IT8948474A1 - Servo sistema di azionamento per dispositivi di ricerca del bersaglio - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE RISERVATISSIMO a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo:
"Servo sistema di azionamento per dispositivi di ri cerca del bersaglio"
RIASSUNTO
Oggetto dell'invenzione ? un doppio servo sistema per un organo di azionamento di un dispositivo di ricerca il quale comprende una testina di ricerca supportata cardanicamente su una piattaforma e pilotata nel senso di beccheggio e nel senso di imbardata da rispettivi sottosistemi asserviti rapidi, vale a dire con il basso ambito ed elevata larghezza di banda, la piattaforma essendo montata ad imperniamento rispetto ad una base e guidata nel senso di beccheggio e nel senso di imbardata da rispettivi sistemi asserviti lenti, vale a dire con elevato ambito e piccola larghezza di banda. 11 movimento di rotazione fra la piattaforma e la base ? configurato in modo da realizzare un supporto sferico di area relativamente estesa (un angolo solido tipicamente di circa 85?) per fornire buona resistenza ai forti carichi di accelerazione.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ai servo sistemi di azionamento ed in particolare, ma non esclusivamente, ai sistemi di azionamento per dispositivi di ricerca. I servo sistemi di azionamento sono usati su proiettili per orientare la testina di ricerca con una desiderata linea di puntamento. Per esempio, tali sistemi possono essere usati su un proiettile, per esempio una granata guidata, un proiettile di motaio oppure un missile guidato. I sistemi tipicamente comprendono una testina di ricerca, per esempio una testina radar millimetrica oppure ottica, montata su supporti cardanici per il movimento nel senso di beccheggio e nel senso di imbardata. Nei tipi di proiettili a cui viene fatto riferimento, si potr? constatare che il sistema di azionamento del dispositivo di ricerca sar? sottoposto ad elevatissimi carichi di accelerazione quando il proiettile viene lanciato. Il sistema deve pertanto essere in grado di sopportare elevatissimi carichi d'urto pure essendo in grado di fornire un preciso e rapido orientamento della testina di ricerca. Inoltre, ? desiderabile che il sistema permetta un ampio angolo di osservazione e sia sufficientemente agile per coprire una larga configurazione di ricerca ed un rapido aggancio su un bersaglio.
Un sistema di azionamento capace di soddisfare questi criteri lascerebbe prevedere di essere molto costoso e delicato. Nel quadro della presente invenzio ne. comunque, ? stato progettato un sistema di azionamento il quale soddisfa almeno alcuni di questi criteri e si prevede che risulti relativamente economico da fabbricare.
In conformit? con un aspetto della presente invenzione, viene fornito un servo sistema il quale comprende una piattaforma montata per il movimento in sensi determinati e due servo sistemi di azionamento ciascuno capace di operare lo spostamento di detta piattaforma, uno di detti mezzi asserviti di azionamento essendo utilizzabile per effettuare degli spostamenti di notevole ampiezza e con larghezza di banda relativamente bassa per detta configurazione mentre l'altro ? utilizzabile per effettuare degli spostamenti di piccola entit? e con larghezza di banda relativamente elevata.
In conformit? con un altro aspetto dell'invenzione, viene fornito un doppio sistema asservito il quale comprende un mezzo a piattaforma montato per il movimento in un dato senso rispetto ad un mezzo di supporto, detto mezzo di supporto essendo montato per il movimento sostanzialmente nello stesso senso di detto mezzo di base, un primo mezzo motore per provocare il movimento relativo di detto mezzo a piattaforma e di detto mezzo di supporto, un secondo mezzo motore per provocare il movimento relativo di detto mezzo di supporto e di detto mezzo di base, detto primo mezzo motore essendo capace di provocare un movimento ad elevata larghezza di banda in un luogo di movimento relativamente piccolo, detto secondo mezzo essendo capace di provocare un movimento con piccola larghezza di banda in un luogo di movimento relativamente esteso, nonch? un mezzo di controllo che risponde ad un segnale di ingresso per controllare detto primo e detto secondo mezzo motore in modo da orientare detto mezzo a piattaforma in conformit? con detto segnale di ingresso.
In conformit? con un altro aspetto della presente invenzione, viene fornito un sistema di azionamento per dispositivo di ricerca per un proiettile il quale comprende:
un mezzo di base per il fissaggio ad un proiettile,
un mezzo di montaggio supportato per il movimento in almeno uno dei sensi di beccheggio, rollio ed imbardata,
un mezzo sensore montato per il movimento rispetto al mezzo di montaggio almeno in detti sensi, un primo mezzo motore per effettuare il movimento di detto mezzo di montaggio relativamente a detto mezzo di base in detti almeno un senso,
un secondo mezzo motore per effettuare il movimento di detto sensore relativamente a detto mezzo di montaggio in detti almeno un senso,
un mezzo che risponde ad un segnale di domanda di ingresso per controllare ciascuno di detti primo e secondo mezzo motore per muovere detto sensore verso una posizione richiesta,
uno di detti mezzi motori essendo in grado di effettuare il movimento in un luogo di movimento relativamente largo e l'altro di detti mezzi motori essendo in grado di effettuare il movimento in un luogo di movimento relativamente piccolo.
Ulteriori aspetti dell'invenzione saranno evidenti dalla seguente descrizione di esempi non restrittivi della presente invenzione, con riferimento ai disegni allegati nei quali:
la figura 1 rappresenta una vista in sezione retta di un esemplo di una testina di ricerca della presente invenzione presa sul piano di beccheggio;
la figura 2 rappresenta una vista in prospettiva parziale della testina di ricerca della figura 1; la figura 3 rappresenta una vista esplosa della testina di ricerca delle figure 1 e 2, la quale mostra le parti fatte in materiale plastico, e
le figure 4a e 4b rappresentano schemi a blocchi che mostrano due esempi di sistema di controllo per la disposizione delle figure da 1 a 3.
11 sistema di testina di ricerca illustrato nelle figure permette il movimento di un sensore intorno agli assi di beccheggio e di imbardata. Per ciascun senso viene fornito un doppio servo sistema il quale comprende un sistema di basso ambito e di elevata larghezza di banda che opera nel quadro di un sistema ad alto ambito e di bassa larghezza di banda. Il sistema di controllo emette in uscita comandi appropriati per il sistema ad alta larghezza di banda e per il sistema a bassa larghezza di banda in risposta ad un segnale di ingresso.
Con riferimento al sistema della testina di ricerca rappresentato nelle figure da 1 a 3, un organo di base 10 viene fissato all'estremit? frontale 12 del proiettile e porta sulla sua estremit? frontale una piastra di base 14 avente una superficie anteriore sferica concava 16 la quale supporta in modo girevole una piastra di traslazione 18 per il movimento intorno ad un centro di imperni amento P del meccanismo. La piastra di traslazione 18 presenta una barra dentata arcuata 20, estendentesi verso l'indietro, la quale ? strettamente ricevuta in una corrispondente feritoia nella piastra di base 14, in modo tale che la piastra di traslazione 18 sia vincolata a muoversi in un primo senso. 1 denti della cremagliera 20 impegnano un pignone 22 collegato attraverso un treno di ingranaggi al motore 24 del tipo lento (esterno) associato al primo asse. La posizione della piastra di traslazione 18 relativamente alla piastra di base 14 nel senso del primo asse ? determinata per mezzo di un trasduttore 26 il quale alimenta segnali di posizione ad un servo controllo (non rappresentato). La piastra di traslazione 18 presenta una superficie anteriore sferica concava la quale supporta in modo girevole il telaio 30 della testina di ricerca, in modo da permetterne la rotazione intorno al centro di imperniamento P.
11 movimento del telaio 30 relativamente alla piastra di traslazione 18 ? vincolato al senso di un senso asse. La piastra di traslazione 18 presenta una cremagliera dentata arcuata 32 in una feritoia 34. I denti della cremagliera 32 sono impegnati da un pignone 35 sul telaio 30 collegato attraverso un treno di ingranag gi al motore esterno (lento) 36 associato al secondo asse, anche montato sul telaio 30. La posizione del telaio 30 relativamente alla piastra di traslazione 18 ? determinata per mezzo di un trasduttore di beccheggio 37 il quale fornisce i segnali di posizione ad un servo controllo (non rappresentato).
11 telaio 30 della testina di ricerca comprende una piastra di montaggio superiore 38 ed ? collegato attraverso un cuscinetto sferico 40 all'involucro anteriore 42 del sistema della testina di ricerca, per consentire il movimento del telaio 30 intorno all'asse di imperniamento P. La piastra di montaggio 38 supporta un giogo 44 di una disposizione cardanica per il movimento rotatorio intorno al primo asse che passa attraverso un centro di imperniamento P. I bracci del giogo 44 supportano ad imperniamento il piatto di telaio di una antenna cassegrain per il movimento intorno al secondo asse passante attraverso il centro di imperniamento ?'. I restanti componenti dell'antenna cassegrain ul sotto-riflettore 48 ed il rivelatore 50) sono fissati al telaio 30 e l'antenna pu? ruotare come una singola unit? intorno al centro di imperniamento P' sia nel senso di beccheggio sia nel senso di imbardata. I centri P e P1 possono essere e possono non essere coincidenti.
La piastra di montaggio 38 supporta anche in posizioni distanziate di 90? due motori rapidi (interni) 52. Ciascuno di tali motori ? un motore lineare che aziona direttamente l'antenna cassegrain supportata cardanicamente sul giogo 44 per fornire un movimento indipendente in beccheggio ed in imbardata. L'albero di uscita di ciascun motore 52 e 54 viene collegato alla superficie posteriore del piatto 46 per mezzo di una connessione a bicchiere con azione a scatto 56.
11 movimento dell'antenna nei sensi di beccheggio ed imbardata viene cosi effettuato dalle rispettive doppie disposizioni asservite di azionamento, ciascuno delle quali comprende un servo sistema di basso ambito e di elevata larghezza di banda azionato dal motore rapido (interno) (54; 52) che opera nel quadro di un servo sistema ad alto ambito e bassa larghezza di banda azionato dal motore lento (esterno) (24; 26). 11 controllo dei servo sistemi verr? discusso nel seguito.
I motori rapidi (interni) (54; 52) sono ambedue costituiti da motori che generano forze lineari ortogonali contenenti dei magneti basati su terre rare.
I motori lenti (esterni) (24; 26) sono ambedue motori in corrente continua che contengono ancora magneti basati sulle terre rare.
Si noter? che il complesso ? guidato da un grande cuscinetto sferico 40 e dalie rispettive superfici di cuscinetto fra la piastra di base 14, la piastra di traslazione 18 ed il telaio 30. La estesa area complessiva di supporto definita da tutte le superfici di appoggio fornisce elevata resistenza agli urti generati durante il lancio.
La figura 3 illustra le parti principali del sistema che sono fatti di materiale plastico. Si vedr? che l'organo di base 10, la piastra di base 14, la piastra di traslazione 18, la parte inferiore del telaio 30, la piastra di montaggio 38 ed il giogo 44 sono fatti di materiali plastici convenienti lavorati per stampaggio di precisione, per esempio materiale plastico per costruzioni, come il nylon con carica di fibre di carbonio.
L'attrito nel servo sistema a bassa larghezza di banda che si verifica quando si svolge un movimento relativo fra il telaio 30 e la piastra di traslazione 18 e fra la piastra di traslazione 18 e la piastra di base 14 viene ridotto al minimo perch? tali componenti sono realizzati per stampaggio di precisione il materiale plastico.
Il piatto 46 ? fatto di una lega leggera ed ? fornito di incavi che ricevono le sfere previste sulle estremit? dei motori rapidi (interni) 52 e 54 per fornire caratteristiche di basso attrito e di giogo zero.
Con riferimento ora alle figure 4a e 4b, verranno ora descritti due esempi dal sistema di controllo. Ciascun sistema di controllo presenta un doppio servo sistema ed un ingresso attraverso il quale i comandi per il movimento richiesto sono applicati al sistema. I comandi possono controllare la testina di ricerca in modo da seguire una predeterminata configurazione di esplorazione oppure per inseguire un particolare bersaglio. Il sistema di controllo presenta due canali, uno che serve per il motore rapido (interno) ad elevata larghezza di banda e l'altro dei quali serve per il motore lento (esterno) a piccola larghezza di banda, essendovi rispettivi trasduttori rapido e lento che sono associati ai motori rapido e lento, rispettivamente.
Nella figura 4a, il segnale di ingresso di domanda ad elevata larghezza di banda (in altre parole un segnale all'interno dei limiti di ambito o di portata del servo sistema rapido) viene applicato ad una giunzione 65 dove viene sommato con il segnale di domanda di ingresso del canale a bassa larghezza di banda e viene confrontato con le uscite demoltiplicate ed aggregate del trasduttore rapido e del trasduttore lento 74, 74'. Il segnale risultante viene applicato al canale rapido dove viene sagomato in 66, amplificato in 58 ed applicato al motore rapido 70 mentre l'uscita del motore viene applicata al sistema attraverso la trasmissione 72. L'uscita della trasmissione 72 viene rivelata dal trasduttore di posizione 74, demoltiplicata in 76 e quindi alimentata per confronto in 60 e 65.
Nel canale lento, il segnale di domanda a bassa larghezza di banda viene confrontato in 65' con l'uscita demoltiplicata fornita dal trasduttore di posizione 74', viene quindi formato in 66', amplificato in 68' ed applicato al motore lento 70'. Il segnale di uscita dal motore viene applicato al sistema attraverso la trasmissione 72'. L'uscita dalla trasmissione 72' viene rivelata dal trasduttore di posizione 74', demoltiplicata in 76' ed applicata per il confronto in 65 ed attraverso un ulteriore demoltiplicatore 80' per il confronto in 60.
Nella figura 4b, il segnale totale di domanda viene applicato ad una giunzione 65 dove viene confrontato con le uscite aggregate demoltiplicate dal trasduttore rapido 74' e dal trasduttore lento 74', 74' ed il segnale risultante viene applicato al canale rapido dove viene elaborato come nella figura 4a. Il segnale di domanda totale viene anche applicato attraverso un filtro passa basso 78 per estrarre la componente di elevata larghezza di banda e la risultante componente di bassa larghezza di banda viene applicata alla giunzione 65' ed elaborata come nella figura 4a .
Pertanto, il motore interno fornisce elevata larghezza di banda, bassa ampiezza ed elevata sensibilit?, mentre il motore esterno, che aziona la piattaforma che costituisce il carico pagante, fornisce bassa larghezza di banda, elevata ampiezza ed una precisione approssimata. 1 doppi anelli asserviti per retroazione di posizione sono disposti in modo tale che nei momenti in cui la domanda ? stringente ciascun anello asservito possa aiutare l'altro, per quanto riguarda le domande di frequenza e le domande di ampiezza. Per le domande di frequenza, il motore rapido aiuta il motore lento e per domande di ampiezza il motore lento aiuta il motore rapido.
L'impiego di due gruppi di sistemi asserviti offre un sistema versatile che pu? essere configurato in modo da soddisfare una ampia gamma di esigenze di comportamento in un inviluppo spaziale del diametro anche soltanto di 80 mm, per esempio in una bomba da mortaio.
L'esempio illustrato rappresenta una antenna cassegrain per bande d'onda millimetriche. Si comprender? che i principi descritti possono essere applicati ad altri tipi di sensori. Per esempio, il doppio sistema asservito pu? essere usato per orientare una camera CCD come quelle illustrate per la registrazione di radiazione con lunghezza d'onda visibile o infrarossa .
Il sistema pu? anche essere usato in applicazioni diverse dai missili finora esposti, in cui ? necessario fornire un sistema di largo ambito e di elevata larghezza di banda.
Gli esempi di sistemi finora descritti forniscono una struttura economica ma tuttavia robusta che viene realizzata mediante l'impiego di materiali plastici stampati e motori in corrente continua basati sull'uso di terre rare.
Ciascun sistema asservito pu? incorporare un organo di agganciamento per mantenere una posizione di riposo durante l'immagazzinamento, i trasferimenti, ecc., e nel corso di funzionamento in severe condizioni ambientali immediatamente prima di operazioni, per esempio l'urto del lancio.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Servo sistema che comprende una piattaforma montata per il movimento e due mezzi asserviti motori ciascuno azionabile per spostare detta piattaforma, uno di detti mezzi motori asserviti essendo azionabile per effettuare degli spostamenti di grande entit? e di larghezza di banda relativamente bassa per detta piattaforma mentre l'altro ? azionabile per effettuare suoi piccoli spostamenti con larghezza di banda relativamente elevata.
- 2. Doppio sistema asservito comprendente un mezzo a piattaforma montato per il movimento in un dato senso rispetto ad un mezzo di supporto, detto mezzo di supporto essendo montato per il movimento sostanzialmente nello stesso senso rispetto al mezzo di base, un primo mezzo motore per effettuare il movimento relativo di detto mezzo a piattaforma e di detto mezzo di supporto, un secondo mezzo motore per effettuare il movimento relativo di detto mezzo di supporto e di detto mezzo di base, detto primo mezzo motore essendo in grado di provocare un movimento ad elevata larghezza di banda in un luogo di movimento relativamente piccolo, detto secondo mezzo essendo capace di provocare un movimento con bassa larghezza di banda in un luogo di movimento relativamente largo, nonch? un mezzo di controllo che risponde ad un segnale di ingresso per controllare detto primo e detto secondo mezzo motore in modo da orientare detto mezzo a piattaforma in conformit? con detto segnale di ingresso .
- 3. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca per un proiettile il quale comprende: un mezzo di base per il fissaggio ad un proiettile, un mezzo di montaggio supportato per il movimento in almeno uno dei sensi di beccheggio, rollio ed imbardata, un mezzo sensore montato per il movimento rispetto al mezzo di montaggio in detti almeno un senso, un primo mezzo motore per effettuare il movimento di detto mezzo di montaggio relativamente a detto mezzo di base in detti almeno un senso, un secondo mezzo motore per effettuare il movimento di detto sensore relativamente a detto mezzo di montaggio in detti almeno un senso, e un mezzo che risponde ad un segnale di domanda di ingresso per controllare ciascuno fra detto primo e detto secondo mezzo motore in modo da muovere detto sensore verso una posizione richiesta, uno di detti mezzi motori essendo capace di effettuare il movimento in un luogo di movimento relativamente esteso e l'altro di detti mezzi motori essendo capace di provocare il movimento in un luogo di movimento relativamente piccolo.
- 4. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca secondo la rivendicazione 3, in cui detto primo mezzo motore ? capace di effettuare il movimento attraverso un arco relativamente largo.
- 5. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca secondo la rivendicazione 4, in cui detto mezzo sensore ? montato per il movimento nel senso di beccheggio e di imbardata intorno ad un punto di imperniamento e detto mezzo di montaggio ? montato per il movimento nei sensi di beccheggio e di imbardata sostanzialmente intorno allo stesso punto di imperniamento, inoltre il sistema comprende un primo ed un secondo mezzo di azionamento in imbardata ed un primo ed un secondo mezzo di azionamento in beccheggio per effettuare i movimenti nei sensi di beccheggio ed imbardata, rispettivamente.
- 6. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca secondo la rivendicazione 3, in cui detto mezzo sensore ? montato su detto mezzo di montaggio tramite una disposizione cardanica ed il mezzo di azionamento oppure ciascun secondo mezzo di azionamento comprende un motore che esercita una forza lineare disposto fra il mezzo sensore ed il mezzo di montaggio.
- 7. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca secondo la rivendicazione 3, in cui il secondo mezzo motore o ciascuno di essi comprende una disposizione a cremagliera e pignone.
- 8. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca secondo la rivendicazione 3, in cui il mezzo di montaggio ed il mezzo di base presentano superfici di appoggio o di cuscinetto complementari generalmente sferiche per supportare il mezzo di montaggio in modo da ruotare in almeno un senso intorno ad un punto di imperniamento.
- 9. Sistema di azionamento per dispositivo di ricerca secondo la rivendicazione 3, in cui il mezzo di montaggio ? collegato al mezzo di supporto tramite un mezzo a piastra di traslazione, il mezzo a piastra di traslazione avendo una superficie sferica concava per impegnare una superficie complementare sul mezzo di montaggio ed una superficie sferica convessa generalmente concentrica per impegnare una superficie convessa complementare prevista sul mezzo di base.
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