DE3738580C2 - - Google Patents
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- DE3738580C2 DE3738580C2 DE3738580A DE3738580A DE3738580C2 DE 3738580 C2 DE3738580 C2 DE 3738580C2 DE 3738580 A DE3738580 A DE 3738580A DE 3738580 A DE3738580 A DE 3738580A DE 3738580 C2 DE3738580 C2 DE 3738580C2
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- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
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- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Projektil gemäß dem Oberbegriff des An
spruches 1.
Ein derartiges Projektil ist aus der US-PS 46 06 514 oder aus der
DE-OS 35 24 925 als endphasengelenkte Artilleriemunition bekannt,
die ballistisch verschossen wird und nach dem Apogäumsdurchgang,
also nach Durchfliegen des Gipfelpunktes der nahezu parabolischen
Startbahnkurve, aus dem absteigenden Ast der ballistischen Bahnkurve
heraus in eine nur schwach geneigte Gleitflugbahn umgelenkt wird,
aus der heraus die Zielsuche und Zielakquisition erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Autopiloten eines
derartigen Projektils ausgebildeten Flugbahnregler im Interesse
genauerer Zielpunktsablieferung, durch bessere Bahnführung und ge
steigerte Trefferleistung nach Überführen aus der ballistischen
Abschußbahn in die Gleitbahn, zu optimieren.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das Projektil hinsichtlich seines Flugbahnreglers gemäß dem
Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.
Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß für ein flugmechanisches
System der hier vorliegenden Art, das im Interesse großer Entfernungs
überbrückung und guter Manövrierbarkeit nahe seiner flugtechnischen
Stabilitätsgrenze betrieben werden muß, mittels des Reglers nur
ein relativ schmaler Arbeitsbereich stabil erfaßt werden kann, aber
keinesfalls die breite Spanne unterschiedlicher Betriebsbereiche
(bezügliche Fluggeschwindigkeit und Staudruck) in Abhängigkeit von
den sehr unterschiedlichen Startgegebenheiten (Abschußladung und
Waffenrohr-Elevation). Deshalb werden nun, unter Beibehaltung der
Reglerstruktur, unterschiedliche Parametersätze für unterschiedliche
Betriebsbereiche vorgesehen, in denen jeweils ein stabiler Betrieb
mit hoher Regelgüte realisierbar ist. Diese zu unterschiedlichen
Dimensionierungen der Regler-Parametersätze führenden unterschied
lichen Betriebsbereiche sind also durch die unterschiedlichen Übergangs
höhen vom absteigenden Ast der ballistischen Startflugbahn in die
Gleitflugbahn und gemäß den unterschiedlichen Startgegebenheiten
des endphasenlenkbaren Projektils bedingt. Damit nicht beim Abschuß
jeweils entsprechende manuelle Vorgaben am Projektil selbst (hin
sichtlich seiner vorgesehenen Abschußgegebenheiten und damit hin
sichtlich der zu erwartenden ballistischen Startflugbahn) erforderlich
sind, werden diese Startgegebenheiten nachträglich autonom an Bord
des Projektils ermittelt, um ein Umschaltkriterium für die verschiedenen
vorgesehenen Parametersätze zu liefern. Ein relativ einfach ermittel
bares, dabei hinsichtlich der Abschußgegebenheiten sehr aussage
kräftiges, Umschaltkriterium ist die Messung der Zeitspannen vom
Abschuß bis zum Erreichen des Apogäums und vom Apogäum bis zum Er
reichen des Übergangspunktes (zum Verlassen der ballistischen Bahn),
die relativ unproblematisch an Bord des Projektils gewonnen werden
können und als aktueller Parametersatz einer bestimmten Startgege
benheit (hinsichtlich Elevation und Abschußladung) eindeutig zuzu
ordnen sind. Der einer solchen Zuordnung entsprechende, gemäß theo
retischen und experimentellen Untersuchungen für eine Übergangshöhe
in die Gleitflugbahn vorgegebene Parametersatz wird dann von Flugbahn
regler des Autopiloten übernommen und gewährleistet danach optimale
Steuerungsmöglichkeiten bei der Zielsuche und Zielverfolgung aus
der nur schwach geneigten Gleitflugbahn heraus.
Eine noch bessere Anpassung des Parametersatzes an die aktuellen
aerodynamischen Gegebenheiten der, durch das Flugverhalten des Projektils
gekennzeichneten, Regelkreis-Strecke ist erzielbar, wenn für die
Auswahl des Paramtersatzes (zusätzlich zum Rückschluß auf die Start
gegebenheiten oder anstelle dieses Rückschlusses) im Fluge die tat
sächlichen Parameter des aktuellen Übertragungsverhaltens der, ihrer
Struktur nach festliegenden, Strecke aus einem Vergleich von aktuell
auftretenden Stellsignalen vor und zugehörigen Istwerten hinter
der Strecke gewonnen werden; gegebenenfalls mit Aufschaltung von
Testsignalen, falls die im Zeitpunkt zwischen Apogäum und Übergangs
punkt auftretenden Umwelt-Störgrößen nun nicht zu für die Prozeß
modell-Identifikation aussagekräftigen Regelkreisgrößen (Stellsignal
änderungen und Istwertschwankungen) führen sollten.
Die so aktuell geschätzten Parameter des Übertragungsverhaltens
der Strecke, also des Prozeßmodells, repräsentieren die maßgeblichen,
von der augenblicklichen Flugumgebung abhängigen aerodynamischen
Einflußgrößen auf das Projektil, wie insbesondere die momentane
Projektilgeschwindigkeit und die umgebende Luftdichte aufgrund der
bekannten flugphysikalischen Gesetzmäßigkeiten. So können auch diese
Informationen wieder den aktuellen, oben definierten Arbeitsbereich
des Flugbahnreglers charakterisieren und deshalb zur Vorgabe aktuell
gültiger Reglerparameter herangezogen werden. Dafür können, aus
jenem aktuell geschätzten Prozeßmodell, während des Fluges und somit
in Echtzeit die zugehörigen Reglerparameter über ein für das System
vorgegebenes Reglerentwurfskriterium (Berechnungsvorschrift) bestimmt
werden.
Es kann aber auch, nachdem die aktuellen Parameter des Strecken-Über
tragungsverhaltens aus umweltbedingten oder Test-Aufschaltungen
ermittelt wurden, unter Verzicht auf die flugphysikalische Modell
berechnung unmittelbar eine Zuordnung zu einem von mehreren vorgege
benen Parametersätzen für den künftigen Betrieb des Flugbahnreglers
erfolgen; nämlich zu demjenigen Parametersatz, der aus theoretischen
oder experimentellen Vorabuntersuchungen den breitesten Bereich
stabiler Arbeitsweise des Flugbahnreglers für diese - aus den aktuellen
Abschußgegebenheiten resultierenden - Umgebungsbedingungen verspricht.
Anstelle einer nur einmaligen Vorgabe eines optimalen Parametersatzes
für das Einschwenken des Projektils in die Gleitflugbahn kann auch
fortan aus dem Verhalten des Flugbahnreglers, im Prinzip in gleicher
weise, wie vorstehend beschrieben, wiederholt auf die aktuellen
Arbeitsgegebenheiten rückgeschlossen werden und eine Korrektur des
wirksamen Regler-Parametersatzes dahingehend erfolgen, daß durch
die Parametersatz- Adaption stets ein möglichst breiter stabiler
Bahnregler-Arbeitsbereich sichergestellt bleibt.
Bei der Auslegung des Flugbahnreglers und somit bei der Bestimmung
seiner alternativ wirksamen Parametersätze wird vorzugsweise berück
sichtigt, daß der Regler zweckmäßigerweise als Mehrgrößenregler
ausgelegt ist, wobei zwischen den Regelgrößen (wie insbesondere
Nickansteuerung und Rollansteuerung zum Hervorrufen einer Gierbe
wegung) aufgrund der gegebenen aerodynamischen Gesetzmäßigkeiten
wechselseitige Querkopplungen bestehen. Diese können weitgehend
kompensiert werden, wenn ein angepaßtes Ausgleichsnetzwerk den Reglern
parallel geschaltet wird, um die Kopplungseinflüsse aus der einen
Strecke auf die Strecke im anderen Regelkreis durch entsprechend
gegensinnige Ansteuerung des anderen Reglers von vornherein möglichst
zu kompensieren. Das gleiche Entwurfskriterium findet tunlich auch
Anwendung bei angepaßten, betriebsabhängig umschaltbaren Parameter
sätzen im Sollwertgeber, der die Zielverfolgungsinformation des
Suchkopfes in Sollwerte für die verkoppelte MehrgrößenFlugbahnregelung
umsetzt.
Zusätzliche Weiterbildungen
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiterne Ansprüchen
und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammen
fassung, aus nachstehender Beschreibung von in der Zeichnung unter
Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevor
zugten Realisierungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung. Es
zeigt:
Fig. 1 im Aufriß die qualitative Darstellung einer ballistischen
Anschußflugbahn mit Übergang in eine schwach geneigte
quasi-lineare Gleitbahn, aus der heraus ein zu
bekämpfendes Ziel akquiriert wird,
Fig. 2 anhand einer Blockschaltbild-Regelkreisdarstellung
die prinzipiellen Eingriffsmöglichkeiten zur Bereit
stellung missionsbedingt umschaltbarer Parametersätze
für optimales Verhalten der Flugbahnregelung vor
und nach dem Übergang aus der ballistischen Abstiegs
bahn in die Gleitflugbahn,
Fig. 3 in qualitativer Darstellung die Abhängigkeit der
Zeitspanne vom Apogäumsdurchgang bis zum Zeitpunkt
des Überganges aus der ballistischen Abstiegsbahn
in die Gleitflugbahn, aufgetragen über der Zeitspanne
zwischen dem Abschuß und dem Zeitpunkt des Apogäums
durchganges für unterschiedliche Abschuß-Elevations
winkel bei unterschiedlichen Abschußladungen als
Parametern,
Fig. 4 in Anlehnung an die Blockschaltbild-Darstellung
gemäß Fig. 2 nun unterschiedliche Möglichkeiten
einer aus den aktuellen Fluggegebenheiten adaptiv
hergeleiteten Optimierung eines aktuell für den
Flugbahnregler wirksamen Parametersatzes
und
Fig. 5 in Detaillierung der Darstellungen gemäß Fig. 2
bzw. Fig. 4 den Flugbahnregler als verkoppelter
Mehrgrößenregler.
Ein Artillerie-Projektil 11 wird mittels eines Waffenrohres 12 in
eine ballistische Bahn 13 verschossen. Der dabei auftretende Drall
wird auf der Aufstiegs-Bahnkurve 13.1 durch entsprechende Ansteuerung
von Rudern 15 abgebaut, die nach dem Verlassen des Waffenrohres
12 über die Außenmantelfläche des Projektils 11 herausgeklappt und
im übrigen von einem Autopiloten 16 an Bord des Projektils 11 gemäß
den Gesetzmäßigkeiten der ballistischen Flugbahn 13 angesteuert
werden.
Die räumliche Orientierung des Waffenrohres 12 beim Abschuß erfolgt
nach Maßgabe der angestrebten Abgabe des Projektils 11 über einem
vor-aufgeklärten Zielgebiet 17.
Im Interesse großer Zielgebiets-Reichweite und guter Zielsuchmöglich
keiten verläßt das Projektil 11 den Abstiegsast 13.2 der ballistischen
Startflugbahn 13 unter Übergang in eine relativ gering geneigte
Gleitflugbahn 18. Aus dieser heraus wird mittels eines Suchkopfes
19 an Bord des Projektils 11 das Zielgebiet 17 nach einem zu bekämpfenden
Ziel 20 abgesucht. Bei Zielauffassung steuert der Suchkopf 19 das
Projektil 11 in eine steil absteigende Angriffsbahn 21, um das Ziel
20 außer Gefecht zu setzen.
Im Gipfelpunkt - nachstehend allgemein als Apogäum 22 bezeichnet -
der ballistischen Startflugbahn 13 hat die Längsachse 23 des hier
inzwischen rollstabilisierten Projektils 11 in guter Näherung eine
Horizontal-Lage eingenommen, die vom Autopiloten 16 als raumfeste
Bezugsorientierung (Nickwinkel=0°) übernommen wird. Das Erreichen
des Apogäumszeitpunktes ta nach dem Abschußzeitpunkt to kann an
Bord des Projektils 11 autonom bestimmt werden, etwa durch Auswertung
gemessener Höhen- oder Staudruckänderungen (vgl. US-PS 46 06 514
oder deutsche Patentanmeldung P 37 07 159.9); der Apogäumszeitpunkt
ta läßt sich aber auch aus einer Flugbahnberechnung mit Hilfe der
vom Flugregler des Autopiloten 16 gelieferten Informationen bestimmen
(vgl. deutsche Patentanmeldung P 37 16 606.9).
Wenn das Projektil 11 nach Apogäums-Durchgang, also auf dem Abstiegs
ast 13.2 der ballistischen Bahnkurve 13, zum Zeitpunkte tv einen
vorgegebenen Nickwinkel nv einnimmt, erfolgt mittels des Autopiloten
16 eine Umsteuerung aus der ballistischen Abstiegsbahn 13.2 in die
Gleitflugbahn 18 unter Ausstellen von Tragflügeln (in der Zeichnung
nicht berücksichtigt; vgl. US-PS 46 64 338 oder DEOS 35 24 925)
zur Verbesserung der aerodynamischen Steuerungsmöglichkeit und der
Gleitflugeigenschaften.
Die Höhe des Bahnpunktes V, in dem der ballistische Abstiegsast
13.2 verlassen wird, ist somit abhängig von der Höhe, in der das
Apogäum A erreicht ist. Die Apogäumshöhe wiederum ist abhängig von
der Elevation des Abschuß-Waffenrohres 12 und von der Abschußgeschwindig
keit, also von der Dimensionierung der Treibladung (sogenannte Ladungs
nummer) für die Beschleunigung des abzuschießenden Projektils 11
im Waffenrohr 12.
Da unter Gefechtsbedingungen Elevation und Ladungsnummer sehr unter
schiedlich gewählt sein können, kann auch die Bahnpunkthöhe Hv in
extrem weiten Grenzen schwanken. Entsprechend in Abhängigkeit von
den Abschußgegebenheiten schwankend sind die flugdynamischen Umgebungs
bedingungen wie insbesondere die Geschwindigkeit g und der atmosphärische
Luftdruck p bei Erreichen des Auslenk-Bahnpunktes V.
Aufgrund der Verbringung- und Nutzlastgegebenheiten bei einem Projektil
11 der hier in Betracht gezogenen Art stellt dieses ein aerodynamisches
System dar, das nahe bei seiner Stabilitätsgrenze betrieben werden
muß, also für die Dimensionierung des Flugreglers im Autopiloten
16 nur einen schmalen Funktionsbereich zuläßt; außerhalb dieses
vorgesehenen Funktionsbereiches ist die Regelgüte schlecht und wird
damit das aerodynamische System leicht instabil. Deshalb läßt sich
der Flugregler nur für bestimmte, relativ schmale Bandbreiten um
einen Nominal-Arbeitsbereich herum auslegen, der durch die Flugvor
gaben für die Gleitflugbahn 18 (vor allem Geschwindigkeit und Stau
druck) und damit weitestgehend durch die Höhe Hv des Übergangs-Bahn
punktes V aus dem ballistischen Abstiegsast 13.2 heraus gegeben
ist. Für die unterschiedlichen Abschußgegebenheiten hinsichtlich
Elevation e und Ladungsnummer 1, und damit für unterschiedliche
aktuelle Übergangshöhen hV, sind somit unterschiedliche
Regler-Dimensionierungen, d.h. bei gleicher Reglerstruktur unter
schiedliche Regler-Parametersätze vorzugeben. Diese Vorgaben können
grundsätzlich zwar beim Abschuß nach Maßgabe der vorgesehenen Abschuß
gegebenheiten erfolgen, was aber aufgrund der Gefechtsumstände sehr
fehlerträchtig wäre. Stattdessen ist eine autonome Umschaltung der
Regler-Parametersätze an Bord des Projektils 11 nach Maßgabe der
Abschußgegebenheiten vorgesehen, wie in Fig. 2 symbolisch vereinfacht
skizziert. Dort ist zur Vereinfachung der Darstellung das flugphysi
kalisch bedingte Verhalten des Projektils 11 selbst innerhalb des
Autopiloten 16 als Regelstrecke 24 berücksichtigt, die nach Maßgabe
der Regelabweichung d (Differenz von Sollwert w und Istwert i) mit
Stellsignalen s aus dem Flugregler 25 angesteuert wird. Meßeinrichtungen
26 an Bord des Projektils 11 bestimmen die aus dieser Ansteuerung
resultierenden Flug-Istwerte i.
Das Verhalten des Reglers 25, also sein Parametersatz P, wird in
Abhängigkeit von der Übergangshöhe hV umgeschaltet. In Fig. 2 ist
zugleich auch eine Umschaltung der Programmsteuerung 27 vorgesehen,
die bei Erreichen des vorgegebenen negativen Übergangs-Nickwinkels
nv nicht nur das Flügelausstellkommando 2 B liefert, sondern ins
besondere auch, in Abhängigkeit von der Übergangshöhe hV die Flugsoll
werte w für eine höhenabhängige Übergangsflugbahn 29 bis zum Erreichen
der stabilen Gleitflugbahn 18.
Zum Gewinnen eines höhenabhängigen Auswahlkriteriums 30 können an
Bord des Projektils 11 Zeitmeßkreise 31 vorgesehen sein, die einer
seits die Zeitspanne Dta vom Zeitpunkte to der Abschußbeschleunigung
bis zum Zeitpunkte ta des Erreichens des Apogäums A und andererseits
die Zeitspanne Dtg vom Apogäumszeitpunkte ta bis zum Zeitpunkte
tv des Erreichens des Übergangs-Nickwinkels nv messen.
Denn es hat sich überraschend herausgestellt, daß sich (vgl. Fig. 3)
gerade für diese Koordinaten in einer Kurvenschar für die ver
schiedenen Waffenrohr-Elevationswinkel e und die verschiedenen Ab
schuß-Ladungsnummern 1 diesbezüglich eindeutige Zuordnungen ergeben.
Diese Kurvenschar ist für das Projektil 11 rechnerisch, oder einfacher
noch experimentell, ermittelbar und in einem Kennlinienspeicher
32 ablegbar. Aus der bordautonomen Messung der beiden Zeitspannen
D liefert dieser Speicher 32 dann (nach Maßgabe von Fig. 3) das
Auswahlkriterium 30 für die abschußabhängige und damit höhenabhängige
Einstellung des Regler-Parametersatzes P und gegebenenfalls auch
der Programmsteuerung 27.
Dadurch ist für jeden Flug-Betriebsbereich, also für jede abschuß
bedingte Übergangshöhe hV, der Autopilot 16 mit einem optimal-stabilen
Flugregler 25 betreibbar, der über den gesamten Arbeitsbereich eine
hohe Regelgüte aufweist, also gutes Regelverhalten gegen alle in
diesem Arbeitsbereich zu erwartenden Toleranzen garantiert.
Eine noch höhere Regelgüte als bei Auswahl eines vorgegebenen Para
metersatzes nach Maßgabe einer bordautonomen indirekten Übergangs
höhenbestimmung ergibt sich, wenn im Wege der in der Regelungstechnik
bekannten Modellschätzung (vgl. z.B. K.-H. LACHMANN "Parameteradaptive
Regelalgorithmen für bestimmte Klassen nichtlinearer Prozesse mit
eindeutigen Nichtliniaritäten" (Kap. 4: Rekursive Parameterschätzung
im parameteradaptiven Regelkreis) VDI-Verlag, Fortschrittsberichte
Reihe 8/66, 1983; oder R. ISERMANN "Prozeßidentifikation" Springer
Verlag, 1974) eine Anpassung des aktuellen Regler-Parametersatzes
P an die tatsächlichen (vorwiegend - wenn auch nicht ausschließlich
- von der Übergangshöhe hV abhängigen) Fluggegebenheiten vorgenommen
wird (Fig. 4). Zur Realisierung dieser Maßnahme kann grundsätzlich
entweder eine Zuordnung geschätzter Modellparameter zu vorher festge
legten betriebsabhängigen Parameterbereichen, oder aber an Bord
des Projektils 11 die Bestimmung dessen momentaner Geschwindigkeit
und der umgebenden Luftdichte aus vorgegebenen geschätzten Modell
parametern und den bekannten aerodynamischen/physikalischen Beziehungen
für das Verhalten dieses Projektils 11, erfolgen.
Bis zum Übergangspunkt V aus der ballistischen Abstiegsbahn 13.2
heraus erfolgt die Stabilisierung des Projektils 11 mittels eines
einfachen, fest eingestellten Ballistik-Reglers als Stellgrößen
lieferant im Autopiloten 16. Wenn dann die Gleitflügel ausgefahren
werden, müssen im Interesse guter Bahnführung für genaue Zielgebiets
ablieferung Gleitfluglageregler erhöhter Genauigkeit, und damit
wie vorstehend erläutert missionsabhängig-optimierte Reglerparameter
sätze P, wirksam werden, ohne daß durch die Parameter-Umschaltung
an der eigentlichen Struktur des Reglers 25, der ja auf das dynamische
Verhalten des konkret vorliegenden Projektils 11 optimiert ist,
etwas geändert werden muß. Für die von der aktuellen Mission, also
von der Übergangshöhe hV abhängige Auswahl des aktuell maßgeblichen
Parametersatzes P erfolgt bei der Weiterbildung gemäß Fig. 4 eine
Auswertung des tatsächlichen Flugverhaltens zwischen dem Apogäums
zeitpunkt ta und dem Übergangszeitpunkt tv. Die Identifikation des
aktuellen Betriebsbereiches kann unmittelbar aus den nach dem Apogäum
A auftretenden Störeinflüssen abgeleitet werden, indem die zur Aus
regelung der Umwelt-Störgrößen u vom noch ballistisch eingestellten
Regler 25 gelieferten Stellsignale s in einer Auswerteschaltung
33 im Vergleich zu den Zustands-Istwerten i erfaßt werden. Sollten
die nach dem Apogäum A aktuell verfügbaren Stellsignale s für die
Auswertung nicht hinreichend ausgeprägt sein, dann triggert die
Auswerteschaltung 33 einen Testgeber 34 zur Abgabe wenigstens eines
Testsignales t geeigneter Art und hinreichender Intensität für die
Beobachtung des Übergangsverhaltens der Istwerte i. Gemäß der Struktur
vorgabe für den aktuell wirksamen Regler 25 bestimmt so die Auswerte
schaltung 33, aufgrund des gemessenen Übertragungsverhaltens hinsicht
lich Rollbewegung r, Nickbewegung n und Gierbewegung y des Projektils
11, den korrespondierenden Parametersatz P′ des gegebenen Modells
24′ der Strecke 24.
Durch einen Umschalter 45 in Fig. 4 ist symbolisch veranschaulicht,
daß mit diesem Parametersatz P′ nun wahlweise unmittelbar ein vorher
zugeordneter von unterschiedlichen möglichen Betriebsparametersätzen
P aus einem Parameterspeicher 35 für die Umsteuerung in die Übergangs
flugbahn 29 ausgewählt werden kann; oder aber für die momentan gegebene
Flughöhe h wirkt die umgebende Luftdichte q und die momentane Projektil
geschwindigkeit g auf den ballistischen Abstiegsast 13.2 nach Maßgabe
des vorbekannten physikalisch-aerodynamischen Verhaltens des Projektils
11 aus einer mathematischen Modelldarstellung 36 abgeleitet, um
danach den auf die aktuellen Gegebenheiten optimierten Parameter
satz P für die Umschaltung des Reglers 25 von der ballistischen
Bahnkurve 13 auf die Übergangs- und Gleitbahnkurve 29-18 aus dem
Parameterspeicher 35 auszugeben. In diesem Speicher 35 sind die,
für die einzelnen missionsbedingt möglichen Regler-Arbeitsbereiche
optimierten, Parametersätze P in Berücksichtigung der Gegebenheiten
hinsichtlich Projektilgeschwindigkeit g und umgebender Luftdichte q
sowie unter Berücksichtigung des Parametermodells für das aerodynamische
Projektilverhalten tabellarisch aufgeführt.
Initiiert wird die Funktion dieser aus dem Flugregler 25 gespeisten
Parameterauswahlschaltung 37 also von einem Apogäumsdetektor 38
nach Durchgang durch das Apogäum A. Wie durch die ODER-Schaltung
39 in Fig. 4 angedeutet, kann danach dieser Vorgang der Parameter-
Optimierung auch wiederholt über eine dann gesteuerte Abfrageschaltung
40 ausgelöst werden, um auch nach Einschwenken in die Gleitbahn
18 eine diskontinuierliche oder sogar quasi-kontinuierliche Anpassung
des aktuellen Regler-Parametersatzes P nach Maßgabe sich ändernder
Betriebsbedingungen, also nach Maßgabe des tatsächlichen Flugver
haltens im Vergleich zum regelungstechnischen Modell der Strecke
24, zu erzielen.
Der beschränkte, für die noch nicht ausgeklappten Flügel zur Verfügung
stehende Stauraum innerhalb der Struktur des Projektils 11 verbietet
es, für die Giersteuerung (also für die Vorgabe der Flugrichtung
im Raum) zusätzliche größere aerodynamisch wirksame Flächen, quer
zur Ebene der in Nickrichtung wirkenden Gleitflügel, vorzusehen.
Deshalb kann das Giermanöver, zum Ansteuern eines schräg voraus
ausgemachten Zieles 20, aus der momentanen Bewegungsbahn heraus
nicht unmittelbar durchgeführt werden, sondern es muß mittels der
Überlagerung einer Rollbewegung r und einer Nickbewegung n realisiert
werden (vgl. DE-OS 35 24 925). Es ist bekannt (US-PS 39 46 968),
daß diese beiden Manöver nicht unabhängig voneinander durchgeführt
werden können, weil aufgrund der flugdynamischen Gesetzmäßigkeiten
starke Querkopplungen gegeben sind, also eines der beiden Manöver
auch Auswirkungen auf das dem anderen Manöver zuzuordnende Flugver
halten (und umgekehrt) hat. Diese systembedingten aerodynamischen
Abhängigkeiten sind in Fig. 5 als Kopplungsblock 41 veranschaulicht.
Dieser bewirkt in einem Mehrgrößen-Regelsystem (hier für den Roll
winkel r bzw. die Rollrate und für den Nickwinkel n bzw. die Nickrate),
daß beispielsweise für einen veränderten Roll-Sollwert w(r) trotz
beibehaltenen Nick-Sollwertes w(n) das vom Rollregler 25 (r) gelieferte
Stellsignal s(r) im Nickkanal dem gegebenen Nick-Istwert i(n) einen
rollabhängigen Kopplungseinfluß k(r) zu einem veränderten, resul
tierenden Nick-Istwert i′(n) überlagert; so daß nun der Nickregler
25 (n) tätig werden muß, obgleich seitens des Nick-Sollwertes w(n)
gar keine Änderung erfolgte. Deshalb beschwören solche Kopplungen
die Gefahr schlecht bzw. instabil arbeitender Regelkreise herauf.
Um die Auswirkung des Kopplungsblockes 41 zu kompensieren, wird
aus dem Stellsignal s des tatsächlich angesprochenen Reglers 25
- im vorstehenden Beispiel also aus dem Roll-Stellsignal s(r) -
über ein den Reglern 25 parallelgeschaltetes Querkopplungs-Ausgleichs
netzwerk 42 eine Kompensationsinformation x abgeleitet und der aktuellen
Regelabweichung d vor dem Regler 25 im anderen Kanal überlagert.
Das physikalische Verhalten, also das mathematische Modell des Ausgleichs
netzwerkes 42 ist dafür im wesentlichen komplementär zum Verhalten
des Kopplungsblockes 41. Da dessen flugdynamisches Verhalten aber
wiederum vom momentanen Flugzustand abhängt, wird dem Ausgleichnetz
werk 42 für eine zeitoptimierte stabile Fluglageregelung vorteilhaft
in der Weise, wie oben hinsichtlich des Reglers 25 beschrieben,
der missionsabhängig optimal ausgewählte und gegebenenfalls ablauf
bedingt beeinflußbare Parametersatz P(x) zugeordnet.
Die entsprechende Maßnahme läßt sich zweckmäßigerweise auch in einem
Sollwertgeber 43 treffen, der nach Maßgabe der vom Suchkopf 19 ge
lieferten Zielablageinformation 44 unter Berücksichtigung der vorgege
benen Lenkgesetzes die Sollwerte w für die Zielansteuerung an die
Mehrgrößenregler 25 liefert, die über missionabhängig angepaßte
Parametersätze P(x) zur Vorab-Berücksichtigung der gegebenen Kopplungen
auf im Sinne stabiler Regler-Arbeitsweise optimierte Sollwerte w
führen.
Claims (11)
1. Gelenktes Artillerieprojektil (11) mit Fluglageregler (25) in
seinem Autopiloten (16) für die Übergangs-Steuerung in eine
Gleitflugbahn (18) bei Einnehmen eines vorgegebenen Nickwinkels
(n) nach Durchgang durch das Apogäum (A) der ballistischen Ab
schußflugbahn (13),
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Regler (25) missionsabhängig unterschiedliche Para
metersätze (P) vorgesehen sind.
2. Projektil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorgabe eines Parametersatzes (P) in indirekter Abhängig
keit von der aktuellen Abschußelevation (e) und Abschußladung
(1) autonom an Bord des Projektils (11) erfolgt.
3. Projektil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein den optimalen Parametersatz (P) definierendes Auswahl
kriterium (30) aus einem Kennlinienspeicher (32) für die Übergangs
zeitspanne (Dtv) in Abhängigkeit von der Apogäumszeitspanne
(Dta) auslesbar ist.
4. Projektil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Auswahl des Parametersatzes (P) in Abhängigkeit von
der Übergangshöhe (hV) vorgesehen ist.
5. Projektil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schätzung des aktuell optimalen Parametersatzes (P)
nach Maßgabe eines Modelles der Regelstrecke (24) und ihrer
aktuellen Regler- oder Störgrößenanregung vorgesehen ist.
6. Projektil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aktuell optimierte Parametersatz (P) einem Kennlinien
speicher (32) für die Abhängigkeit der aktuellen Fluggeschwindig
keits- und Staudruckgegebenheiten in der Umgebung des Projektils
(11) entnommen wird, die durch die aktuellen Streckenmodell
parameter definiert sind.
7. Projektil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren
zur gegebenen Struktur des Flugbahn-Reglers (25) modellmäßig
vorgegebenen Parametersätzen für seine Regelstrecke (24) wenigstens
ein Parametersatz (P) eingestellt wird, der dem an Bord
des Projektils (11) aus aktuellen Anregungen ermittelten Übertragungsverhalten
der Regelstrecke (24) zugeordnet ist.
8. Projektil nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestimmung des aktuellen Streckenmodell-Parametersatzes
während des Gleitfluges für die Anpassung des Reglerparameter
satzes (P) wiederholt vorgesehen ist.
9. Projektil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (25) als verkoppelter Mehrgrößenregler mit einem
seinen Reglern (25) parallel-geschalteten Ausgleichsnetzwerk
(42) ausgelegt ist.
10. Projektil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine adaptive Optimierung auch des Parametersatzes (P(x))
des Ausgleichsnetzwerkes (42) vorgesehen ist.
11. Projektil nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Entwurfskriterium bzw. die Parametersatz-Optimierung
des Ausgleichsnetzwerkes (42) auch bei der Dimensionierung
eines zwischen Projektil-Suchkopf (19) und Fluglageregler (25)
vorgesehenen Mehrgrößen-Sollwertgebers (43) berücksichtigt
ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873738580 DE3738580A1 (de) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | Gelenktes artillerieprojektil mit flugbahnregler |
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