssignale auf den Leitungen'^- und/76 Bewegungen in den Richtungen senkrecht und quer zur stabilisierten Plattform entsprechen. Diese Signale werden mit Hilfe von Modulatoren 78 und 80 moduliert und mit Hilfe von Filterverstärkern 82 und 84- auf die richtige Größe gebracht. Sie werden zu den Signalen auf den Leitungen 30 und 32 addiert und durchlaufen dann das System in der gleichen YJeise wie die Ji-us gangs signale der Beschleunigungsmesser«

Das von dem Steuerknüppel abgeleitete Signal ist ein Befehl im Koordinatensystem der stabilisierten Plattform und muß für eine richtige Integration zunächst hinsichtlich des Eollwinkels aufgelöst werden, bevor es integriert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren hat also den Vorteil, daß auch eine Steuerung vorgesehen werden kann, die von der Betätigung des Steuerknüppels abgeleitet ist.

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Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben» Es versteht sich, daß diese Aus führung s form in vielfältiger V/eise abgewandelt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, und die Erfindung daher nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Kompensieren der Bewegung einer stabilisierten Plattform, die ein Sichtgerät mit einer zu einem Ziel führenden Sichtlinie trägt und deren Bewegung von unter einem Winkel zur Sichtlinie verlaufenden linearen Beschleunigungen herrührt, die von einem die Plattform tragenden Fahrzeug verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die der stabilisierten Plattform erteilten Beschleunigungen in zwei Eichtungen, die miteinander und mit der Sichtlinie einen Winkel bilden, gemessen und für die gemessenen Beschleunigungen charakteristische Beschleunigungssignale erzeugt werden, daß die Beschleunigungssignale in Vertikal- und Horizontalkomponenten zerlegt werden, daß die Vertikal- und Horizontalkomponenten der Beschleuni— gungssignale über die Zeit integriert und in ihrer Größe gemäß der Entfernung des Zieles vom Sichtgerät derart geändert werden, daß ein für die infolge der Linearbeschleunigungen eingetretene Winkeländerung charakteristisches Signal erhalten wird, daß das Signal von allgemeinen Raumkoordinaten in die Plattformkoordinaten umgerechnet wird und daß endlich der Plattform mit Hilfe des umgerechneten Signals ein Drehmoment erteilt wird, das die der Plattform erteilten Beschleunigungen ausgleicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zerlegung der Beschleunigungasignale von deren Vertikalkomponenten die Schwerebeschleuni gung abgezogen wird,

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3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Resolver Eingangssignale im Koordinatensystem der Plattform zugeführt werden, die Befehlssignale für die Plattfonabewegung in Richtung der mit der Sichtlinie einen Winkel bildenden Koordinaten entsprechen·
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Beschleunigungsmesser (26, 28), die für die lineare Beschleunigung der Plattform (16) in einem den Fühlern eigenen Koordinatensystem charakteristische Signale liefern, einen Resolver (38) zum Auflösen der von den Fühlern (26 und 28) gelieferten Signale in Vertikal- und Horizontalkomponenten, eine Recheneinrichtung (4-6 bis 68) zur Weiterverarbeitung der Vertikal- und Horizontalkomponenten, einen weiteren Resolver (70) ' zum Umwandeln der Ausgangs signale der Recheneinrichtung in Signale in Plattformkoordinaten und eine Antriebseinrichtung (22, 24), die der Plattform (16) ein den Signalen in Plattformkoordinaten entsprechendes Drehmoment erteilt, umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (46 bis 68) eine Einheit (48) zum Subtrahieren der Schwerebeschleunigung von der vom Resolver (38) gelieferten Vertikalkomponente umfaßt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (46 Μα 68) eine Einheit (62, 64) zum Integrieren der Vertikal- und Horizontalkomponenten über die Zeit und Verändern der Größe dieser Komponenten gemäß der Entfernung des Zieles vom Sichtgerät umfaßt, so daß ihr Ausgangssignal für die Winkeländerungen der Sichtlinie charakteristisch ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (62, 64) zum Integrieren einen Verstärker zum Laden eines Kondensators und eine zum Kondensator parallele Rückkopplung umfaßt, die von einem für die Zielentfernung charakteristischen Signal gesteuert wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 "bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierte Plattform (16) auf einen Fahrzeug (10) angeordnet und eine Steuereinrichtung (?72) vorhanden ist, die Steuersignale erzeugt, welche Befehlen für eine

Bewegung der Plattform in Plattformkoordinaten "

entsprechen, und daß die Vorrichtung eine Einrichtung C78 bis >84) zur Verarbeitung der Steuersignale und eine Einrichtung zur Addition der verarbeiteten Steuersignale zu den von den Beschleunigungsmessern (26, 28) gelieferten Signale vor deren Auflösung umfaßt.

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