RU2047888C1 - Device for coordinated regulation of angular lateral movement of flying vehicle - Google Patents
Device for coordinated regulation of angular lateral movement of flying vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2047888C1 RU2047888C1 SU4900699A RU2047888C1 RU 2047888 C1 RU2047888 C1 RU 2047888C1 SU 4900699 A SU4900699 A SU 4900699A RU 2047888 C1 RU2047888 C1 RU 2047888C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- channel
- roll
- amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроительной промышленности и может быть использовано при разработке бортовых систем управления (БСАУ) летательными аппаратами (ЛА) с самолетной схемой в условиях больших ветровых возмущений и при координированных разворотах с большими углами крена. The invention relates to the instrument-making industry and can be used in the development of on-board control systems (BSAU) for aircraft (aircraft) with an airplane circuit in conditions of large wind disturbances and coordinated turns with large roll angles.
К аналогам относятся системы автоматического управления [1, 2, 3] Каналы управления рысканием и креном в аналогах содержат элементы вычитания и суммирующие усилители, формирующие по задающим воздействиям и сигналам датчиков состояния управляющие воздействия на исполнительные устройства ЛА. Analogs include automatic control systems [1, 2, 3] The yaw and roll control channels in the analogs contain subtraction elements and summing amplifiers that form control actions on the aircraft actuators according to the driving actions and signals of the state sensors.
Недостатком аналогов является отсутствие средств решения вопросов расширения области полетов в условиях ветровых порывов, приводящих к достижению исполнительными устройствами аэродинамического управления (АДУ) тормозных шарнирных моментов. The disadvantage of analogues is the lack of solutions to the expansion of the flight area in conditions of wind gusts, leading to the achievement of aerodynamic control devices (ADU) braking articulated moments.
Аналогам присущи также следующие недостатки. В системе управления [1] представлено формирование каналов бокового движения: рысканья и крена в отдельности в декомпозиционном плане и с перекрестной связью между ними для реализации координированного управления; перекрестная связь выполнена в виде цепей от сигнала руля направления в качестве формирования задающего воздействия на канал крена. Analogs also have the following disadvantages. The control system [1] presents the formation of lateral movement channels: yaw and roll separately in the decomposition plan and with a cross connection between them for the implementation of coordinated control; cross-connection is made in the form of chains from the rudder signal as the formation of a defining influence on the roll channel.
Недостатком такой реализации является побочная загрузка канала рысканья движения в нем, вызванным введением ЛА в крен. The disadvantage of this implementation is the side loading of the yaw channel in it, caused by the introduction of the aircraft into the roll.
К недостаткам следует отнести также отсутствие средств обеспечения координатной инвариантности по скольжению (углу скольжения β и его производным) при координированном развороте. Рассмотрены системы управления боковым движением ЛА по каналам крена и рысканья [2, 3] В [2] приведено также формирование закона управления, обеспечивающего равенство нулю угла скольжения β. В этой системе также возникает избыточная компонента сигнала управления в канале рысканья от разворота ЛА по крену, ослабляющая эффективность координированного управления и снижающая точностные характеристики короткопериодического и траекторного движения, что является существенными недостатками аналогов. The disadvantages should also include the lack of means of ensuring coordinate invariance with respect to slip (slip angle β and its derivatives) in a coordinated turn. Control systems for the lateral movement of aircraft along the roll and yaw channels are considered [2, 3]. In [2], the formation of the control law is also given, which ensures that the slip angle β is equal to zero. In this system, an excess component of the control signal in the yaw channel from the roll of the aircraft along the roll also occurs, weakening the effectiveness of coordinated control and reducing the accuracy characteristics of short-period and trajectory motion, which are significant disadvantages of the analogues.
Наиболее близким по технической сущности решением является разработка САУ [4] Устройство содержит последовательно соединенные элемент вычитания канала крена, вычитающий и суммирующий входы которого являются соответственно входом задания устройства и входом обратной связи по углу крена устройства, и суммирующий усилитель канала крена, второй вход которого является входом обратной связи по угловой скорости крена устройства, последовательно соединенные элемент вычитания канала боковой перегрузки, вычитающий и суммирующий входы которого являются соответственно входом задания устройства и входом обратной связи устройства по боковой перегрузке, и суммирующий усилитель канала боковой перегрузки, второй вход которого является входом обратной связи по угловой скорости рысканья устройства. The closest in technical essence solution is the development of self-propelled guns [4] The device contains a series-connected roll channel subtraction element, the subtracting and summing inputs of which are respectively the device job input and feedback input for the roll angle of the device, and the total roll channel amplifier, the second input of which is feedback input on the angular velocity of the roll of the device, a series-connected element of subtraction of the side overload channel, subtracting and summing the inputs of are the input of the device reference and the feedback input of the device for lateral overload, and the summing amplifier of the side overload channel, the second input of which is the feedback input for the angular velocity of the yaw of the device.
Недостатком прототипа является также отсутствие средств расширения области бездефицитного управления основного канала рысканья при ветровых порывах, приводящих к достижению тормозных значений шарнирных моментов исполнительных приводов АДУ. The disadvantage of the prototype is also the lack of means to expand the area of zero-control control of the main yaw channel during wind gusts, leading to the achievement of braking values of the hinge moments of the actuators ADU.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства при дефиците АДУ. The aim of the invention is to expand the functionality of the device with a deficiency of ADU.
Следствием решения этой проблемы явится расширение зоны полета по скорости и высоте. The solution to this problem will be the expansion of the flight zone in speed and altitude.
Линеаризованные уравнения бокового движения ЛА по доминирующим компонентам, например, в соответствии с [5, 6] и с учетом воздействия ветрового порыва могут быть представлены системой дифференциальных уравнений в виде:
=ωy+Zβ(β+βw) + cosθ·γ
=M+M
=M+M+M
=ωx-tgθ·ωy
nz zβ(β+βw)+z+z
Уравнение шарнирных моментов руля направления (РН) имеет вид:
Мш= Мш β˙(β+βw)+Мw δн˙δн, (2) здесь θ угол тангажа, характеризующий как параметр продольного канала для бокового;
β, ωy, ωx,γ,nz координаты бокового движения ЛА: угол скольжения, угловая скорость рысканья, угловая скорость по крену, угол крена и боковая перегрузка, соответственно;
ρw возмущающий фактор ветровой порыв;
v скорость полета ЛА;
g ускорение свободного падения;
δн,δэ углы отклонения исполнительных органов в каналах рысканья и крена, соответственно;
Zβ,Мy ωy,My β,My δн,Мх ωх,Mx ωy
Мх β, Мх δэ,Мш β,Mш δн- динамические коэффициенты. Из системы (1) видно, что член cosθ·γ определяет движение координат ЛА, обусловленное введением ЛА в крен, т.е. координированным управлением.The linearized equations of the lateral movement of the aircraft along the dominant components, for example, in accordance with [5, 6] and taking into account the impact of the wind gust, can be represented by a system of differential equations in the form:
= ω y + Z β (β + β w ) + cosθ γ
= M + M
= M + M + M
= ω x -tgθ ω y
n z z β (β + β w ) + z + z
The equation of the hinged moments of the rudder (PH) has the form:
M W = M W β ˙ (β + β w ) + M w δ н˙δ n , (2) here θ is the pitch angle, which characterizes as a parameter of the longitudinal channel for the lateral;
β, ω y , ω x , γ, n z coordinates of the aircraft lateral movement: glide angle, yaw angular velocity, roll angular velocity, roll angle and lateral overload, respectively;
ρ w disturbing factor wind gust;
v flight speed of the aircraft;
g acceleration of gravity;
δ n , δ e the deviation angles of the executive organs in the yaw and roll channels, respectively;
Z β , M y ω y, M y β , M y δ n, M x ω x, M x ω y
M x β , M x δ e, M W β , M W δ n - dynamic coefficients. From system (1) it can be seen that the term cosθ · γ determines the motion of the coordinates of the aircraft due to the introduction of the aircraft into the roll, i.e. coordinated management.
Из (1) также видно, что, рассматривая декомпозиционное движение относительно воздействия γ а также оценивая боковое движение с учетом допущения малости скольжения (β, 0), получим, что установившееся значение угловой скорости ωyγ от воздействия γ составит = cosθ·γ (3)
Сигналы управления в канале крена (элеронов) и рысканья (руля направления) формируются в виде
σкр o=aγ(γ-γk)+aωx˙ωx, (4)
σн o=anz(nzk-nz)+aωy(ωy+σk), где aγ,aωx,anz и awy соответствующие передаточные числа;
γk и nzk управляющие сигналы по крену и перегрузке, соответственно.It can also be seen from (1) that, considering the decomposition motion with respect to the action of γ and also evaluating the lateral motion with allowance for the assumption of small slip (β, 0), we obtain that the steady-state value of the angular velocity ω yγ from the action of γ is = cosθ γ (3)
The control signals in the roll channel (ailerons) and yaw (rudder) are formed in the form
σ cr o = a γ (γ-γ k ) + a ωx ˙ω x , (4)
σ n o = a nz (n zk -n z ) + a ωy (ω y + σ k ), where a γ , a ωx , a nz and a wy are the corresponding gear ratios;
γ k and n zk control signals for roll and overload, respectively.
Этот процесс соответствует установлению сигнала ωy=ωyγ вызванного сигналов γ≠0.This process corresponds to the establishment of the signal ω y = ω yγ of the induced signals γ ≠ 0.
В условиях многорежимного управления при наличии больших уровней командных сигналов γk,nzk и возмущающих факторов βw возникает дефицит управления, обусловленный достижением шарнирных моментов тормозного значения. Особенно остро это сказывается в рулевом приводе РН, который для ЛА самолетной схемы гораздо менее по эффективности элеронов и достаточно загруженный по конструктивному исполнению и воздействующим факторам. К конструктивным особенностям можно отнести, например, наличие воздушного тормоза (ВТ) у современных ЛА типа воздушно-космических самолетов (ВКС), выполненного технологически объединенно с рулем направления; раскрытие ВТ приводит к снижению возможностей РН, в частности, к уменьшению тормозных значений шарнирных моментов. Одним из средств расширения возможностей управления является задействование дополнительных ресурсных источников управления маневренных двигателей (МД) реактивной системы управления (РСУ) [7]
Однако такое непосредственное задействование МД также ограничено по собственному ресурсу МД и условиями их работы: длительностью, частотой включения, выдерживанием необходимых пауз. Указанные ограничения в таком решении определяют его большой недостаток и могут сделать неприемлемым, что требует разработки средств корректного управления МД.In conditions of multi-mode control, in the presence of large levels of command signals γ k , n zk and disturbing factors β w , a control deficit arises due to the achievement of the hinged moments of the braking value. This is especially acute in the steering gear of the launch vehicle, which is much less aileron in terms of aircraft efficiency and quite loaded in terms of design and operating factors. Design features include, for example, the presence of an air brake (VT) in modern aircraft such as aerospace aircraft (VKS), made technologically combined with the rudder; the disclosure of VT leads to a decrease in the capabilities of the LV, in particular, to a decrease in the braking values of the hinge moments. One of the means of expanding control capabilities is the use of additional resource management sources of maneuverable engines (MD) of a reactive control system (DCS) [7]
However, such direct involvement of the MD is also limited by the MD's own resource and the conditions of their work: duration, frequency of inclusion, and maintenance of necessary pauses. The indicated limitations in such a solution determine its major drawback and may make it unacceptable, which requires the development of means for the correct management of MD.
Поставленная указанная ранее цель с разрешением факторов РСУ достигается следующим образом. В устройство, описанное ранее на основе прототипа, введен следующий состав. The goal stated above with the resolution of the DCS factors is achieved as follows. The following composition is introduced into the device described previously based on the prototype.
Последовательно соединенные подключенный ко входу обратной связи по углу крена устройства блок формирования синусной функции, первый усилитель и первый умножитель, последовательно соединенные подключенный ко входу обратной связи по тангажу устройства блок формирования косинусной функции, делитель и второй усилитель, выход которого соединен со вторым входом первого умножителя, управляющий вход делителя соединен со входом по скорости полета устройства, выход первого умножителя соединен с третьим входом суммирующего усилителя канала боковой перегрузки, а также последовательно соединенные инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя канала боковой перегрузки, формирователь сигнала управления маневренными реактивными двигателями, выход которого является выходом устройства по управлению реактивными двигателями, интегратор, нелинейный элемент с зоной нечувствительности, первый ограничитель и выходной элемент вычитания канала боковой перегрузки, второй вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя канала боковой перегрузки, а выход является выходом устройства по управлению аэродинамическим приводом руля направления, последовательно соединенные блок формирования сигнала тангенсной функции, первый корректирующий функциональный преобразователь и третий усилитель, второй умножитель, второй ограничитель и выходной сумматор канала крена, второй вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя канала крена, а выход является выходом устройства по управлению аэродинамическим приводом электронов, и последовательно соединенные масштабный усилитель, вход которого соединен со входом устройства по скорости полета, второй корректирующий функциональный преобразователь и третий умножитель, второй вход которого соединен с выходом нелинейного элемента с зоной нечувствительности, а выход со вторым входом второго умножителя. A sine function generating unit, a first amplifier and a first multiplier connected to a feedback angle input of the device in series, a cosine function forming unit, a divider and a second amplifier connected to a feedback input of a pitch pitch of a device, the output of which is connected to the second input of the first multiplier , the control input of the divider is connected to the input by the flight speed of the device, the output of the first multiplier is connected to the third input of the summing channel amplifier side overload, as well as a series-connected inverting amplifier, the input of which is connected to the output of the summing amplifier of the side overload channel, a driver for controlling maneuverable jet engines, the output of which is the output of a device for controlling jet engines, an integrator, a nonlinear element with a dead band, a first limiter and an output a side overload channel subtraction element, the second input of which is connected to the output of the summing amplifier of the side lane channel load, and the output is the output of the device for controlling the aerodynamic drive of the rudder, the tangent function signal generating unit, the first corrective functional converter and the third amplifier, the second multiplier, the second limiter and the roll bank output adder, the second input of which is connected to the output of the summing channel amplifier roll, and the output is the output of the device for controlling the aerodynamic drive of electrons, and the scale amplifier is connected in series Tel, whose input is connected with the input of airspeed device, the second correction function generator and a third multiplier, a second input coupled to an output of a nonlinear element with a dead zone, and an output to a second input of the second multiplier.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от него введением и составом новых каналов и общих звеньев. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs from it in the introduction and composition of new channels and common links. Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."
В устройстве сформирована дополнительная компонента сигнала управления каналом рысканья σk, учитывающая компенсацию доминирующего сигнала ωyγ по (3) и компенсацию возникновения от угла γ или γk, т.е. сформирован канал c σк cosθ·sinγ·Kк (5) где сигнал sinγ определяет полную проекцию подъемной силы на горизонтальную плоскость [5] (линеаризацию синусной функции определяет угловое приращение γ ); Кк коэффициент, определяющий степень усиления сигнала γ для компенсации ωyγ и достижения Inv β Так, при Кк=1, получим сигнал, компенсирующий компоненту (3) с точностью до динамики и установившегося отклонения. Формируется сигнал с усилением для синхронизации сигналов σk и ωyγ т.е. с учетом отличия от установившегося состояния по (4) и для достижения технически потребной инвариантности.An additional component of the yaw channel control signal σ k is formed in the device, taking into account the compensation of the dominant signal ω yγ according to (3) and the compensation of occurrence from the angle γ or γ k , i.e. channel c σ to cosθ · sinγ · K to (5) where the signal sinγ determines the full projection of the lifting force on the horizontal plane [5] (the linearization of the sinus function determines the angular increment γ); K to coefficient determining the degree of amplification of the signal γ to compensate for ω yγ and achieve Inv β So, when K k = 1, we get a signal that compensates component (3) up to dynamics and steady-state deviation. A gain signal is generated to synchronize the signals σ k and ω yγ i.e. taking into account the differences from the steady state according to (4) and to achieve the technically necessary invariance.
Прямой канал РСУ: инвертирующий усилитель-формирователь сигнала управления выбора МД введен по аналогии с известными решениями, например, по [7]
Однако такое решение, как было отмечено ранее, имеет ограниченное применение, ибо постоянное задействование МД РСУ недопустимо. Разработанные и введенные дополнительные каналы направлены на гибкое, комфортабельное и строго дозированное применение МД РСУ наряду с АДУ с одновременным удовлетворением противоречивых требований ограниченного включения МД и эффективности РСУ. Действительно, интегральный канал формирует интегральный сигнал наработки двигателей РСУ и передачи интегральной компоненты с РСУ на АДУ, в свою очередь эта передача формируется для двух каналов АДУ: через РН и через элероны. При ограниченных возможностях РН (малый тормозной момент) интегральная компонента РСУ передается только на элероны и по динамике задействования элеронов тем больше, чем меньше возможностей у РН. Контроль М по (2) с учетом знания, что имеет место большее значение первой компоненты (2) по β требует минимизации угла β что особенно важно в трансзвуковой области полета (числа Маха соответствуют М0,9÷1,15), где особо выражены экстремумы и смена полярности (знакопеременных) динамических коэффициентов ЛА что важно и для динамики процессов. Знак и уровень отклонения элеронов выбраны в связи с изложенным с точки зрения минимизации β. Анализ системы уравнений (1) показал с принятой точки зрения зависимость требуемого отклонения элеронов от величины tgθ также нашедшую отражение в сформированном техническом решении.Direct channel of DCS: an inverting amplifier-driver of a control signal of choice MD is introduced by analogy with known solutions, for example, according to [7]
However, such a solution, as noted earlier, has limited application, because the constant involvement of the MD DCS is unacceptable. The developed and introduced additional channels are aimed at a flexible, comfortable and strictly dosed application of MD DCS along with ADUs while satisfying the conflicting requirements of the limited inclusion of MD and the effectiveness of DCS. Indeed, the integrated channel forms the integral signal of the operating time of the DCS engines and the transfer of the integral component from the DCS to the ADU, in turn, this transmission is formed for two ADU channels: via the LV and ailerons. With limited capabilities of the launch vehicle (small braking torque), the integrated component of the DCS is transmitted only to ailerons and the dynamics of the use of ailerons are greater, the less the capabilities of the launch vehicle. Monitoring M according to (2), taking into account the knowledge that there is a greater value of the first component (2) with respect to β, requires minimizing the angle β, which is especially important in the transonic region of the flight (Mach numbers correspond to M 0.9 ÷ 1.15), where extremes and a change in the polarity (alternating) of the dynamic coefficients of the aircraft are particularly pronounced, which is also important for the dynamics of processes. The sign and level of deviation of the ailerons are selected in connection with the above from the point of view of minimizing β. Analysis of the system of equations (1) showed, from the accepted point of view, the dependence of the required deviation of the ailerons on the value of tgθ also found reflection in the generated technical solution.
Действительно, рассмотрим систему (1) для установившегося состояния с точки зрения введенного критерия минимизации β для условий задействования РСУ в канале РН с введением перекрестной интегральной компоненты РСУ в каналы РН и элеронов. Для исследования в этих условиях корректно принять отклонение рулевых органов АДУ равными сигналам, т.е. Indeed, we consider the system (1) for the steady state from the point of view of the introduced minimization criterion β for the conditions for the activation of the DCS in the LV channel with the introduction of the cross integrated component of the DCS in the LV channels and ailerons. For research under these conditions, it is correct to accept the deviation of the steering elements of the ADU equal to the signals, i.e.
δэ=σкр,
δн= σн, а также положив, что σн это непосредственно интегральный сигнал от РСУ, а σкр положим как зависимый от σн, т.е.δ e = σ cr ,
δ n = σ n , and also assuming that σ n is a direct integral signal from the DCS, and σ cr, we set it as dependent on σ n , i.e.
σкр=Кф˙σн, где Кф функциональный коэффициент.σ cr = K f ˙σ n , where K f functional coefficient.
В предполагаемом анализе рассматривается таким образом в качестве возмущения сигнал σн, а доминирующая выходная координата βуст. Таким образом в оценках вынужденного движения система (1) принимает вид
ωy+zβ·β+ cosθ·γ=0
-Мy ωy ˙ωy-My β˙β=My δн ˙δн (6)
-Мx ωy ˙ωy-Mx ωx ˙ωx-Mx β˙β=My δэ˙Кф˙δн,
-tgθ˙ωy+ωx= 0. Так как ωx=tgθ˙ωy и учтя, что 2-е и 3-е уравнения определят ωy и β а 3-е γ рассматриваем 2-е и 3-е уравнения:
-Мy ωy ωy-My β˙β=My δн ˙σн
-(Мх ωх tgθ+Mx ωy )ωy-Mx β˙β= Mx δэ ˙Кф˙σн (7)
Из (7) вспомогательный определитель по β равен: Δβ · σн (8)
Δβ=0 при
-My ωy Mx δэ Kф+My δн Mx ωx tgθ+My δн Mx ωy0.In the proposed analysis, the signal σ n is considered as a perturbation in this way, and the dominant output coordinate β mouth . Thus, in estimates of forced motion, system (1) takes the form
ω y + z β cosθ γ = 0
-M y ω y ˙ω y -M y β ˙β = M y δ n ˙δ n (6)
-M x ω y ˙ω y -M x ω x ˙ω x -M x β ˙β = M y δ e˙K f ˙δ n ,
-tgθ˙ω y + ω x = 0. Since ω x = tgθ˙ω y and taking into account that the 2nd and 3rd equations determine ω y and β and the 3rd γ we consider the 2nd and 3rd equations:
-M y ω y ω y -M y β ˙β = M y δ n ˙σ n
- (M x ω x tgθ + M x ω y) ω y -M x β ˙β = M x δ e ˙K f ˙σ n (7)
From (7), the auxiliary determinant with respect to β is equal to: Δβ Σ n (8)
Δβ = 0 for
-M y ω y M x δ e K f + M y δ n M x ω x tgθ + M y δ n M x ω y0.
(9)
Следовательно Kф tgθ (10) Из (10) следует явная зависимость Кф и signКф от θ. Для анализа и синтеза коэффициента Кф выражение (10) преобразует к виду с разделением характерных членов по эффективности и демпфированию: Kф tgθ + (11)
Благодаря такому разделению видна достаточность в явном виде зависимости Кф от tgθ и можно пояснить достаточность такой реализации с грубостью к скоростному напору и скорости в числах Маха, что важно с точки зрения минимума реализационных средств на борту ЛА. Действительно, в соответствии, например, с [6] и [5] динамические коэффициенты объекта прямо пропорциональны соответствующим производным аэродинамических коэффициентов и обратно пропорциональны скоростному напору, т.е. в доминирующем плане Kф tgθ + (12) где mi j(M) производные i-х аэродинамических моментов по j-м параметрам.(nine)
Therefore, K f tgθ (10) From (10) there follows an explicit dependence of K f and signK f on θ. For analysis and synthesis of the coefficient K f, expression (10) transforms to a form with the separation of characteristic terms by efficiency and damping: K f tgθ + (eleven)
Due to this separation, the sufficiency of the dependence of K f on tgθ is clearly visible and the sufficiency of such an implementation with coarseness to the velocity head and speed in Mach numbers can be explained, which is important from the point of view of the minimum implementation means on board the aircraft. Indeed, in accordance with, for example, [6] and [5], the dynamic coefficients of an object are directly proportional to the corresponding derivatives of the aerodynamic coefficients and inversely proportional to the velocity head, i.e. dominantly K f tgθ + (12) where m i j (M) are derivatives of i-aerodynamic moments with respect to j-th parameters.
При этом исходя из достаточной коррелированности сходственных коэффициентов:
эффективностей my δн и mx δэ
и демпфирования mx ωxmy ωy и mx ωy можно получить достаточно удобные для ограниченных возможностей реализации соотношения, положив:
K1
K2 (13)
K3 тогда Кф= К1(К2tgθ+К3)=К1К2tgθ +К1К3=Аtgθ+B (14) где А=К1К2, В=К1К3.Moreover, based on the sufficient correlation of similar coefficients:
efficiencies m y δ n and m x δ e
and damping m x ω xm y ω y and m x ω y can be obtained quite convenient for the limited possibilities of implementing the relationship by setting:
K 1
K 2 (13)
K 3 then K f = K 1 (K 2 tgθ + K 3 ) = K 1 K 2 tgθ + K 1 K 3 = Аtgθ + B (14) where A = K 1 K 2 , B = K 1 K 3 .
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, соответствуют критерию "существенные отличия". Signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype are not identified in other technical solutions in the study of this and related areas of technology and, therefore, meet the criterion of "significant differences".
Изобретение поясняется фиг. 1-5. The invention is illustrated in FIG. 1-5.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства в составе системы управления боковым движением ЛА, т.е. объектом, исполнительными устройствами и датчиками информации, обведенными пунктиром справа. Устройство имеет следующий состав: элемент вычитания канала крена 1, суммирующий усилитель канала крена 2, элемент вычитания канала боковой перегрузки 3, суммирующий усилитель канала боковой перегрузки 4, блок формирования синусной функции 5, первый усилитель 6, первый умножитель 7, блок формирования косинусной функции 8, делитель 9, второй усилитель 10, блок формирования сигнала тангенсной функции 11, первый корректирующий функциональный преобразователь 12, третий усилитель 13, второй умножитель 14, второй ограничитель 15, выходной сумматор канала крена 16, масштабный усилитель 17, второй корректирующий функциональный преобразователь 18, третий умножитель 19, инвертирующий усилитель 20, формирователь сигнала управления маневренными реактивными двигателями 21, интегратор 22, нелинейный элемент с зоной нечувствительности 23, первый ограничитель 24, суммирующий усилитель канала боковой перегрузки 25. In FIG. 1 is a block diagram of a device as part of an aircraft lateral motion control system, i.e. object, actuators and information sensors circled by a dotted line to the right. The device has the following composition: roll
Состав управляемого объекта следующий: аэродинамический привод элеронов 26, аэродинамический привод РН 27, блок реактивных двигателей 28, собственно объект как динамическое звено 29, датчик угла крена 30, датчик угловой скорости по крену 31, датчик боковой перегрузки 32, датчик угловой скорости рысканья 33, датчик угла тангажа 34, датчик скорости полета 35. На блок-схеме фиг. 1 обозначено: ωx измеренный сигнал угловой скорости по крену, γk сигнал задающего командного воздействия по крену, γ- измеренный сигнал угла крена, σкр o,σкр сигналы управляющего воздействия канала крена, δэ отклонение элеронов, nzк сигнал задающего воздействия по боковой перегрузке, nz- измеренный сигнал боковой перегрузки, ωy- измеренный сигнал угловой скорости в канале рысканья, θ измеренный сигнал угла тангажа, v измеренный сигнал скорости полета, σн o, σн сигналы управляющего воздействия канала боковой перегрузки, σк компенсационная компонента сигнала управляющего воздействия, δн отклонение РН, Δγ рассогласование в канале крена, Δnz рассогласование в канале перегрузки, σн θ промежуточный сигнал по компоненте tgθ;σкр и, σн и интегральные компоненты сигналов в каналах крена и перегрузки, соответственно, Мy момент, создаваемый МД РСУ, U сигнал управления реактивными двигателями, М сигнал скорости полета в числах Маха; ±σ1;±σ2;±ρ1;±U1,±U N сигналы уставок, выставляемых непосредственно на соответствующих звеньях (15; 24; 23; 21); βw возмущение, действующее на ЛА (ветровой порыв); К(М) сигнал, соответствующий передаточному коэффициенту. Блоки 22 и 23 обведены пунктиром как составляющие интегрирующее устройство. На фиг. 2 представлен график зависимости Ny(U) блока 21 в виде многоступенчатой релейной характеристики, отражающей последовательность подключения маневренных реактивных двигателей по мере превышения по уровню сигнала управления соответствующих уставок Ui(N число двигателей с каждой из сторон ЛА, определяющий правый и левый разворот ЛА по рысканью).The composition of the managed object is as follows: aerodynamic drive of
На фиг. 3 представлена блок-схема реализации формирователя сигнала управления двигателями 21 с учетом характеристики по фиг. 2. Здесь обозначено: 36i релейные элементы с зоной нечувствительности Uiсоответственно; 37 сумматор.In FIG. 3 is a block diagram of an implementation of a motor
На фиг. 4 и 5 представлены примеры графиков кусочно-линейных зависимостей, реализуемых преобразователями 12 и 18. In FIG. 4 and 5 are examples of piecewise linear dependency graphs implemented by
Устройство работает следующим образом. Основные компоненты сигналов управления в каналах крена σкр o и перегрузки σн o формируются на основе измеренных сигналов γ, ωx,nz,ωy,θ датчиков 30-34, установленных на объекте 29, и задающих воздействий γк и nzк следующим образом. Элемент вычитания канала крена 1 выделяет рассогласование Δγ=γ-γк. Суммирующий усилитель канала крена 2 формирует сигнал σкр по первому уравнению (4). Передаточные коэффициенты a γ и a ωx выставляются в усилителе 2. Сигнал управления в канале рысканья σн o формируется по второму уравнению (4). Элемент вычитания 3 формирует рассогласование Δnz= nzк-nz, при этом в боковом движении значительного класса ЛА стабилизируются nzк=0, тогда Δnz= nz. Компонента сигнала σк формируется блоками: 5 формирует sinγ- 8 соs θ 9 формирует , где v скорость полета, измеренная датчиком 35, 10 усиление сигнала с множителем g, 6 потребное усиление сигнала sinγ т.е. на его выходе имеем Кк˙sinγ 7 умножение сигналов Kк·sincosθ=σк На выходе усилителя 4 имеем сигнал σн o. Передаточные числа anz и aωyвыставляются в усилителе 4. Сигнал σкр o является основной компонентой сигнала управления аэродинамическим приводом в канале крена элеронами 26. Сигнал σн o является основной компонентой сигнала упpавления аэродинамическим приводом РН 27 и полным сигналом управления МД 28. Сигнал управления двигателями Ny формируется блоками 20 и 21. Инвертирующий усилитель 20определяет согласование по знаку разворотов ЛА от аэродинамического δн и реактивного Мy воздействий, ибо во 2-е уравнение системы (1) в правую часть добавлен член + εy, характеризующий ускорение от РСУ, соответствующее Мy, а член от АДУ (My δн ˙δн) при положительном δн (и соответственно σн ) отрицателен, ибо, как было отмечено ранее, для ЛА My δн <0; сигнал U с выхода блока 20 поступает на блок 21, с выхода которого сигнал Ny, формируемый, например, по зависимости фиг. 2 в реализации блоками 36 и 37 фиг. 3 поступал в виде дискретного уровня, соответствующего выборке+1, +2, +3,+N, -1, -2, -3, -N} непосредственно на включение соответствующих двигателей блока двигателей 28.The device operates as follows. The main components of the control signals in the roll channels σ cr o and overload σ n o are formed on the basis of the measured signals γ, ω x , n z , ω y , θ of the sensors 30-34 installed on the
Одновременно сигнал Ny подается на интегратор 22, с выхода которого интегральный сигнал подается на звено с зоной нечувствительности 23. Интегральный канал корректирует работу канала РСУ, контролируя и оптимизируя ее. В качестве дополнительной ссылки в части намечающейся задачи этой оптимизации можно указать [8] где говорится об оптимальности процесса с точки зрения расхода рабочего тела с указанием допустимости одностороннего колебательного цикла, определяющего компенсацию возмущения fw (в виде момента Mв), т.е. по [8] Mdt Mdt (15)
Однако эффективным задействование двигателей РСУ в комбинации с АДУ целесообразно считать при отработке достаточно больших сигналов, в связи с чем экономия топлива и ресурса по наработке самих двигателей становится дополнительной актуальной задачей.At the same time, the signal N y is fed to the
However, it is advisable to consider engaging DCS engines in combination with ADUs when developing sufficiently large signals, in connection with which saving fuel and a resource for operating the engines themselves becomes an additional urgent task.
Основным решением поставленной в изобретении цели является передача интегральной "переработки" двигателей РСУ на органы АДУ. Это осуществляется интегрирующим устройством интегратором 22 и звеном с зоной нечувствительности 23. При превышении интегрального сигнала ∫Nydt Nydt по уровню зоны ρ1 разностный сигнал σн подается в каналы элеронов и РН АДУ. В канал РН он подается непосредственно с предварительным ограничением на ограничителе 24 с уровнем ограничения ±σ2, соответствующего эффективности одного-двух УД с тем, чтобы не ограничивать задействование РСУ, а компенсировать остаточные колебательные циклы. В суммирующем усилителе канала боковой перегрузки 25 формируется выходной сигнал этого канала
σн=σн o-σн и, (16) где σн и сигнал с выхода ограничителя 24. Знак минус отражает повторное инвертирование сигнала РСУ для согласования с сигналом σн o. Выходной сигнал АДУ РН σн подается на рулевой привод РН 27 и отрабатывается РН отклоняется на угол δн, вследствие чего регулируется процесс бокового движения ЛА 29.The main solution of the goal of the invention is to transfer the integral "processing" of DCS engines to ADU bodies. This is done by the
σ n = σ n o -σ n and , (16) where σ n and the signal from the output of the
Интегральная компонента РСУ σи подается также в канал крена для формирования и в нем компоненты управления σкр и как параллельное воздействие к РН, так и только управление элеронами при полной загрузке РН. Эта компонента формируется, как было отмечено ранее, с точки зрения уменьшения угла скольжения β и боковой перегрузки в особенной зоне полета, где остро меняются динамические характеристики ЛА например, в трансзвуковой (М=0,9-1,15). Эта зона формируется звеньями 17 и 18. С выхода масштабного усилителя 17 снимается сигнал, соответствующий скорости полета в числах Маха М= где v скорость полета, измеряемая датчиком 35, аср средняя величина скорости звука в области полета (варьирование скорости звука невелико, и может быть учтено при формировании характеристики блока 18 некоторым снижением коэффициента этого блока). Сигнал М поступает на преобразователь 18, характеристика которого (фиг. 5) отражает зону передачи σи на элероны: М2-М3 активный участок передачи; М1-М2 и М3-М4 участки сопряжения. С преобразователя 18 сигнал К(М) соответствует передаточному коэффициенту Ко(М) для сигнала σи: на умножителе 19 умножаются сигналы К(М) и σи с блоков 18 и 23, соответственно. Блоки 11, 12 и 13 отвечают решению поставленной задачи с точки зрения формирования компоненты σкр и в функции от tgθ в соответствии с (14): с выхода блока 11 снимается сигнал tgθ на преобразователе 12 формируется кусочно-линейная функция σи θ(tgθ)в соответствии с фиг. 4, при этом А и В параметры, соответствующие (14); усилитель 13 установлен для возможности повышения эффективности элеронов в зоне ослабления РН.Integral component CSF and σ is also fed into the roll to form a channel therein and σ cr control components and as a parallel impact to RN and only aileron control at full load ROP. This component is formed, as noted earlier, from the point of view of decreasing the sliding angle β and lateral overload in a special flight zone, where the dynamic characteristics of an aircraft are sharply changing, for example, in a transonic one (M = 0.9-1.15). This zone is formed by
На умножителе 14 сигналы каналов tgθ и К(М) умножаются. Сигнал с выхода умножителя 14 подается на ограничитель 15, уровень ограничения которого ±σ1, также, как и ±σ2 ограничителя 24, отвечает степени задействования элеронов по эквивалентности одному-двум двигателям РСУ.On the multiplier 14, the signals of the channels tgθ and K (M) are multiplied. The signal from the output of the multiplier 14 is fed to the limiter 15, the level of limitation of which is ± σ 1 , as well as ± σ 2 of the limiter 24, corresponds to the degree of involvement of the ailerons by equivalence to one or two DCS engines.
Сигнал σкр и с выхода ограничителя 15 подается на выходной сумматор канала крена 16, с выхода которого сигнал σкр=σкр o+ σкр иподается на рулевой привод 26, отклоняющий элероны на угол δэ.The signal σ cr and from the output of the limiter 15 is fed to the output adder of the
Предложенное построение устройства существенно расширяет функциональные возможности управления по высотноскоростному диапазону траекторий полета ЛА, решение позволяет осуществить корректное сочетание АДУ и РСУ с экономичным расходом топлива и ресурсом двигателей. В результате реализации предложения повышена статическая и динамическая точность. Достигаемый положительный эффект подтверждается теоретическим анализом, а также результатами моделирования на полной модели объекта, исполнительных устройств и сформированных законов управления. The proposed construction of the device significantly expands the control capabilities over the high-speed range of flight paths of the aircraft, the solution allows the correct combination of ADU and DCS with economical fuel consumption and engine life. As a result of the implementation of the proposal, increased static and dynamic accuracy. The achieved positive effect is confirmed by theoretical analysis, as well as the results of modeling on a full model of an object, actuators and formed control laws.
Составные звенья устройства являются функционально-законченными блоками и могут быть реализованы в спец. вычислителе непосредственно по выполняемым функциям, а в аналоговом исполнении на современных элементах автоматики и вычислительной техники, например, по источникам [9, 10, 11] В частности, реализация умножителей и делителей по [9] блоков формирования сигналов тригонометрических функций по [10] корректирующих функциональных преобразователей по [12] The component parts of the device are functionally complete blocks and can be implemented in special. the calculator directly according to the functions performed, and in the analog version using modern elements of automation and computer technology, for example, according to the sources [9, 10, 11] In particular, the implementation of multipliers and dividers according to [9] of the signal generation blocks of trigonometric functions according to [10] corrective functional converters according to [12]
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4900699 RU2047888C1 (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Device for coordinated regulation of angular lateral movement of flying vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4900699 RU2047888C1 (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Device for coordinated regulation of angular lateral movement of flying vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2047888C1 true RU2047888C1 (en) | 1995-11-10 |
Family
ID=21554556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4900699 RU2047888C1 (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Device for coordinated regulation of angular lateral movement of flying vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2047888C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459744C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating integral signal of drone gliding stabilisation and device to this end |
RU2671063C1 (en) * | 2017-12-08 | 2018-10-29 | Акционерное общество "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" (АО "РСК "МиГ") | Remote control system of aircraft in lateral-directional mode |
-
1990
- 1990-11-29 RU SU4900699 patent/RU2047888C1/en active
Non-Patent Citations (12)
Title |
---|
1. Михалев И.А., Окоемов Б.Н., Чикулаев М.С. Системы автоматического управления самолетом. М.: Машиностроение, 1987, с.93, 174. * |
10. Справочник по нелинейным схемам. Д.Шейнгольд. Проектирование устройств на базе аналоговых функциональных модулей и интегральных схем, М.; Мир, 1977. * |
11.Тетельбаум И.И., Шнейдер И.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. М.: Энергоатомиздат, 1987. * |
12.Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоиздат, 1981. * |
2. Боднер В.А. Теория автоматического управления полетом. М.: Наука, 1964, с.22, 116-121. * |
3. E.Willams, B.Friendland, Modern Control Jheory for Design of autepilots to Bank - to jorn missiles J. of Jaidance. Control and Dynamics, vol.10, no 4 Jule-Aagust 1987, p.p.378-386. (Современная теория управления для разработки автопилотов ракет, выполняющих разворот с креном. Перевод - 650 МОКБ "Марс", инв. N 1387, 1988). * |
4. Бондер В.А. Системы управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1973, с.118-122 (прототип). * |
5. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. * |
6. Гуськов Ю.П., Загайнов Г.И. Управление полетом самолетов. М.: Машиностроение, 1980. * |
7. Программа многоразового воздушно-космического аппарата "Спейс Шаттл", техническая информация, отделение научно-технической информации ЦАГИ, N 17-18, 1976. * |
8. Разыграев А.П. Основы управления полетом космическим аппаратом. М.; Машиностроение, 1990 г. * |
9. Ялышев А.У., Разоренов О.И. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.; Машиностроение, 1984. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459744C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating integral signal of drone gliding stabilisation and device to this end |
RU2671063C1 (en) * | 2017-12-08 | 2018-10-29 | Акционерное общество "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" (АО "РСК "МиГ") | Remote control system of aircraft in lateral-directional mode |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Klyde et al. | Pilot-induced oscillation analysis and prediction with actuator rate limiting | |
GB1561650A (en) | Aircraft control system | |
US4027839A (en) | High angle of attack aircraft control system utilizing a pseudo acceleration signal for control purposes | |
US8620492B2 (en) | Yaw damping system and method for aircraft | |
Lazarus et al. | Multivariable active lifting surface control using strain actuation: analytical and experimental results | |
Li et al. | Angular acceleration estimation-based incremental nonlinear dynamic inversion for robust flight control | |
Stanford | Aeroservoelastic optimization under stochastic gust constraints | |
RU2047888C1 (en) | Device for coordinated regulation of angular lateral movement of flying vehicle | |
Boyali et al. | A tutorial on autonomous vehicle steering controller design, simulation and implementation | |
Mohamed et al. | Reduced order model based flight control system for a flexible aircraft | |
US4266743A (en) | Pitch attitude stabilization system utilizing engine pressure ratio feedback signals | |
Krasnova et al. | Design of invariant control system for longitudinal motion of flight vehicle | |
Zhu et al. | Intelligent power compensation system based on adaptive sliding mode control using soft computing and automation | |
Crespo et al. | Design of a model reference adaptive controller for an unmanned air vehicle | |
JP3028888B2 (en) | Autopilot device | |
US4511972A (en) | Large angle, gravity compensated, bank-to-turn pursuit controller | |
RU2711040C1 (en) | Limiter of maneuverable aircraft limit modes of flight | |
RU2671063C1 (en) | Remote control system of aircraft in lateral-directional mode | |
RU2459744C1 (en) | Method of generating integral signal of drone gliding stabilisation and device to this end | |
Alam et al. | Structural load alleviation using distributed delay shaper: Application to flexible aircraft | |
RU2344460C1 (en) | Method of longitudinal control of airplane | |
RU2262730C1 (en) | Device for controlling side movement of an aircraft | |
RU2736400C1 (en) | Manned aircraft control system with adaptive cross link | |
Rauf et al. | Stability Analysis & Development of a Control Strategy for a Small UAV | |
RU2768310C1 (en) | Course channel aircraft control system |