KR100625852B1 - 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부 - Google Patents

발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부에 관한 것으로, 관성항법 유도장치로부터 전달되는 가동노즐의 제어입력각도, ΔθNZ,CMD 가 보상제어회로부에 전달되고, 상기 구동부에 구비된 서보작동기에 제공되는 제어입력 생성을 위한 모멘트암의 길이, RM 을 곱하여 ΔXACT, NZ, CMD 를 생성하는 단계와; 상기 가동부에 내장되고 상기 서보작동기의 출력편차를 제공받아 증폭한 종합직선운동 변위인, ΔXACT 와, 상기 가동노즐의 출력을 제공받아 증폭한 종합직선운동 변위인, ΔXCP 의 신호를 합성 후 제공받아, 상기 가동노즐의 압축변위에 의한 비선형성 변위성분, ΔXACT, NZ, Comp 를 중첩하여 보상하는 단계와; 상기 본 신호에 가동노즐의 회전운동각 제어입력성분, ΔXACT, NZ, CMD 를 합성하여 상기 서보작동기의 종합적 제어입력, ΔXACT, CMD 를 생성한 후, 출력된 신호를 상기 구동부의 서보작동기에 궤환회로 제어입력으로 사용하는 단계를 구비하는 것이다.
발사체, 추력벡터제어, 구동장치시스템, 보상제어회로부

Description

발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부{Compensated Control Method for Thrust Vector Control Actuation System of Solid Motor Mavable Nozzle and Control Loop Closure Thereof}
도 1은 일반적인 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 구성을 도시한 구성도.
도 2는 일반적인 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에 있어서, 플랙스실 조인트의 구성을 확대도시한 개요도.
도 3은 종래 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에 있어서, 비선형 운동 보상용 디지털방식 보상제어회로부를 도시한 블럭도.
도 4는 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 구성을 도시한 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 작동을 설명하기 위한 설명도.
도 6은 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 비선형 운동 보상용 아날로그방식 보상제어회로부를 도시한 블럭도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 가동노즐 2: 플렉스실 조인트
3: 고체모터 케이스 4: 플렉스실 조인트 전방 연결링
5: 플렉스실 조인트 후방 연결링 6: 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판
7: 고무 탄성체 패트 8: 서보작동기
8a: 서보밸브 8b:작동기 내장 포텐시오미터
9: 카운터 포텐시오미터 10: 구동부
20: 관성항법 유도장치 30: 보상제어회로부
32: 포텐시오미트 앰프 32a: 가변저항부
본 발명은 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부에 관한 것에 관한 것으로, 특히 보상제어회로부의 구조를 아날로그 소자로 구성함으로써, 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 제어기의 구성을 간단하게 할 수 있고, 이로 인하여 해당 시스템의 신뢰도 및 안정성을 향상시킬 수 있는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부에 관한 것이다.
일반적으로 발사체를 요구하는 궤도에 투입시키기 위해서는 해당 고도까지 발사체를 도달시키기 위한 추진기관과 정확한 요구궤도 투입에 소요되는 발사체의 자세 및 궤적제어를 위한 제어장치 등을 필요로 한다. 이와 같은 추진기관과 제어 장치의 조합 방식 중에, 고체모터 추진제의 연소에 의해 발생되는 화염의 분사 방향을 제어함에 있어서, 가동노즐의 방향을 변경시킴으로써 추력의 방향을 직접 제어하는 방식을 가동노즐 추력벡터제어 방식이라고 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면서 일반적인 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 구조 및 작동원리를 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 구성을 도시한 구성도이고, 도 2는 일반적인 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에 있어서 플랙스실 조인트의 구성을 확대도시한 개요도이며, 도 3은 종래의 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에 있어서 비선형 운동 보상용 디지털방식 보상제어회로부를 각각 도시한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템은, 가동용 고체모터 추진제를 분사하는 가동노즐(1)과, 고체모터를 보호하는 고체모터 케이스(3)와, 상기 가동노즐(1)을 상기 고체모터 케이스(3)와 연결하는 플렉스실 조인트(2)를 포함하여 구성된다. 여기에서 플렉스실 조인트(2)의 외부는 고체모트 케이스(3)에 의해 보호되는 구성이고, 가동노즐(1)이 장착되어 있다. 또한 상기 고체모터 케이스(3)의 일단에는 카운터 포텐시오미터(9)가 장착되고, 타단에는 서보작동기(8)가 장착되어 각각 그 타탄이 상기 가동노즐(1)에 연결되는 구성을 갖는다.
이때, 상기 플렉스실 조인트(2)에는 전방 연결링(4) 및 후방 연결링(5)이 연결되는데, 상기 전방 연결링(4)은 운동을 하는 가동노즐(1)과 연결되고, 상기 후방 연결링(5)은 상기 고체모터 케이스(3)에 고정되어 있다. 또한 상기 전방 연결링(4) 및 후방 연결링(5) 사이에는 동심을 갖는 다층의 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판(6)과 그 사이에는 전단운동에 의하여 상기 플렉스실 조인트(2)의 회전운동을 가능케 하는 고무 탄성체 패드(7)가 존재한다.
이와 같이, 상기 플렉스실 조인트(2)는, 동심을 갖는 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판(6)과 고무 탄성체 패드(7)를 적층하여 제작되고, 구동장치인 서보작동기(8)의 직선운동이 노즐에 위치한 모멘트 암 연결부에 전달되어 동심을 갖는 상기 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판(6)의 회전중심에 대하여 회전운동을 하게 된다. 이러한 회전운동은 적층된 상기 고무 탄성체 패드(7)의 전단변형에 의해 발생되며, 이로 인하여 전단응력을 발생시킨다. 상기 플렉스실 조인트(2)의 고무 탄성체 패드(7)에서 발생되는 전단응력을 모멘트 암과 곱하여 적분하면 상기 플렉스실 조인트(2)의 회전 저장 모멘트가 발생되며, 이는 추력벡터제어를 수행하는 구동장치 피치 및 요축의 서보작동기(8)에 대하여 운동부하로 작용된다.
이때, 고체모터의 연소특성은 점화초기 순간 최대 연소압력이 발생되는데, 이에 의한 점화충격력이 플렉스실 조인트(2)에 작용된다. 이는 상기 고무 탄성체 패드(7)층을 압축하여 상기 가동노즐(1)을 발사체의 기축방향으로 밀어내는 충격운동을 유발시키며 점화 이후 연소압이 안정화 될 때 이에 상응하는 압력으로 압축된 상태로부터 회전하여 추력벡터제어를 수행한다.
도 2를 참고하여 일반적인 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 작동을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 상기 가동노즐(1)이 기축방향으로 후퇴할 때 상기 구동장치의 서보작동기(8)가 초기의 중립위치를 유지하는 경우에는 상기 가동노즐(1)의 후퇴운동은 서보작동기(8)의 길이 구속에 의하여 시계 방향의 회전운동으로 전환되어 노즐의 초기 중립각이 0˚에서 이탈하게 된다. 이는 불필요한 반경방향 추력을 발생시켜 발사체의 자세와 궤적을 이탈시키게 되므로, 이를 개선하기 위하여 피치 및 요축 서보작동기(8)와 180˚ 이격된 위치에 상기 플렉스실 조인트(2)의 운동 특성을 보상시키기 위한 카운터 포텐시오미터(9)를 장착하고 있다.
또한, 일반적으로 가동노즐(1)을 구동시키는 서보작동기(8)와 카운터 포텐시오미터(9)는 가동노즐의 이론적 회전 중심과 피스톤단의 중심을 연결하는 모멘트암에 대하여 비직각으로 장착되어 있고, 이로 인하여 상기 서보작동기(8)의 노즐각 중립위치에서의 직선운동이 가동노즐의 회전으로 선형변환 되지 않는 비선형 특성을 갖는다. 아울러, 상기 고무 탄성체 패드(7)의 비선형 전단운동이 플렉스실 조인트(2)의 회전중심을 구면형 구조체 박판(6)의 이론적 회전 중심에서 이탈시켜 발생시키는 비선형 운동 특성도 갖는다. 이와 같이, 상기 카운터 포텐시오미터(9)는 상기 가동노즐(1)에서 발생하는 다수의 비선형 운동 특성을 보상하는 기능을 수행하는데 필수적인 구성이다.
또 도 3을 참조하여, 일반적으로 이용되는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에서 가동노즐에서 발생하는 비선형 운동 특성을 보상하기 위한 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 가동노즐의 위치정보를 보상하기 위한 회로를 설명하기 한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 보상제어회로부(30)는 관성 항법 유도장치(20)으로부터 제공되는 신호를 제공받는 구성으로, 처리된 보상신호를 제공받아 가동노즐을 위치를 변경시키는 구동부(10)에 보상신호를 제공하게 된다.
이때 상기 구동부(10)는, 기계적인 이동을 담당하는 서보작동기(8)와, 이 서보작동기(8)의 구동량을 제어하는 서보밸브(8a)와, 상기 서보작동기(8)에 내장되어 미세변동 모멘트힘을 감지하여 보상회로부(30)에 제공하는 서보작동기 내장 포텐시오미터(8b)와, 상기 서보작동기(8)의 출력을 제공받아 운동하는 가동노즐(1)과, 상기 가동노즐(1)로 부터 출력된 모멘트힘을 제공받아 상기 보상제어회로부(30)에 제공하는 카운터 포텐시오미터(9)로 구성된다. 여기에서, 종래 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어회로부는, 상기 서보작동기(8)에 내장된 포텐시오미터(8b)의 신호와 상기 가동노즐(1)의 출력을 제공받는 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 신호가 내/외부로 분리된 궤한회로 형상으로 구성되어 있기 때문에, 상기 서보작동기(8)의 제어입력 생성을 위해서는 두 신호의 비선형 연산을 필요로 하게 되며, 이를 위하여 비교 및 연산이 자유로운 디지털연산기 구조가 보상회로에 적용되었다.
상기 보상제어회로부(30)의 작동을 설명하면, 먼저 상기 관성항법유도장치(20)로부터 전달되는 가동노즐(1) 제어 입력각도는 ΔθNZ,CMD 인 것으로 한다. 이때, 서보작동기(8) 및 카운터 포텐시오미터(9) 모멘트암의 길이를 RM (30)으로 한다. 즉, 상기 관성항법유도장치(20)로부터 소정의 제어입력각(ΔθNZ,CMD )이 제공되 고, 상기 구동부(10)의 카운터 포텐시오미터(9) 및 서보작동기에 내장된 작동기 내장 포텐시오미터(8b)로 부터도 신호를 제공받는다. 상기 카운터 포텐시오미터(9)로 부터 제공된 신호는 포텐시오미터 앰프(32)로 전달되어 신호 ΔXCP 로 증폭시켜 디지털연산기(36)로 공급되고, 상기 서보작동기에 내장된 작동기 내장 포텐시오미터(8b)로 부터 제공된 신호는 포텐시오미터 앰프(34)에 제공되어 신호 ΔXACT 로 증폭되어 디지털연산기(36)로 각각 공급된다. 이들 신호가 상기 서보작동기(8) 및 카운터 포텐시오미터(9) 모멘트암의 길이인 RM (30)에서 종합적인 제어입력으로 작용하며 그 크기는 ΔXACT, CMD 가 된다. 또 상기 디지털연산기(36)로부터 연산된 신호는 서보앰프(38)를 통해 출력되어, 상기 구동부(10)의 서보밸브(8a)로 제공됨으로써 서보작동기(8)에 입력으로 작용한다.
이때, 상기와 같이 디지털제어방식의 디지털연산기(36)를 사용하는 이유로는, 상기 서보작동기(8)가 가동노즐(1) 모멘트암에 대하여 비직각으로 장착되고 가동노즐(1) 고유의 비선형 운동특성 보상에 디지털 제어회로가 신호 비교 및 연산기능을 사용한 유연한 대응이 가능하기 때문이다.
그러나, 이러한 디지털 제어방식의 보상제어회로부는, 이의 처리를 전체적으로 관장하는 중앙연산처리장치 및 프로그램 저장메모리, 아날로그/디지털변환기, 디지털/아날로그변환기 등과 같은 필연적인 디지털 기본회로와 운용프로그램 개발을 필요로 하는 문제점이 있었다.
또한, 디지털 방식의 보상제어회로부는 제어의 유연성 측면에서는 유리하지 만, 상술한 바와 같이 디지털회로 고유의 특성에 따른 부가적인 기본회로 및 운용프로그램을 필요로 하기 때문에 개발비용이 높아지게 되고, 이러한 장치의 개발에 따른 시간과 노력이 추가로 요구되는 점 등의 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 극복하기 위한 것으로, 간단한 구성으로 이루어지고, 신뢰도 및 안정성을 향상시킬 수 있는 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어방법 및 그 보상제어회로부에 관한 것으로, 상기 관성항법 유도장치(20)로부터 전달되는 가동노즐(1)의 제어입력각도, ΔθNZ,CMD 가 보상제어회로부(30)에 전달되고, 상기 구동부(10)에 구비된 서보작동기(8)에 제공되는 제어입력 생성을 위한 모멘트암의 길이, RM 을 곱하여 ΔXACT, NZ, CMD 를 생성하는 단계; 상기 구동부(10)에 내장되고, 상기 서보작동기(8)의 운동변위를 측정하여 증폭한 종합직선운동 변위인, ΔXACT 에, 상기 가동노즐(1)의 회전운동을 측정하여 증폭한 카운터 포텐시오미터(9)의 종합직선운동 변위인, ΔXCP 의 신호를 중첩하는 단계(30c), 상기 가동노즐(1)의 가동노즐(1)의 압축변위에 의한 비선형성 변위성분, ΔXACT, NZ, Comp 를 생성(30b), 보상하는 단계(30a); 및 상기 중첩 보상된 압축변위성분, ΔXACT, NZ, Comp 에 상기 서보작동기(8)의 가동노즐(1) 회전각 제어입력에 의한 제어입력성분 ΔXACT, NZ, CMD 를 중첩하여 생성한 종합적 제어입력, ΔXACT, CMD 를 생성한 후(30d), 출력된 신호를 상기 구동부(10)의 서보작동기(8)에 궤환회로 제어입력으로 사용하는 단계를 구비함으로써 달성된다.
또 본 발명의 목적은, 적어도 운동변위를 검출하기 위한 내장 포텐시오미터(8b)를 구비하고, 일단이 고체모터 케이스(3)에 고정되고, 타측은 노즐측에 연결 장착되는 서보작동기(8)와; 상기 서보작동기(8)에서 출력된 신호를 제공받아 노즐을 가동하고, 플렉스실 조인트(2)에 고정되는 가동노즐(1)과; 상기 가동노즐(1)의 회전운동을 검출하여 보상제어회로부(30)의 보상신호로써 제공하고, 일단은 상기 고체모터 케이스(3)에 고정되고, 타측은 상기 가동노즐(1)상에 장착되는 카운터 포텐시오미터(9)를 구비하여 된 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에 있어서, 상기 서보작동기(8)와 상기 카운터 포텐시오미터(9)는 상기 가동노즐(1)의 회전중심과 피스톤 단을 연결하는 모멘트암에 직교되어 가동노즐의 정격운동 회전각이 3~4°와 같이 작은범위 내에서는 노즐의 회전운동각과 서보작동기 및 카운터 포텐시오미터의 사이에 ΔX
Figure 112006029649594-pat00021
RM·θ 인 선형관계식이 성립되어 단순화된 아날로그 보상제어회로를 적용할 수 있음으로써 달성된다.
이때, 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 출력단에는 변위신호를 증폭하기 위한 포텐시오미터 앰프(32)를 연결하되, 상기 포텐시오미터 앰프(32)의 내부에는, 상기 서보작동기(8)와 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 초기 장착이 모멘트암에 대하여 직각이 아니게 장착될 경우에 출력신호의 영점 및 이득을 제어할 수 있는, 가변저항부(32a)를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
(실시예)
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 한다. 이때 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 혼동을 피하고자 한다.
도 4는 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 구성을 도시한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의작동을 설명하기 위한 설명도이며, 도 6은 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 비선형 운동 보상용 아날로그방식 보상제어회로부를 도시한 블럭도이다.
먼저 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 구성은 서보작동기(8)와 카운터 포텐시오미터(9)가 발사체 기축에 대하여 180˚ 위치에 상호 대칭적으로 설치된 특징을 갖는다.
이때, 상기 서보작동기(8) 및 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 각 일단은 고체모터를 내장하여 보호하는 상기 고체모터 케이스(3)에 고정 장착되고, 각각의 타단은 상기 가동노즐(1) 상에 직교하여 장착 고정된다. 그리고, 상기 가동노즐(1)의 중심은 발사체의 기축상에 설치된 것이다. 이때, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 모멘트암이 상기 서보작동기(8) 및 상기 카운터 포텐시오미터(9)와 직교에 근사하게 설치되어 있기 때문에, 일반적인 가동노즐의 정격운동 회전각인 3~4˚범위로 볼 때, 이 정격운동 회전각의 범위(3~4˚범위내)에서는 가동노즐(1)의 회 전을 위한 서보작동기(8)의 확장운동변위는 기구학적인 관계에 의하여 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 수축운동범위와 유사량을 갖게 된다.
도 4를 참조 하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 가동노즐(1)이 발사체의 기축방향으로 후퇴할 때 상기 구동장치의 서보작동기(8)가 초기의 중립위치를 유지한다면 상기 가동노즐(1)의 후퇴 운동은 상기 구동장치의 서보작동기(8)의 길이 구속에 의하여 반시계 방향의 회전운동으로 전환되어, 상기 가동노즐(1)의 초기각이 0˚ 에서 이탈하게 된다. 이렇게 되는 경우, 불필요한 측방향 추력을 발생시켜 발사체의 자세와 궤적을 이탈시키게 되므로, 이를 개선하기 위하여 본 발명에서는 피치 및 요 축 서보작동기(8)에 대해 180˚ 이격된 위치에 상기 플렉스실의 내부에 설치된 베어링의 운동특성을 보상시키기 위해 카운터 포텐시오미터(9)를 장착하게 된다. 이와 같은 구성으로 상기 카운터 포텐시오미터(9)를 장착함으로써 상기 가동노즐(1)의 내부에 설치된 고무탄성체 패드(7)의 전단운동에 의해 유발되는 상기 플렉스실 조인트(2) 내 베어링의 회전운동이 상기 고무탄성체(7)의 비선형특성에 의하여 교란되는 것을 보정하는 역할도 수행한다. 도 4에서 서보작동시(8)가 직선으로 움직인 거리를 ΔX, 그로 인해 가동노즐(1)이 RM 을 회전반경으로 하여 회전한 각도를 θ 라고 하면, 서보작동기(8)가 ΔX 만큼 전진하거나 후퇴하면 가동노즐(1)이 회전하고 그에 따라 카운터 포텐시오미터(9)가 ΔX 만큼 후퇴하거나 전진하게 된다. 서보작동기(8)가 직선운동한 거리 ΔX 와 가동노즐(1)의 회전각 θ, 가동노즐(1)의 회전반경 RM 의 관계는, ΔX = RM ·tan(θ) 이며, 여기서 θ 가 아주 작은 범위 내에서는 tangent 함수의 특성이 tan(θ)
Figure 112006029649594-pat00022
θ 이므로, ΔX
Figure 112006029649594-pat00023
RM·θ 의 선형관계식이 성립된다. 카운터 포텐시오미터(9)의 경우도 서보작동기(8)와 같은 방식으로 ΔX
Figure 112006029649594-pat00024
RM·θ 의 선형관계식이 성립된다.
여기에 상기 가동노즐(1)의 압축에 의한 서보작동기(8)와 카운터 포텐시오미터(9)의 확장 변위가 중첩되어 상기 서보작동기(8)의 종합적인 직선운동 변위는 다음의 수학식 1로, 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 종합적인 직선운동 변위는 수학식 2와 같은 관계식으로 정리할 수 있다.
Figure 112004045472594-pat00002
Figure 112004045472594-pat00003
Figure 112004045472594-pat00004
를 각각 나타낸다.
여기에서 상기 신호의 처리에 대해서는 도 5를 통해 설명할 수 있다.
또한, 상기 수학식 1 및 수학식 2의 관계식을 이용하면, 상기 가동노즐(1)의 압축변위량 ΔXNZ 을 다음의 수학식 3과 같이 예측할 수 있고, 상기 서보작동기(8)의 제어입력 ΔXACT, CMD 은 다음의 수학식 4와 같이 구성할 수 있다.
Figure 112004045472594-pat00005
Figure 112004045472594-pat00006
Figure 112004045472594-pat00007
를 각각 나타낸다.
이때 상기 수학식 3 및 수학식 4를 이용한 아날로그 방식 보상제어회로부의 형상은 도 6에 도시한 바와 같이 구현할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하면서, 본 발명에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어회로부의 구성 및 작동원리를 설명하기로 한다.
먼저 관성항법 유도장치(20)로부터 전달되는 가동노즐(1)의 제어입력각도, ΔθNZ,CMD 가 구동장치시스템 보상제어회로부(30)에 전달되어, 서보작동기(8)의 제어입력 생성을 위한 모멘트암의 길이, RM (31)을 곱하여 ΔXACT, NZ, CMD 를 생성한다. 이 신호에 가동노즐(1)의 압축변위에 의한 비선형성 변위성분, ΔXACT, NZ, Comp 를 중첩하여 보상하여(30a) 서보작동기(8)의 종합적 제어입력, ΔXACT, CMD 를 생성한 후(30b, 30c,30d), 이 신호를 이용하여 서보작동기(8)의 궤환회로 제어입력으로 사용한다.
이때, 생성된 서보작동기(8)의 종합적 제어입력, ΔXACT, CMD 신호는 PID 컨트롤러(30e)를 통해 서보앰프(38)에 제공되고, 이 신호가 구동부(10)의 서보밸브(8a)로 피드백된다.
여기에서, 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 출력단에는 변위신호를 증폭하기 위한 포텐시오미터 앰프(32)를 연결하되, 상기 포텐시오미터 앰프(32)의 내부에는, 상기 서보작동기(8)와 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 초기 장착이 모멘트암에 대하여 직각이 아니게 장착될 경우에 출력신호의 영점 및 이득을 제어할 수 있는, 가 변저항부(32a)를 추가로 구비할 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 가동에 대한 보상을 제어하는 회로를 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상제어회로부에 의하면, 보상제어회로부를 아날로그 소자만으로 구성하여 구조를 단순화하였을 뿐만 아니라, 이에 따른 신뢰성 및 안정성이 증대된 자동장치시스템 제어기의 구성을 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 적어도 발사체 가동노즐의 제어입력값을 제공하는 관성항법 유도장치와; 가동노즐의 압축변위에 의한 비선형성 변위성분에 따른 보상 및 연산을 행하여, 가동부의 서보작동기의 궤환회로 제어입력으로 제공하는 보상제어회로부와; 이 보상제어회로부로부터 제공되는 제어입력의 제공에 따라 가동노즐을 작동시키는 구동부를 포함하는, 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상회로의 제어방법에 있어서,
    상기 관성항법 유도장치(20)로부터 전달되는 가동노즐(1)의 제어입력각도, ΔθNZ,CMD 가 보상제어회로부(30)에 전달되고, 상기 구동부(10)에 구비된 서보작동기(8)에 제공되는 제어입력 생성을 위한 모멘트암의 길이, RM 을 곱하여 ΔXACT, NZ, CMD 를 생성하는 단계;
    상기 구동부(10)에 내장되고, 상기 서보작동기(8)의 운동변위를 측정하여 증폭한 종합직선운동 변위인, ΔXACT 에, 상기 가동노즐(1)의 회전운동을 측정하여 증폭한 카운터 포텐시오미터(9)의 종합직선운동 변위인, ΔXCP 의 신호를 중첩하는 단계(30c), 상기 가동노즐(1)의 가동노즐(1)의 압축변위에 의한 비선형성 변위성분, ΔXACT, NZ, Comp 를 생성(30b), 보상하는 단계(30a); 및
    상기 중첩 보상된 압축변위성분, ΔXACT, NZ, Comp 에 상기 서보작동기(8)의 가동노즐(1) 회전각 제어입력에 의한 제어입력성분 ΔXACT, NZ, CMD 를 중첩하여 생성한 종합적 제어입력, ΔXACT, CMD 를 생성한 후(30d), 출력된 신호를 상기 구동부(10)의 서보작동기(8)에 궤환회로 제어입력으로 사용하는 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상회로의 제어방법.
  2. 청구항 1에 의한 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상회로제어방법에 적용되는 보상회로에 있어서,
    상기 서보작동기의 종합적인 직선운동변위는 다음의 수학식 1
    Figure 112004045472594-pat00008
    로 나타내고, 상기 카운터 포텐시오미터의 종합적인 직선운동변위는 다음의 수학식 2,
    Figure 112004045472594-pat00009
    로 나타내되,
    Figure 112004045472594-pat00010
    인 조건을 만족하는 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상회로제어방법에 적용되는 보상회로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가동노즐(1)의 압축변위량은, 상기 수학식 1 및 수학식 2의 관계식을 이용하여, 다음의 수학식 3
    Figure 112006029649594-pat00011
    의 값으로 나타나고,
    상기 서보작동기(8)의 제어입력인 ΔXACT, CMD 의 값은 다음의 수학식 4
    Figure 112006029649594-pat00012
    를 만족하되,
    Figure 112006029649594-pat00013
    인 것을 특징으로 하는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 보상회로제어방법에 적용되는 보상회로.
  4. 적어도 운동변위를 검출하기 위한 내장 포텐시오미터(8b)를 구비하고, 일단이 고체모터 케이스(3)에 고정되고, 타측은 노즐측에 연결 장착되는 서보작동기(8)와; 상기 서보작동기(8)에서 출력된 신호를 제공받아 노즐을 가동하고, 플렉스실 조인트(2)에 고정되는 가동노즐(1)과; 상기 가동노즐(1)의 회전운동을 검출하여 보상제어회로부(30)의 보상신호로써 제공하고, 일단은 상기 고체모터 케이스(3)에 고정되고, 타측은 상기 가동노즐(1)상에 장착되는 카운터 포텐시오미터(9)를 구비하여 된 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템에 있어서,
    상기 서보작동기(8)와 상기 카운터 포텐시오미터(9)는 상기 가동노즐(1)의 회전중심과 피스톤 단을 연결하는 모멘트암에 직교되어 가동노즐의 정격운동 회전각이 3~4°와 같이 작은범위 내에서는 노즐의 회전운동각과 서보작동기 및 카운터 포텐시오미터의 사이에 ΔX
    Figure 112006029649594-pat00025
    RM·θ 인 선형관계식이 성립되어 단순화된 아날로그 보상제어회로를 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 카운터 포텐시오미터(9)의 출력단에는 변위신호를 증폭하기 위한 포텐시오미터 앰프(32)를 연결하되,
    상기 포텐시오미터 앰프(32)의 내부에는, 상기 서보작동기(8)와 상기 카운터 포텐시오미터(9)의 초기 장착이 모멘트암에 대하여 직각이 아니게 장착될 경우에 출력신호의 영점 및 이득을 제어할 수 있는, 가변저항부(32a)를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 발사체의 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템.
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