RU2147375C1

RU2147375C1 - Control system

Info

Publication number: RU2147375C1
Application number: RU99104994A
Authority: RU
Inventors: С.П. Белоконь; А.А. Дудоладов; М.М. Старостин; В.П. Суставов; В.И. Ткаченко; С.В. Шульга
Original assignee: Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-04-10

Abstract

FIELD: military equipment, control systems of mobile objects. SUBSTANCE: proposed control system incorporates drive, sighting unit, coordinator aligned with it, unit generating controlling signals, adder, unit generating command instructions connected in series, communication line, equipment controlling mobile object with marker. System also has key, air flow velocity transducer kinematically coupled to sighting unit, functional unit, scaling unit and inverter connected in series. Output of inverter is linked to second input of adder. EFFECT: increased accuracy of control over mobile objects under effects of considerable disturbance. 1 dwg

Description

Предлагаемая система управления относится к военной технике, а более конкретно - к системам управления подвижных объектов. The proposed control system relates to military equipment, and more specifically to control systems for moving objects.

Такие системы управления позволяют осуществлять дистанционное управление различными объектами, находящимися на суше, воде или в воздухе, одним из основных назначений которых является движение в заданном направлении с высокой точностью. К таким объектам могут относиться безэкипажные танки и специальные бронеобъекты, безэкипажные плавающие машины и торпеды, дистанционно управляемые беспилотные летательные аппараты, управляемые ракеты и другие объекты. Дистанционное управление ими обеспечивает повышение живучести командных пунктов, пунктов управления и безопасности личного состава. Such control systems allow remote control of various objects located on land, water or in the air, one of the main purposes of which is to move in a given direction with high accuracy. Such objects may include crewless tanks and special armored vehicles, crewless floating vehicles and torpedoes, remotely controlled unmanned aerial vehicles, guided missiles and other objects. Remote control of them provides increased survivability of command posts, command posts and personnel safety.

Эффективность систем управления указанными подвижными объектами в существенной степени зависит от действия внешних возмущений, основными из которых являются состояние местности (проходимость, закрытость, неровности и др. ), водной (воздушной) среды (направление и скорость течения (ветра), высота волн, видимость и др.), объекта (исправность, вес, парусность, состояние органов управления и др.). При этом особенно высокие требования по точности управления и его инвариантности к действию внешних возмущений предъявляются к системам управления подвижных объектов, действующих в воздухе, в частности беспилотных летательных аппаратов и управляемых ракет. The effectiveness of control systems for these moving objects substantially depends on the action of external disturbances, the main of which are the state of the terrain (patency, closure, bumps, etc.), water (air) environment (direction and speed of the current (wind), wave height, visibility etc.), an object (serviceability, weight, windage, condition of controls, etc.). Moreover, particularly high demands on the accuracy of control and its invariance to the action of external disturbances are imposed on the control systems of moving objects operating in the air, in particular unmanned aerial vehicles and guided missiles.

Известны ручные системы управления (см., например, Латухин А.Н. Противотанковое вооружение.- M.: Воениздат, МО СССР, 1974, c. 192-218). Они содержат привод, визирное устройство, блоки выработки управляющих сигналов и команд и линию связи, выход которой соединен с аппаратурой управления подвижным объектом. Known manual control systems (see, for example, Latukhin A.N. Antitank weapons.- M .: Military Publishing House, Ministry of Defense of the USSR, 1974, p. 192-218). They contain a drive, a sighting device, blocks generating control signals and commands, and a communication line, the output of which is connected to the control equipment of a moving object.

Такие системы управления имеют следующие недостатки: маршевая скорость управляемого ими объекта не превышает 80-100 м/с, что увеличивает время полета (20-25 с), малая скорострельность, наличие непоражаемой зоны перед огневой позицией глубиной 300-600 м. Кроме того, обучение личного состава правилам стрельбы и практическим навыкам слишком дорого и сложно, так как ручное управление из-за действия внешних возмущений требует строгого отбора и тщательного обучения операторов. Such control systems have the following disadvantages: the marching speed of the object controlled by them does not exceed 80-100 m / s, which increases the flight time (20-25 s), low rate of fire, the presence of an unaffected zone in front of the firing position with a depth of 300-600 m. In addition, training personnel in shooting rules and practical skills is too expensive and difficult, since manual control due to the action of external disturbances requires rigorous selection and careful training of operators.

Известна также система управления (см., например, Латухин A.H. Противотанковое вооружение.- М.: Воениздат, 1974, c. 225), по технической сути и существенным признакам являющаяся наиболее близкой к заявляемой и принимаемая за ее прототип. Одновременно она является базовым объектом предлагаемой системы и содержит последовательно соединенные привод, визирное устройство, съюстированный с ним координатор, блок выработки управляющих сигналов, блок выработки управляющих команд, линию связи, аппаратуру управления подвижным объектом с маркером. A control system is also known (see, for example, Latukhin A.H. Antitank weapons.- M.: Military Publishing House, 1974, p. 225), which, by its technical nature and essential features, is closest to the claimed one and is taken as its prototype. At the same time, it is the basic object of the proposed system and contains a serially connected drive, a sighting device, a coordinator aligned with it, a block for generating control signals, a block for generating control commands, a communication line, control equipment for a moving object with a marker.

Эффективность этой системы управления по сравнению с предыдущей существенно возросла. Уменьшилась непоражаемая зона, увеличилась маршевая скорость ракеты и, что самое главное, за счет ввода в систему управления координатора упростились функции оператора (его функции сводятся лишь к совмещению линии визирования с заданным направлением, а команды управления вырабатываются и передаются на объект автоматически, что повышает точность его движения и сводит к минимуму влияние индивидуальных данных оператора), благодаря чему облегчилась система отбора операторов, упростился процесс и уменьшилась стоимость обучения. The effectiveness of this management system compared to the previous one has increased significantly. The unimpeded zone decreased, the cruising speed of the rocket increased, and, most importantly, the operator’s functions were simplified by entering the coordinator’s control system (its functions are reduced only to combining the line of sight with a given direction, and control commands are generated and transmitted to the object automatically, which increases accuracy its movement and minimizes the influence of individual operator data), which facilitated the selection of operators, simplified the process and reduced the cost of training.

Однако для этой системы также характерны недостатки. Несмотря на ввод координатора и исключение из контура управления объектом человека-оператора, при действии на объект внешних возмущений, например силы поперечного (вертикального и горизонтального) ветра и др., движение происходит с ошибками, что существенно снижает его точность. Компенсация силы поперечного ветра ни в современных, ни в перспективных системах управления не предусмотрена. Вместе с тем известно, что на равнинной и пустынной местности точность управления подобными объектами (в том числе и управляемыми ракетами) может существенно изменяться. Это объясняется тем, что в указанных районах часто возникают мощные воздушные потоки, отклоняющие объект в полете по высоте и направлению от заданного направления. Это отклонение для рассматриваемого класса объектов ( управляемых ракет) может быть определено по выражению (см., например, Неупокоев Ф.К. Стрельба зенитными ракетами.- М.: Воениздат, 1970, c. 200-202)

где a•cosθ - нормальная к траектории составляющая ускорения от действия силы воздушного потока;
K_o - коэффициент усиления разомкнутого контура управления.However, this system also has disadvantages. Despite the input of the coordinator and the exclusion of the human operator from the control loop of the object, when an external disturbance, such as the force of the transverse (vertical and horizontal) wind, etc., acts on the object, the movement occurs with errors, which significantly reduces its accuracy. Cross-wind force compensation is not provided for in either modern or future control systems. At the same time, it is known that on flat and desert terrain the accuracy of control of such objects (including guided missiles) can vary significantly. This is due to the fact that powerful air currents often appear in these areas, deflecting the object in flight in height and direction from a given direction. This deviation for the considered class of objects (guided missiles) can be determined by the expression (see, for example, Neupokoev F.K. Anti-aircraft missile shooting. - M.: Military Publishing House, 1970, p. 200-202)

where a • cosθ is the acceleration component normal to the trajectory due to the action of the air flow force;
K _o - gain open loop control.

В результате действия потоков воздуха отклонение может быть существенным, что в ряде случаев приводит к невыполнению поставленной задачи. As a result of the action of air flows, the deviation can be significant, which in some cases leads to failure to fulfill the task.

Для объектов других классов выражение, определяющее их отклонение от заданного направления, может быть иным. For objects of other classes, the expression defining their deviation from a given direction may be different.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности управления путем повышения точности движения объекта управления (подвижного объекта) относительно заданного направления (линии визирования). The aim of the present invention is to increase control efficiency by increasing the accuracy of the movement of the control object (moving object) relative to a given direction (line of sight).

Указанная цель достигается тем, что в систему управления введены сумматор, включенный между блоком выработки управляющих сигналов и блоком выработки управляющих команд, а также последовательно соединенные ключ, датчик скорости воздушного потока, кинематически связанный с визирным устройством, функциональный блок, масштабирующий блок и инвертор, выход которого соединен со вторым входом сумматора. This goal is achieved by the fact that the adder is included in the control system, which is connected between the control signal generation unit and the control command generation unit, as well as a key, a speed sensor, kinematically connected to the sighting device, a function block, a scaling unit and an inverter connected in series, output which is connected to the second input of the adder.

Введение новых элементов и связей позволяет получить новую информацию об условиях управления (скорость воздушного потока), сформулировать и ввести в систему компенсирующую поправку, что обеспечивает повышение точности движения объекта управления (подвижного объекта) относительно заданного направления (линии визирования). The introduction of new elements and relationships makes it possible to obtain new information about the control conditions (air flow rate), to formulate and introduce a compensating correction into the system, which ensures an increase in the accuracy of movement of the control object (moving object) relative to a given direction (line of sight).

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором показаны взаимное расположение и связи элементов предлагаемой системы управления и приняты следующие обозначения (предлагамые элементы и связи показаны пунктиром, а сплошными линиями изображены элементы и связи прототипа):
1 - привод (ПР),
2 - визирное устройство (ВУ),
3 - маркер (М),
4 - подвижный объект (ПО),
5 - аппаратура управления (АУ),
6 - линия связи (ЛС),
7 - координатор (Ко),
8 - блок выработки управляющих сигналов (БВС),
9 - сумматор (С),
10 - блок выработки управляющих команд (БВК),
11 - ключ (Кл),
12 - датчик скорости воздушного потока (ДВП),
13 - функциональный блок (ФБ),
14 - масштабирующий блок (МБ),
15 - инвертор (Ин).The proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows the relative position and relationship of the elements of the proposed control system and the following notation is made (the proposed elements and connections are shown in dashed lines, and the solid lines show the elements and connections of the prototype):
1 - drive (PR),
2 - sighting device (WU),
3 - marker (M),
4 - moving object (ON),
5 - control equipment (AU),
6 - communication line (LS),
7 - coordinator (Co.),
8 - block generating control signals (BVS),
9 - adder (C),
10 - block development of control teams (BVK),
11 - key (C),
12 - air velocity sensor (DVP),
13 - functional block (FB),
14 - scaling unit (MB),
15 - inverter (In).

Блоки 1-10 являются штатными блоками прототипа и выполняют те же функции. Blocks 1-10 are regular blocks of the prototype and perform the same functions.

Ключ 11 обеспечивает включение датчика скорости воздушного потока 12, который обычно состоит из крыльчатки, частота вращения которой пропорциональна скорости воздушного потока, и преобразователя вращения крыльчатки в электрический сигнал (см., например, Корнеев В.В. и др. Основы автоматики и танковые автоматические системы. - М., ВА БТВ, 1976, c. 159-161). Блок 12 кинематически связан с визирным устройством 2 так, чтобы измерительная ось прибора была перпендикулярна заданному направлению, функциональный блок 13 обеспечивает возведение поданного на него сигнала с блока 12 (т.е. скорости воздушного потока) во вторую степень и его подачу на вход блока 14. Масштабирующий блок 14 обеспечивает получение сигнала, соответствующего аэродинамической силе, действующей на объект управления (подвижный объект) в результате действия воздушного потока. Его значение определяется выражением (см., например, Неупокоев Ф.К. Стрельба зенитными ракетами.- М.: Воениздат, 1970, c. 99-121)

где K - коэффициент пропорциональности, определяющий уровень сигнала на выходе блока 14 от действующей силы;
C_y - коэффициент сопротивления управляемой ракеты воздушному потоку в поперечной плоскости;
ρ - плотность воздуха;
S - характерная площадь управляемой ракеты.The key 11 enables the inclusion of an air speed sensor 12, which usually consists of an impeller, the rotational speed of which is proportional to the speed of the air flow, and a converter for rotating the impeller into an electric signal (see, for example, V. Korneev and others. Automation basics and automatic tank systems. - M., VA BTV, 1976, p. 159-161). Block 12 is kinematically connected with the sighting device 2 so that the measuring axis of the device is perpendicular to a given direction, function block 13 ensures that the signal supplied to it from block 12 (i.e., the air flow velocity) is raised to the second power and fed to the input of block 14 The scaling unit 14 provides a signal corresponding to the aerodynamic force acting on the control object (moving object) as a result of the action of the air flow. Its value is determined by the expression (see, for example, Neupokoev F.K. Anti-aircraft missile shooting.- M.: Military Publishing House, 1970, p. 99-121)

where K is the proportionality coefficient that determines the signal level at the output of block 14 from the effective force;
C _y - drag coefficient of the guided missile to the air flow in the transverse plane;
ρ is the air density;
S is the characteristic area of the guided missile.

Инвертор 15 обеспечивает изменение полярности сигнала с блока 14. The inverter 15 provides a change in the polarity of the signal from block 14.

Работает предлагаемая система управления следующим образом. Совместив с помощью привода 1 линию визирования блока 2 с подвижным объектом 4, оператор производит его запуск и перемещает линию визирования в заданное направление. Оптический сигнал от маркера 3 подвижного объекта 4 попадает в поле зрения визирного устройства 2 и съюстированное с ним поле зрения координатора 7. Координатор обеспечивает выработку сигнала, соответствующего отклонению подвижного объекта 4 от линии визирования, и подает его на вход блока 8 выработки сигнала управления, который производит усиление и корректировку сигнала управления и подает его через сумматор 9 на блок 10 выработки управляющих команд, где преобразуется, шифруется и в виде команды управления через линию связи 6 подается на аппаратуру управления 5 подвижного объекта 4, который под действием полученной команды и своих органов управления перемещается к линии визирования, чем и устраняется рассогласование между ним и линией визирования. The proposed control system works as follows. By combining using the drive 1 the line of sight of the unit 2 with the movable object 4, the operator starts it and moves the line of sight in a given direction. The optical signal from the marker 3 of the moving object 4 falls into the field of view of the sighting device 2 and the coordinator 7 field of view adjusted with it. The coordinator provides a signal corresponding to the deviation of the moving object 4 from the line of sight and feeds it to the input of the control signal generating unit 8, which amplifies and corrects the control signal and feeds it through the adder 9 to the block 10 generating control commands, where it is converted, encrypted, and in the form of a control command through the communication line 6 is fed to a control equipment 5 of the movable object 4, which, under the action of the received command and its control elements, moves to the line of sight, which eliminates the mismatch between it and the line of sight.

При управлении в условиях равнин, степей, пустынь (то есть в условиях интенсивных перемещений воздушных масс) включается блок 11 (ключ) и начинает работать блок 12 (датчик скорости воздушного потока), который вырабатывает сигнал, пропорциональный скорости воздушного потока V_в. В блоке 13 этот сигнал возводится во вторую степень V_в ², а в блоке 14 преобразуется в соответствии с выражением (1) и, инвертируясь в блоке 15, подается на второй вход сумматора 9 в качестве сигнала компенсации силы воздушного потока. В сумматоре 9 сигнал компенсации корректирует сигнал управления в соответствии с действующими на подвижный объект внешними возмущениями: силами, вызванными воздушными потоками.When controlling in the conditions of plains, steppes, deserts (that is, in conditions of intensive movement of air masses), block 11 (key) is turned on and block 12 (air flow velocity sensor) starts to work, which generates a signal proportional to the air flow velocity V _c . In block 13, this signal is raised to the second power V _in ² , and in block 14 it is converted in accordance with expression (1) and, inverting in block 15, is fed to the second input of adder 9 as a signal for compensating the air flow force. In adder 9, the compensation signal corrects the control signal in accordance with external disturbances acting on the moving object: forces caused by air currents.

Введенная совокупность признаков обеспечивает измерение внешнего возмущения - скорости воздушного потока, определение и формирование необходимой компенсирующей поправки, которая уменьшает (вплоть до устранения) отклонение подвижного объекта от линии визирования, что повышает точность его движения. The introduced set of features provides the measurement of external disturbance - air flow velocity, determination and formation of the necessary compensating correction, which reduces (up to elimination) the deviation of the moving object from the line of sight, which increases the accuracy of its movement.

Предварительные расчеты показывают, что среднеквадратическое отклонение подвижного объекта от заданного направления при его движении в рассмотренных условиях с использованием предлагаемой системы управления может быть снижено на 40-100%. Preliminary calculations show that the standard deviation of a moving object from a given direction when it moves in the considered conditions using the proposed control system can be reduced by 40-100%.

Возможность изготовления предложенной системы не вызывает сомнений, так как введенные элементы изготавливаются серийно и находят широкое применение как в хозяйстве, так и на объектах военной техники. The possibility of manufacturing the proposed system is not in doubt, since the introduced elements are manufactured in series and are widely used both in the economy and in military equipment.

Claims

A control system comprising a drive connected in series, a sighting device, a coordinator aligned with it, a control signal generating unit, a control command generating unit, a communication line, a moving object control equipment with a marker, characterized in that an adder is inserted therein included between the control generating unit signals and a control command generation unit, as well as a series-connected key, an air flow velocity sensor kinematically connected to the sighting device, functionally the second block, a scaling block and an inverter, the output of which is connected to the second input of the adder.