DE3100951A1

DE3100951A1 - Vorrichtung zum verbessern der zielgenauigkeit eines zielsystems

Info

Publication number: DE3100951A1
Application number: DE19813100951
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 69142 Karlskoga Dahlberg
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1981-11-26
Also published as: GB2067789A; SE446782B; GB2067789B; IT8147546A0; SE8000272L; CH654910A5; FR2473754B1; FR2473754A1; IT1142222B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbessern der Zielgenauigkeit eines Zielsystems, wie es z. B. fUr eine Kanone verwendet wird, und welches einen Servoantrieb für das Ausrichten der Kanone auf ein Ziel enthält.

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Ein Ziel- oder Steuersystem für eine Kanone enthält normalerweise Vergleichseinrichtungen in der Form von Drehmeldern, die ein Eingangssignal, den befohl enenjbeiten- oder Elevationswinkel, mit dem tatsächlichen Seitenoder Elevationswinkel der Kanone vergleicht. Die Drehmelder senden Fehlersignale aus, die der Differenz zwi-

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sehen dem befohlenen Winkel und dem tatsächlichen Winkel der Kanone entsprechen, also dem Winkelfehler. Mit der Hilfe von Signalprozessoreinrichtungen werden die Fehlersignale in geeigneter Form umgewandelt und in die Steuereinrichtung und Drehmomentwandler der Kanone eingespeist. Die Drehmomentwandler treiben dann die Kanone und die Steuertransformator-Drehmelder über ein Getriebe an, bis der Winkelfehler Null wird.

Die Signalprozessoreinrichtung setzt die Winkelfehler-

signale der Drehmelder in speziellen Filtern in geeignete

und SpannungspegellForm um, so daß ein schneller Schwenk auf das Ziel erreicht wird und daß ein stabiles und genaues Zielsystem erhalten wird. Daraufhin werden die Signale in den Windungen eines Steuermagneten in zwei Gleichströme umgewandelt.

Die Größe und das Vorzeichen des Winkelfehlers, d. h. der Differenz zwischen dem von der Feuerleitanlage befohlenen Winkel und dem Kanonenwinkel, wird so in der Signalprozessoreinrichtung in zwei Gleichströme umgewandelt, wobei die Differenz zwischen den zwei Strömen die Bewegungsrichtung und Beschleunigung der Kanone bestimmt. Die Kanonensteuerung weist normalerweise zwei Betriebsarten auf, einen Schwenkbetrieb und einen Zielfolgebetrieb. Während des Zielfolgebetriebes ist eine genaue

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Verfolgung des Zieles mit geringen Winkelfehlern erforderlich.

Beim Berechnen der Zielgenauigkeit sind nur niederfrequente Änderungen von Interesse. Niederfrequente Variationen des befohlenen Winkels können durch Bewegungen des Ziels wie auch der Basis verursacht werden, z. B. durch das Rollen eines Schiffes im Falle einer Schiffskanone oder durch die Bewegung eines Fahrzeuges, das sich auf dem Boden bewegt, im Falle einer Fahrzeugkanone. Bei einer Schiffskanone kann man Bewegungen des

als Ziels mit einer Frequenz bis zu ungefähr 0,1 Hz normal bezeichnen, während Basisbewegungen mit Frequenzen bis zu 0,2-als 0,3 Hz auftreten können.

Wie in der anhängigen schwedischen Patentanmeldung 79 08148-5 beschrieben ist, ist vom Standpunkt der Genauigkeit eine hohe Beschleunigungskonstante des Systems wünschenswert, es ist aber einzusehen, daß die Stabilitätsanforderungen eine praktische Maximalgrenze für die Verstärkung setzen. In der erwähnten Anmeldung ist eine Vorrichtung offenbart, in der die Verstärkung des Systems erheblich verbessert werden kann, ohne die Stabilität bei höheren Frequenzen zu berühren und ohne die Notwendigkeit, die Grenze für den maximal zulässigen Störunge-

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pegel im Feuerleitsignal herabzusetzen. Dies wurde erreicht durch Ausstatten des Kanonen-Servoantriebs mit einem Netzwerk zum Stabilisieren und Vergrößern der Genauigkeit, welches einen oder eine Vielzahl von Filtern zum Integrieren zweiten Grades enthält, deren Übertragungsfunktion eine solche Form hat, daß die Amplitude als Funktion der Frequenz ihr Maximum im Bereich der erwarteten Frequenz der Basisbewegungen der Kanone und/ oder der Bewegungen des Ziels hat, um eine hohe Verstärkung des Systems bei und unter diesen Frequenzen zu erzeugen.

Beim Einbringen solch eines Netzwerkes war es möglich, für Frequenzen bis zu 0,3 Hz die Basisbewegungen etwa 600mal abzuschwächen. Solch eine Abschwächung ist tatsächlieh in vielen Anwendungen ausreichend. Kürzlich und in weiteren Anmeldungen wurden aber die Anforderungen bezüglich der Genauigkeit weiter hochgeschraubt. Ein Beispiel einer Anwendung, in der sehr hohe Genauigkeit erforderlich 1st, bezieht sich auf das Schießen einer Kanone auf Ziele, wie z. B. Raketen, die sich in großem Abstand von der Kanone bewegen. Ein weiterer Grund für die Vergrößerung der Genauigkeit des Servoantriebs ist die Tatsache, daß die Meßvorrichtungen und die Feuerleitanlagen, die kürzlich entwickelt wurden, eine größere Genauigkeit als früher erlauben beim Bestimmen der Position des Ziels. Für

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Schiffskanonen ζ. B. zeigte sich, daß die dynamische Hauptfehlerquelle aus dem Rollen des Schiffes herrührt und daß dieser Fehler oft 2 bis 3 Striche beträgt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung des oben erwähnten Typs zu schaffen, in der niederfrequente Variationen berücksichtigt werden, so daß die Zielgenauigkeit weiterhin vergrössert werden kann, ohne eine entsprechende Vergrößerung der Bandbreite aus diesem Grund. Eine Vergrößerung der Bandbreite ist unerwünscht, da das System dann empfänglicher für Störungen des Feuerleitsignals würde. Solche Störungen in Feuerleitsignal treten z. B. aufgrund von Radarrauschen, Stichprobenfehlern in Digitalrechnereinrichtungen und dgl. auf.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Servoantrieb einen äußeren Servosteuerkreis aufweist, der die Signalprozessoreinrichtung für den Kanonen-Servoantrieb enthält und der die Steuersignale von einer vorhandenen Feuerleitanlage empfängt, und einen inneren Servosteuerkreis, der die Steuersignale von einer Kreiselanordnung empfängt, die die Winkelgeschwindigkeit der Kanonenbasis mißt.

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Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schwenksystems für eine Schiffskanone, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Koordinatentransformators für die Winkelgeschwindigkeitssignale, die von der Kreiselanordnung geliefert werden.

Ein Ziel- oder Steuersystem für eine Kanone weist normalerweise sowohl eine Höhen- wie auch eine Seitenwinkelsteuerung auf. Die zwei Systeme sind analog zueinander und gänzlich voneinander getrennt. Im folgenden wird deshalb nur eines der Zielsysteme, das Seitenwinkelsystem, im Detail beschrieben. Die Zieleinstellung der Kanone wird bestimmt durch die Seiten- und Höhenwinkel, die von der Feuerleitanlage befohlen werden, die Vorrichtung kann aber auch verwendet werden, wenn die Kanone von in der Kanone eingebauten Steuervorrichtungen gesteuert wird.

Fig. 1 zeigt schematisch das Seitenwinkel-Servosystem einer Schiffskanone 1. Von einer (nicht gezollten) Feuerleitanlage werden zwei Eingangssignale, das Steuer-Grob-

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und Steuer-Feinwinkelsignal 2 bzw. 3 an die Steuertransformator-Drehmelder 4 bzw. 5 (liefert, deren Rotorstellungen durch den momentanen Seitenwinkel der Kanone über ein Getriebesystem bestimmt ist. Von diesen Drehmeldern werden Winkelfehlersignale erhalten, die dem Unterschied zwischen dem befohlenen Seitenwinkel und dem tatsächlichen Winkel der Kanone entsprechen. Solche Grob- und Feinsysteme zu verwenden, ist an sich bekannt} der Drehmelder 4 des Grobsystems hat ein Verhältnis 1:1 und der Drehmelder 5 des Feinsystems ein Verhältnis n:1 mit Bezug zum tatsächlichen Winkel der Kanone. Das Grobsystem mißt große Winkelfehler, während das Feinsystem automatisch übernimmt, wenn der Winkelfehler klein wird.

Die Fehlersignale (Winkelfehler) der Drehmelder 4 und 5 werden in die Signalprozessoreinrichtung eingespeist, die zwei Verstärker 6 und 7 aufweist, in welchen die Signale in geeignete Form und Amplitude umgewandelt werden.

Der Verstärker 7 sendet ein Steuersignal an die Steuervorrichtung 8 eines Drehmomentwandlers 9, der mit einem Elektromotor 10 verbunden ist. Die Drehung der Ausgangsachse des Drehmomentwandlers ist durch den

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Winkelfehler bestimmt und treibt die Kanone und die Steuerübermittlungs-Drehmelder 4 und 5 Über das Getriebe 11 und 12 an,bis der Winkelfehler Null wird.

Die Verstärker 6 und 7 können von dem Typ sein, der in der schwedischen Patentanmeldung 79 08148-5 beschrieben ist, mit Netzwerken zur Stabilisierung und Genauigkeitsverbesserung, die ebenfalls in dieser Patentanmeldung beschrieben sind.

Die Steuerübertragungsdrehmelder 4 und 5, die Verstärker 6 und 7 und das hydraulische System der Kanone bilden zusammen einen äußeren Servo-Steuerkreis, an den die«Steuersignale von der Feuerleitanlage geführt werden. Das Servosystem enthält aber auch einen inneren Servo-Steuerkreis, der nur den Verstärker 7 enthält. In diesem Falle werden die Steuersignale von einem sogenannten Gyrodator geliefert, der eine Kreiseleinheit 13 und

und j

einen Koordinatentransformator 14 enthält,("an die Vergleichsvorrichtung 15 geliefert, in der die Steuersignale mit der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit der Kanone verglichen werden, welche mit Hilfe eines Tachometers 16 auf dem Zielsystem bestimmt wird.

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Eine solche Aufteilung des Servosystems in einen inneren und einen äußeren Servo-Steuerkreis bedeutet, daß der Verstärker 7 so eingestellt werden kann, daß er eine hohe Verstärkung liefern kann für typische Basisbewegungen, z. B. Schiffsrollen, mit Frequenzen von ungefähr 0,1 bis 0,3 Hz, was von Vorteil ist. Im äußeren Servo-Steuerkreis kann aber durch den Verstärker 6 die Verstärkung reduziert werden, was von Vorteil ist, da dann die Empfindlichkeit für Störungen von der Feuerleitanlage reduziert werden kann.

Vom Gyrodator werden analoge Steuersignale in der Form von Winkelgeschwindigkeitssignalen sowohl zum Seitöiwinkel- als auch zum Höhenwinkel-Zielsystem der Kanone geliefert. Die Steuersignale für Seiten- und Höhenwinkel werden in der Vergleichsvorrichtung 15 mit den Geschwindigkeitssignalen (tatsächlichen Werten) verglichen, die vom Tachometer 16 geliefert werden. Die analogen Eingangssignale für den Gyrodator werden durch die Kreiselanordnung 13 geliefert, die drei Heßkreisel enthält, die fest mit dem Schiff auf einer Kreiselplattform so befestigt sind, daß jede Kreiselachse senkrecht zu den anderen Achsen steht. Zusammen messen die Kreisel die verschiedenen Bewegungen des Schiffe: Rollen, Nicken und Gieren. Die Signale von

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den drei Meßkreiseln,φΓ, φρ bzw. φγ^werden in den Koordinatentransformator 14 eingespeist, der die Signale in ein Koordinatensystem transformiert, das mit dem Schiff verknüpft 1st, um die zwei Komponenten der Winkelgeschwindigkeit der Kanone im Höhenwinkel und Seitenwinkel (sv bzw. hv) zu bilden. Solch eine Koordinatentransformation ist an sich bekannt. Es kann bewiesen werden, daß durch den Gyrodator folgende Gleichungen berechnet werden sollten:

Seitenwinkel: sv ■ - sin hv (φρ sin ν + <pr cos sv)

* * · Höhenwinkel: hv ■ <pr sin sv (- φρ cos sv)

Der Koordinatentransformator 14 kann aus einer Koordinatenwamdlereinheit, wie in Fig. 2 gezeigt, bestehen, oder alternativ aus einem Computer. In Fig. 2 ist gezeigt,

* · · wie die Winkelgeschwindigkeitssignale epr, φρ und <py mit Hilfe von zwei Koordinatenwandlern 17 und 18 und einem Addierwerk 19 in die Winkelgeschwindigkeitskomponenten sv bzw. hv des Seiten- bzw. Höhenwinkels transformiert werden, welche in die Vergleichsvorrichtung des Zielsystems für Höhenwinkel und Seitenwinkel als Steuersignale einge speist werden. Fig. 2 zeigt, daß das Giersignal φγ direkt im. Addierschaltkreis 19 addiert wird, um die Seitenwinkelgeschwindigkeitskomponente sv zu bilden, und nicht durch den Gyrodator umgeformt werden muß.

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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Sie kann nicht nur für Kanonen verwendet werden, sondern ebenso in Verbindung mit Abschußsystemen für Raketen, mit Drehtischen für Radarschirme usw. Es ist klar, daß anstelle von Komponenten,wie z. B. den Steuerübertragungs-Drehmeldern, Koordinatenwandlern, Drehmomentwandlern usw., ebenso entsprechende Komponenten verwendet werden können zum Durchführen der Winkelinformation. Für die Koordinatentransformation der Kreiseleinheit-Ausgangssignale ist es klar, daß anstelle von Koordinatenwandlern ein Digitalcomputer verwendet werden kann, speziell, wenn das System bereits einen solchen Computer für andere Zwecke enthält»

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Verbessern der Zielgenauigkeit eines Zielsystems für eine Kanone od. dgl. mit einem Servoantrieb für das Ausrichten der Kanone auf ein Ziel, dadurch gekennzeichnet, daß der Servo antrieb einen äußeren Servo-Steuerkreis aufweist, der die Signalprozessoreinrichtung(6, 7) für den Kanonen-Servoantrieb enthält und der die Steuersignale von einer vorhandenen Feuerleitanlage empfängt, und einen inneren

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Servo-Steuerkreis, dar die Steuersignale (sv, hv) von einer Kreiselanordnung (1J5) empfängt, die die Winkelgeschwindigkeit der Kanonenbasis mißt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalprozessoreinrichtung einen ersten und zweiten Verstärker (6 bzw. 7)enthält, während der innere Servo-Steuerkreis nur den zweiten Verstärker (7) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Servo-Steuerkreis eine Vergleichsvorrichtung (15) zum Vergleichen der Steuersignale (sv, hv) von der Kreiselanordnung (13) mit der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit der Kanone enthält, welche mit Hilfe eines Tachometers (16) gemessen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselanordnung (13) drei Meßkreisel enthält, die fest so mit der Basis der Kanone verbunden sind, daß Jede Kreiselachse auf den beiden anderen Kreiselachsen senkrecht steht, um ein Rollen, ein Nicken oder ein Gieren der Basis zu messen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k en η ζ e i c hn et, daß die von der Kreiselanordnung.(13) erhaltenen Signale in einerJKoordinatentransformator (14) eingespeist werden, um die Signale in ein Koordinatensystem zu transformieren, das mit der Basis der Kanone

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verknüpft ist, tun die Komponenten der Winkelgeschwindigkeit in Seitenwinkel und Elevationswinkel der Ka-

• ·

none (1) (sv bzw. hv) zu bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Koordinatentransformator (14) einen oder eine Vielzahl von Koordinatenwandlern (Fig. 2) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet , daß der Koordinatentransformator (14) aus einem Computer besteht.

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