DE2548125A1

DE2548125A1 - Vorrichtung zur transformation von lenkkommandos von einem koordinatensystem in ein anderes

Info

Publication number: DE2548125A1
Application number: DE19752548125
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Buerger; Heinz Schulte
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1977-05-05
Also published as: DE2548125C3; US4080655A; DE2548125B2; FR2347723A1; FR2347723B1

Description

Vorrichtung zur Transformation von Lenkkommandos von einem Koordinatensystem in ein anderes. ^

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines einem Vektor im Polarkoordinatensystem entsprechenden elektrischen Steuerkommando für einen um seine Längsachse rollenden Flugkörper, ausgehend von einem aus einem ebenen karthesischen Koordinatensystem abgeleiteten Steuersignal, mit einer Einrichtung sowohl zur Erzeugung von Impulsen, derart, daß jeder erzeugte Impuls einer Rollwinkeländerung des Flugkörpers um einen vorbestimmten Winkelschritt entspricht, als

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auch zur Erzeugung eines Startimpulses bei jeder neu beginnenden Umdrehung des Flugkörpers.

Um Bauungenauigkeiten auszugleichen, und um eine gewisse Stabilisierung um die Längsachse zu erreichen, werden raketengetriebene fernlenkbare Flugkörper bei ihrem Start durch Drallzüge in der Startvorrichtung oder durch angestellte Flächen während ihres Fluges zum Rollen um die Längsachse gebracht.

Diesem sich aus dem Rollen des Flugkörpers ergebenden Vorteil steht jedoch die Notwendigkeit gegenüber, zur Beaufschlagung der Lenkeinrichtung des Flugkörpers mit Lenkkommandos, die momentane Winkellage der Steuerflächen des Flugkörpers oder bei Verwendung nur eines Steuerorgans dessen Winkelkomponente zu berücksichtigen.

Als einfachste Möglichkeit zur Lösung dieser Aufgabe erscheint es, die im karthesischen Koordinatensystem gegebenen Lenksignale in ein Polarkoordinatensystem zu transformieren. Hierzu werden sog. Koordinatenwandler benötigt, die sich jedoch bisher als sehr aufwendig, insbes. hinsichtlich Energieverbrauch, Platzbedarf und Herstellungspreis erwiesen haben.

Da Flugkörper Verlustgeräte sind, geht mit jedem Start eines Flugkörpers auch der Koordinatenwandler verloren. Um den Verlust des Koordinatenwandlers zu vermeiden, sind daher Lenkverfahren bekannt geworden, nach denen im Flugkörper durch Kreisel od.ähnl. Meßgeräte eine Roilageinformation erzeugt wird, die in Echtzeit zur Leitstelle übermittelt wird, um bereits dort die Koordinatentransformation durchzuführen. Die im Polarkoordinatensystem ausgedrückten Lenkkommandos werden dann an den Flugkörper zurückübermittelt, so daß sie dort phasenrichtig wirksam werden können.

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Neben dem Nachteil der Unanwendbarkeit dieses Verfahrens für mit einer bestimmten Plugbahn vorprogrammierten Flugkörpern muß der Flugkörper mit einem bordeigenen Sender ausgerüstet werden. Damit erhöht sich die Möglichkeit der störenden Fremdeinwirkung auf die Lenkung des Flugkörpers. Außerdem fallen die Kosten für die Sendeeinrichtung an.

In einem weiteren Verfahren wird das phasenrichtige Wirksamwerden des Steuerkommandos dadurch erzielt, daß dem Flugkörper jeweils nur dann ein Steuerkommando mitgeteilt wird, wenn sich das Ruderorgan des rollenden Flugkörpers gerade in der richtigen Winkelstellung befindet. Durch diese einfache Maßnahme ist ein Koordinatenwandler nicht mehr erforderlich. Allerdings liegen die Grenzen des zweiten Verfahrens in dessen relativer Lenkträgheit. Ein Flugkörper, der sich beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 600m/sec fortbewegt und mit einer Frequenz von 5Hz rollt, würde nach diesem Verfahren nur ca. alle 120m seiner Flugbahn gesteuerte Bewegungen in einer Richtung ausführen können. Diese Lenkträgheit kann bei bestimmten Aufgaben eines Flugkörpers, z.B. bei der Bekämpfung von anderen schnellfliegenden steuerbaren Flugkörpern oder Flugzeugen zur Minderung des Einsatzerfolges führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Koordinatentransformation auf einfache und billige W^eise kontinuierlich im Flugkörper durchführen kann, und es ermöglicht, zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Fluges dem Flugkörper sofort wirksam werdende rollagerichtige Lenkkommandos erteilen zu können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein durch jeden Startimpuls auf Null setzbarer, digitaler, im Binärkode arbeitender Zähler die von einer ImpulserZeugungseinrichtung erzeugten Im-

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pulse kontinuierlich aufaddiert, daß der digitale Zähler fortlaufend den mit der Sinus- bzw. Cosinusfunktion programmierten Festwertspeicher der gezählten Impulszahl elektrische Spannungen zuleitet, daß die dem Sinus- bzw. Cosinus des jeweiligen Rollwinkel entsprechenden Ausgangssignale der Festwertspeicher je einem Digital-Analog-Wandler für die Sinusfunktion und die Cosinusfunktion zugeführt werden, sowie, daß jedem der beiden Digital-Analog-Wandler je eine Achse eines ebenen karthesischen Koordinatensystems fest zugeordnet ist, daß das jeweilige Steuersignal mit dem Wert der Momentanspannung des zugehörigen Digital-Analog-Wandlers multiplizierbar ist, und daß die so gewonnenen Ausgangsspannungen der Digital-Analog-Wandler in einem Addierglied addiert werden und die resultierende Summenspannung der Steuereinrichtung des Flugkörpers als Steuerkommando zuführbar ist.

Soll der Flugkörper von einer sich bewegenden Abschußplattform abgeschossen werden, muß wegen der allgemein üblichen Verwendung eines Lagekreisels als Referenzsystem für die Rollwinkelbestimmung, bzw. für die Koordinatentransformation im Flugkörper eine evtl. Schräglage des Flugkörpers im Augenblick der Schußauslösung berücksichtigt werden.

Zu diesem Zweck wird eine dem Schräglagewinkel entsprechende Impulszahl, wobei jeder Impuls derselben Winkelschrittgröße wie bei der Roilagebestimmung des Flugkörpers im Fluge entspricht, beim Abschuß des Flugkörpers von der durch den der Rollagebestimmung zugeordneten Digitalzähler zu zählenden Impulszahl abgezogen, welches erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß ein Startimpuls einen digitalen im Binärkode arbeitenden Zähler startet, welcher dieselbe Bitanzahl benutzt, wie der der Rollagebestimmung im Flugkörper zugeordnete digitale Zähler, daß der digitale Zähler die von einer der Abschuß-

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"plattform zugeordneten ImpuIserzeugungseinrichtung erzeug- -ten Impulse aufaddiert und daß die Spannungen an den Ausgängen des digitalen Zählers den Eingängen einer Addiereinrichtung zuleitbar sind, an deren anderen Eingängen die Spannungen der Ausgänge des digitalen Zählers, welcher der Rollagenbestimmung im Flugkörper zugeordnet ist,liegen, sowie daß die Addiereinrichtung die Ausgangsspannungen des digitalen Zählers von denen des der Rollagenbestimmung im Flugkörper zugeordneten digitalen Zählers subtrahiert und daß diese Differenzspannungen den Festwertspeichern zuleitbar sind.

Besonders vorteilhaft wirkt sich für die Erfindung aus, daß alle verwendeten Bausteine als handelsübliche Schaltelemente verfügbar sind, so daß die Koordinatentransformation mit geringem Kostenaufwand im Flugkörper durchgeführt werden kann, ohne daß der Verlust der Vorrichtung durch den Abschuß des Flugkörpers im Verhältnis zu den Gesamtkosten des Flugkörpers besonders zu Buche schlüge. Es wird mithin durch die Erfindung auf einfache und billige Weise erreicht, daß der Flugkörper während jeder Phase der Flugbahn unmittelbar rollagerichtig auf Lenkkommandos anspricht, ohne daß Rollfrequenz oder Fluggeschwindigkeit sich störend auf das Lenkverhalten auswirken können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt die einzige Figur den von der flugkörperseitigen Impulseinrichtung 11 erzeugten Startimpuls 10, der einen digitalen Zähler 20 bei jeder neu beginnenden Umdrehung eines nicht dargestellten Flugkörpers auf Null setzt.

Die DigitaLzahlvorrichtung 20 zählt die von der Impulserzeugungseinrichtung 11 erzeugten Impulse 12 bis zum Eintreffen

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des nächsten Topimpulses 10, womit der Zählvorgang aufs Neue beginnt. Die Ausgänge des digitalen Zählers 20, von dem im Beispiel die acht Ausgänge 2 bis 256 benutzt werden, werden an die Eingänge A. bis Ag einer Addiereinrichtung 17 angeschlossen. An den Eingängen B^ bis Bq der Addiereinrichtung 17 werden die Ausgänge 2 bis 256 einer weiteren digitalen Zählvorrichtung angeschlossen. Dem Eingang der digitalen Zählvorrichtung 15 werden die der Schräglage des Flugkörpers im Moment des Abschus-

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ses entsprechenden Impulse, welche von einer der Abschußplattform zugeordneten ImpulserZeugungseinrichtung 16 erzeugt werden, zugeführt. Um den digitalen Zähler 15 jeweils nur vor Abschuß eines Flugkörpers zu aktivieren, ist im Beispiel ein Startimpuls 13 vorgesehen, der zu einem entsprechenden Zeitpunkt, beispielsweise einige Zehntelsekunden vor Abschuß des Flugkörpers von der hier nicht dargestellten Abschußelektronik bei Schußauslösung über die Impulserzeugungseinrichtung 16 getriggert werden kann. Der Addierer 17 dient zur Subtraktion der an den Eingängen B^ bis Bo anliegenden Spannungen, von denen an den Eingängen A* bis Ao anliegenden Spannung. Die Ausgänge S,. bis Sq des Addierers 17 werden den Eingängen A_Q bis A₇ der vier Festwertspeicher 21,22,23,24 zugeführt. Diese Festwertspeicher 21 bis 24 sind mit der Sinus- bzw. Cosinusfunktion vorprogrammiert, so daß an ihren Ausgängen B_Q bis B₃ jeweils eine Spannung anliegt, deren Wert dem momentanen Rollwinkel des Flugkörpers direkt proportional ist. Die beiden die Sinusfunktion nachbildenden Festwertspeicher 21,22 sind mit ihren Ausgängen Bq bis B^ an einem Digital-Analog-Wandler 25 angeschlossen. Da je zwei Festwertspeicher 21,22 bzw. 23,24 für die Darstellung des Sinus bzw. Cosinus des Rollwinkels des Flugkörpers vorgesehen sind, können alle acht Eingänge 1 bis 8 der Digital-Analog-Wandler 25,26 genutzt werden. Die Digital-Analog-Wandler 25, 26 sind als selbstmultiplizierend ausgelegt, so daß bei Zufüh-

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rung eines Steuersignals■y bzw. ζ am Ausgang der Digital-Analog-Wandler 25,26 eine Spannung anliegt, die dem Produkt aus dem trigonometrischen Momentanwert des Rollwinkels und dem Steuersignal y bzw. ζ entspricht. In einem Addierglied werden die Ausgänge der Digital-Analog-Wandler 25,26 addiert, so daß am Ausgang des Addiergliedes 27 ein elektrisches Signal als Steuerkommando anliegt, das einem Vektor im Polarkoordinatensystem entspricht. Dieses Steuerkommando wird der Steuereinrichtung 28 zugeführt. Ein solches Steuerkommando ist insbesondere dann erforderlich, wenn nur ein Steuerorgan den Flugkörper steuert, wie z.B. eine bewegliche Schubdüse. Werden zwei Steuerorgane verwendet, so kann das Addierglied 27 entfallen. Die Ausgänge des Digital-Analog-Wandlers 25,26 werden dann direkt als Steuerkommandos der Steuereinrichtung 28 zugeführt.

Selbstverständlich ist die Eingabe der Startschräglage des Flugkörpers nur bei Abschuß des Flugkörpers von sich bewegenden Abschußplattformen sinnvoll, so daß bei Abschuß von starren Abschußplattformen die Schaltelemente 15,16,17 eingespart werden können.

Patentansprüche

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Erzeugung eines einem Vektor im Polarkoordinatensystem entsprechenden elektrischen Steuerkommandos für einen um seine Längsachse rollenden Flugkörper, ausgehend von einem aus einem ebenen karthesischen Koordinatensystem abgeleiteten Steuersignal, mit einer Einrichtung sowohl zur Erzeugung von Impulsen, derart, daß jeder erzeugte Impuls einer Rollwinkeländerung des Flugkörpers um einen vorbestimmbaren Winkelschritt entspricht, als auch zur Erzeugung eines Startimpulses bei jeder neu beginnenden Umdrehung des Flugkörpers, dadurch gekennzeichnet , daß ein durch jeden Startimpuls (10) auf Null setzbarer, digitaler, im Binärkode arbeitender Zähler (20) die von der Impulserzeugungseinrichtung (11) erzeugten Impulse (12) kontinuierlich aufaddiert, daß der digitale Zähler (20) fortlaufend den mit der Sinus- bzw. Cosinusfunktion programmierten Festwertspeichern (21,22, 23,24) der gezählten Impulszahl entsprechende elektrische Spannungen zuleitet, daß die dem Sinus bzw. Cosinus des jeweiligen Rollwinkels entsprechenden Ausgangssignale der Festwertspeicher (21,22,23,24) je einem Digital-Analog-Wandler (25,26) für die Sinusfunktion und die Cosinusfunktion zugeführt werden,sowie daß jeder der beiden Digital-Analog-Wandler (25,26) je einer Achse (y_}z) eines ebenen karthesischen Koordinatensystems fest zugeordnet ist, daß das jeweilige Steuersignal (y,z) mit dem Wert der Momentanspannung des zugehörigen Digital-Analog-Wandlers (25,26) multiplizierbar ist und daß die so gewonnenen Ausgangsspan-

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nungen der Digital-Analog-Wandler (25,26) in einem Addierglied (27) addiert werden und die resultierende Summenspannung der Steuereinrichtung (28) des Flugkörpers als Steuerkommando zuführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Startimpuls (13) einen digitalen im Binärkode arbeitenden Zähler (15) startet, welcher dieselbe Bitanzahl benutzt wie der der RoIlagebeStimmung im Flugkörper zugeordnete Digitalzähler (20), daß der digitale Zähler (15) die von einer der Abschußplattform zugeordneten Impulserzeugungseinrichtung (16) erzeugten Impulse aufaddiert, daß die Spannungen an den Ausgängen (2 bis 256) des digitalen Zählers (15) den Eingängen (B bis Bg) einer Addiereinrichtung (17) zuleitbar sind, an deren anderen Eingängen (A. bis AJ die Spannungen der Ausgänge (2 bis 256) des digitalen Zählers (20) liegen, sowie daß die Addiereinrichtung (17) die Ausgangsspannungen des digitalen Zählers (15) von denen des digitalen Zählers (20) subtrahiert und daß diese Differenzspannungen den Festwertspeichern (21,22,23,24) zuleitbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsspannungen der Digital-Analog-Wandler (25,26) jede für sich direkt der Steuereinrichtung (28) des Flugkörpers als Steuerkommando zuführbar ist.

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