DE2548125C3

DE2548125C3 - Vorrichtung zur Transformation von Lenkkommandos von einem Koordinatensystem in ein anderes

Info

Publication number: DE2548125C3
Application number: DE2548125A
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann 8201 Kolbermoor Buerger; Heinz 8012 Ottobrunn 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: 1980-01-03
Also published as: FR2347723B1; DE2548125A1; FR2347723A1; DE2548125B2; US4080655A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugtlhg eines einem Vektor im Polarkoordinatensystem entsprechenden elektrischen Steuerkommando für einen um seine Längsachse rollenden Flugkörper, ausgehend von einem aus einem ebenen kartesischen Koordinatensystem abgeleiteten Steuersignal, mit einer Einrichtung sowohl zur Erzeugung von Impulsen, derart, daß jeder erzeugte Impuls einer RoIIwinkeländerung des Flugkörpers um einen vorbestimmten Winkelschritt entspricht, als auch zur Erzeugung eines Startimpulses bei jeder neu beginnenden Ur, drehung

in des Flugkörpers.

Um Bauungenauigkeiten auszugleichen, und um eine gewisse Stabilisierung um die Längsachse zu erreichen, werden raketengetriebene, fernlenkbare Flugkörper bei ihrem Start durch Drjllzüge in der Startvorrichtung

is 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 kartesischen Koordinatensystem gegebenen Lenksignale in ein Polarkoordinatensystem zu transformieren. Hierzu werden sog. Koordinatenwandler benötigt, die sich jedoch bisher als sehr aufwendig, insbesondere hinsichtlich Energieverbrauch,

so Plat/bedjrf 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 o. ä. Meßgeiäte eine Roliageinformation 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.

Neben dem Nachteil der Unanwendbarkeit dieses Verfahrens für mit einer bestimmten Flugbahn vorprogrammierten Flugkörpern muß der Flugkörper mit einem bordeigenen Sender ausgerüstet werden. Damit erhöht sich die Möglichkeit der störenden t'remdeinwirkung auf die Lenkung des Flugkörpers. Außerdem fallen die Kosten für die .Sendeeinrichtung an.

In einem weiteren Verfahren wird das phasenrichtige Wirksamwerden des Steuerkommandos dadurch er/ieli. 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 Gren/en des /weiten Verfahrens in dessen relativer l.enkträgheit. I in Flugkörper, der sich beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 600 m/ see. fortbewegt und mit einer frequenz von 5 H/ rollt.

würde nach diesem Verfahren nur ι a. alle 120 m seiner Flugbahn gesteuerte Bewegungen in einer Richtung ausführen können. Diese Lenkträgheit kann bei bestimmten Aufgaben eines Flugkörpers, z. B. bei der Bekämpfung Von anderen schriellfliegenden steuerbaren Flügkörpern oder Flugzeugen Zur Minderung des Einsalzerfolges führen.

Der Erfindung iicgt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, weiche die Köordinatcntrans-

formation auf einfache und billige Weise 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 Rollagenzähler die von einer Impulserzeugungseinrichtung erzeugten Impulse kontinuierlich aufaddiert, daß der digitale Rollagenzähler fortlaufend dem mit der Sinus- bzw. Cosinusfunktion programmierten Codewandler der gezählten Impulszahl entsprechende elektrische Spannungen zuleitet, daß die dem Sinus- hzw. Cosinus des jeweiligen Rollwinkels entsprechenden Ausgangssignale der Codewandler 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 kartesischen Koordinatensystems fest zugeordnet ist, daß das jeweilige 2η 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.

Aus der US-PS 33 45 505 ist es zwar bekannt, den Ausgängen eines binären Zählers eine Umcodiervorrichtung nachzuschalten und deren Ausgang einem so DIA-Converter anzuschließen. Aus der Schrift ist jedoch kein Hinweis entnehmbar, wie das hier anstehende Problem der Koordinatenwandlung gelöst werden kann.

Soll der Flugkörper von einer sich bewegenden ji 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 Schräglagenwinkel entsprechende Impulszahl, wobei jeder Impuls derselben Winkelschritlgröße wie bei der Rollagebcstimmiing des Flugkörpers im Fluge entspricht, beim Abschuß des Flugkörpers von der durch den der Rollagebestimmung zugeordneten Rollagen/ähler zu zählenden Impulszah¹ abgezogen, welches erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß ein Startimpuls einen digitalen, im Binärkode arbeitenden Schräglagcnzähler startet, welcher dieselbe v\ Binär/ahl benutzt, wie der der Rollagebestimmung im Flugkörper zugeordnete digitale Rollagen/ähler, daß der digitale Schräglagenzähler die von einer der Abschußplattform zugeordneten Impulserzeugungseinrichtung erzeugten Impulse aufaddiert und daß die ->. Spannungen an den Ausgängen des digitalen Schräglagenzählers den Fingängen einer Addiereinnchtung zuleitbar sind, an deren anderen Eingängen die Spannungen der Ausgänge des digitak-n Rollagenzählcrs. welcher der Rollagenbestimmung im Flugkörper hn zugeordnet ist, liegen, sowie daß die Addiereinnchtung die Ausgangsspannungen des digitalen Schräglagenzählers von denen des der Rollagenbestimmung im Flugkörper zugeordneten digitalen Rollagcnzähers subtrahiert und daß diese Differenzspannungen den Festwertspeicher zyleitbar 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 Rollagen-Zähler 20 bei jeder neu beginnenden Umdrehung eines nicht dargestellten Flugkörpers auf Null setzt.

Der Rollagenzähler 20 zählt die ·, ·. μ der Impulserzeugungseinnchtung 11 erzeugten impu!;e 12 bis zum Eintreffen des nächsten Topimpulses 10, womit der Zählvorgang aufs Neue beginnt. Die Ausgänge des Roilagenzählers 20, von dem im Beispiel die acht Ausga-.ge 2 bis 256 benutzt werden, werden an die Eingänge A, bis A₈ einer Addiereinnchtung 17 angeschlossen. An den Eingängen B\ bis Bg der Addiereinnchtung 17 werden die Ausgänge 2 bis 256 eines weiteren digitalen Schräglagenzähleis 15 angeschlossen. Dem Eingang des digitalen Schräglagenzählers 15 werden die der Schräglage des Flugkörpers im Moment des Abschusses entsprechenden Impulse 14. welche von einer der Abschußplattform zugeordneten Impulser/eugungseinrichtung 16 erzeugt werden, zugeführt. Um den digitalen Schräglagenzähler 15 jeweils nur vor Abschuß eines Flugkörpers zu aktivieren, ist im Beispiel ein Startimpuls 13 vorgesehen, der zu einem entsprechenden Zeitpunkt, beispielsweise einige Zeiintelsv.künden vor Abschuß des Flugkörpers, von der hier nicht dargestellten Abschußelektronik bei Schußauslosung üuer die Impulserzeugungseinrichtung 16 getriggert werden kann. Der Addierer 17 dient zur Subtraktion der an den Eingängen Si bis Bh anliegenden Spannungen, von den an den Eingängen A\ bis A_H anliegenden Spannungen. Die Ausgänge S\ bis <* des Addierers 17 werden den Eingängen An bis Ai der vier Codewandler 21, 22, 23, 24 zugeführt. Diese Codewandler 21 bis 24 sind mit der Sinus· b/w. Cosinusfunktion vorprogrammiert, so daß an ihren Ausgängen B_n bis Si jeweils eine Spannung anliegt deren Wert dem trigonometrischen Momentanwert des Rollwinkels des Flugkörpers direkt proportional ist. Die beiden die Sinusfunktion nachbildeten Codewandler 21, 22 sind mit ihren Ausgängen B_n bis Bi an einem Digital-Analog-Wandler 25 angeschlossen. Da je /.wet Codewandler 21,22 b?w. 23,24 für die Darstellung des Sinus bzw. Cosinus des Rollwinktls des Flugkörpers vorgesehen sind, können alle acht Eingänge 1 br, 8 der Digital-Analog-Wandler 25, 2ö genutzt werden. Die Digital-Analog-Wandler 25,26 sind als selbstmultiplizierend ausgelegt, so daß bei Zufuh= rung eines Steuersignals y bzw. ζ am Ausgang der Digital-Analog-Wan Jler 25, 26 eine Spannung anliegt, die dem Produkt aus dem trigonometrischen Momentanwert des Rollwinkels und dem Steuersignal ybzw. ζ entspricht. In einem Addierglied 27 werden die Ausgänge der Digital-Analog-Wandler 25,26 addiert, so daß am Auseane des Addiereliedes 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 Sleuerkom der Steuereinrichtung 28 zugeführt.

Selbstverständlich ist die Eingabe der Startsch des Flugkörpers huf bei Abschuß des Flugköfp sich bewegenden Abschußplattformen sinnvoll, bei Abschuß von starren Abschußplattform Schaltelemente 15,16,17 eingespart werden kön

Hierzu.! Blall Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines einem Vektor im Polarkoordinatensystem entsprechenden elektrischen Steuerkommandos für einen um seine Längsachse rollenden Flugkörper, ausgehend von einem aus einem ebenen kartesischen 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 Starlimpuls (10) auf Null setzbarer, digitaler, im Binärkode arbeitender Rollagenzähler (20) die von der Impulserzeugungseinrichtung (11) erzeugten Impulse (12) kontinuierlich aufaddiert, daß der digitale Rollagenzähler (20) fortlaufend den mit der Sinus- bzw. Cosinusfunktion progiaiTimierten Codewandlern (21, 22, 23. 24) der gezählten Impulszahl entsprechende elektrische Spannungen zuleitet, daß die dem Sinus bzw. Cosinus des jeweiligen Rollwinkels entsprechenden Ausgangssignale der Codewandler (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, 2.6) je einer Achse (y, z) eines ebenen kartesischen Koordinatensystems fest zugeordnet ist. daß das jeweilige Steuersignal (y, z) mit dem Wert der Momentanspannung des zugehörigen Digital-Anilog Wandlers (25, 26) multiplizierbar ist, und daß die so gewonnenen Ausgangsspannungen der Digital-Analog-Wandler ₄25, 26) in einem Addierglied (27) addiert werden und die resultierende .Summenspannung der Steuereinrichtung (28) des Flugkörpers als Steuerkommando /uführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß ein Startimpuls (13) einen digitalen, im Binärkode arbeitenden Schräglagenzähler (15) starlet, welcher dieselbe Bitanzahl benutzt wie der der Roilagebestimmung im Flugkörper zugeordnete Rollagenzähler (20), daß der digitale Schräglagenzähler (15) die von einer der Abschußplattform zugeordneten Impulserzeugungseinrichtung (16) erzeugten Impulse (14) aufaddiert, daß die Spannungen an den Ausgängen (2 bis 256) des digitalen Schräglagenzählers (15) den Eingängen (B, bis Bh) einer Addiereinrichtung (17) /uleitbar sind, an deren anderen Eingängen (A\ bis 4«) die Spannungen der Ausgänge (2 bis 256) des digitalen Rollagen/ählers (20) liegen, sowie daß die Addiereinrichtung (17) die Ausgangsspannungen des digitalen Schräglagen/äh lers (15) von denen des digitalen Rollagen/ählers (20) subtrahiert und daß diese Differenzspannungen den Codewandlern (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 Flugkörper;, als* Steuerkommando zuführbar ist.