RU86326U1 - ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM - Google Patents

ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU86326U1
RU86326U1 RU2009113860/22U RU2009113860U RU86326U1 RU 86326 U1 RU86326 U1 RU 86326U1 RU 2009113860/22 U RU2009113860/22 U RU 2009113860/22U RU 2009113860 U RU2009113860 U RU 2009113860U RU 86326 U1 RU86326 U1 RU 86326U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
outputs
input
inputs
comparison
Prior art date
Application number
RU2009113860/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Матвеевич Абадеев
Сергей Валентинович Кравчук
Владимир Викторович Ляпунов
Александр Михайлович Пучков
Анатолий Сергеевич Сыров
Владимир Николаевич Трусов
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка"
Priority to RU2009113860/22U priority Critical patent/RU86326U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU86326U1 publication Critical patent/RU86326U1/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

Бортовая цифроаналоговая адаптивная система управления летательным аппаратом, содержащая последовательно соединенные задатчик угла тангажа и первый блок сравнения, второй блок сравнения, последовательно соединенные задатчик угла крена и третий блок сравнения, а также блок свободных гироскопов, блок демпфирующих гироскопов, исполнительное устройство и первый, второй и третий суммирующие усилители, выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами исполнительного устройства соответственно, причем вторые входы первого, второго и третьего блоков сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока свободных гироскопов, отличающаяся тем, что она содержит последовательно соединенные датчик скорости полета, первый блок умножения, второй вход которого также соединен с выходом датчика скорости полета, второй блок умножения, сумматор, блок формирования обратной величины сигнала и блок масштабирования, последовательно соединенные датчик высоты полета и первый блок деления, выход которого подключен ко второму входу сумматора, последовательно соединенные датчик текущего значения массы и второй блок деления, выход которого подключен к третьему входу сумматора, задатчик опорных сигналов, первый, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно ко второму входу второго блока умножения, второму входу первого блока деления и второму входу второго блока деления, задатчик угла курса, подключенный выходом к первому входу второго блока сравнения, цифровой блок умножения, первый, второй и третий входы которого подсоединены соответственно к выходам первого, второго и трAn on-board digital-to-analog adaptive control system for the aircraft, comprising a pitch angle adjuster and a first comparison unit, a second comparison unit, a roll angle adjuster and a third comparison unit in series, as well as a free gyroscope unit, a damping gyroscope unit, an actuator and a first, second and the third summing amplifiers, the outputs of which are connected to the first, second and third inputs of the actuator, respectively, and the second inputs of the first, second of the first and third comparison units are connected respectively to the first, second and third outputs of the free gyroscope unit, characterized in that it comprises series-connected flight speed sensors, a first multiplication unit, the second input of which is also connected to the output of the flight speed sensor, second multiplication unit, adder , a unit for generating the reciprocal of the signal and a scaling unit, connected in series with the flight altitude sensor and the first division unit, the output of which is connected to the second input of the adder, followed by the newly connected sensor of the current mass value and the second division unit, the output of which is connected to the third input of the adder, a reference signal adjuster, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the second input of the second multiplication unit, the second input of the first division unit and the second input of the second division unit , heading angle adjuster, connected by the output to the first input of the second comparison unit, a digital multiplication unit, the first, second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the first, second and

Description

Полезная модель относится к бортовым системам автоматического управления летательными аппаратами (регулирования угловых параметров и скоростей), для которых характерны существенно нестационарные условия полета.The utility model relates to airborne systems for automatic control of aircraft (control of angular parameters and speeds), which are characterized by substantially unsteady flight conditions.

Наиболее близким к предлагаемому решению является «Система управления угловым движением беспилотного летательного аппарата» [1]. Она содержит последовательно соединенные задатчик угла тангажа и первый блок сравнения; второй блок сравнения; последовательно соединенные задатчик угла крена и третий блок сравнения, а также блок свободных гироскопов, первый, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, с вторыми входами первого, второго и третьего блоков сравнения. В состав «Системы» входят также блок демпфирующих гироскопов, первый, второй и третий суммирующие усилители и исполнительное устройство. При этом первый, второй и третий выходы блока демпфирующих гироскопов соединены с входами первого, второго и третьего суммирующих усилителей соответственно, а выходы этих суммирующих усилителей соединены с первым, вторым и третьим входами исполнительного устройства соответственно.Closest to the proposed solution is the "Angular motion control system of an unmanned aerial vehicle" [1]. It contains a series-connected pitch angle adjuster and a first comparison unit; second comparison unit; serially connected roll angle adjuster and a third comparison unit, as well as a unit of free gyroscopes, the first, second and third outputs of which are connected, respectively, with the second inputs of the first, second and third comparison units. The “System” also includes a block of damping gyroscopes, the first, second and third summing amplifiers and an actuator. In this case, the first, second and third outputs of the block of damping gyroscopes are connected to the inputs of the first, second and third summing amplifiers, respectively, and the outputs of these summing amplifiers are connected to the first, second and third inputs of the actuator, respectively.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения является то, что бортовая цифро-аналоговая адаптивная система управления летательным аппаратом содержит последовательно соединенные задатчик угла тангажа и первый блок сравнения, второй блок сравнения, последовательно соединенные задатчик угла крена и третий блок сравнения, а также блок свободных гироскопов, блок демпфирующих гироскопов, исполнительное устройство и первый, второй и третий суммирующие усилители, выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами исполнительного устройства соответственно, причем вторые входы первого, второго и третьего блоков сравнения соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим выходами блока свободных гироскопов.The essential features of the prototype, which coincides with the essential features of the proposed technical solution, is that the on-board digital-to-analog adaptive control system for the aircraft contains a series-connected pitch angle adjuster and a first comparison unit, a second comparison unit, a series-connected roll angle adjuster and a third comparison unit, and also a block of free gyroscopes, a block of damping gyroscopes, an actuator and the first, second and third summing amplifiers, outputs the second are connected to the first, second and third inputs of the actuator, respectively, and the second inputs of the first, second and third blocks of comparison are connected, respectively, with the first, second and third outputs of the block of free gyroscopes.

Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности в условиях нестационарности параметров движения летательного аппарата, прежде всего - скорости и высоты полета и инерционно-массовых характеристик летательного аппарата. Этот недостаток объясняется невозможностью оптимального выбора постоянных значений передаточных чисел системы управления при достаточно глубоком изменении характеристик объекта управления. Постоянство передаточных чисел не только ухудшает качество переходных процессов в каналах стабилизации и управления, но в предельных случаях (очень глубоком изменении характеристик) может привести к потере устойчивости летательного аппарата.The disadvantages of the known system are limited functionality in the conditions of non-stationary parameters of the aircraft’s motion, primarily the speed and altitude and inertial mass characteristics of the aircraft. This disadvantage is explained by the impossibility of the optimal choice of constant values of gear ratios of the control system with a sufficiently deep change in the characteristics of the control object. The constancy of gear ratios not only worsens the quality of transients in the channels of stabilization and control, but in extreme cases (a very deep change in characteristics) can lead to loss of stability of the aircraft.

Решаемой в предложенной системе управления технической задачей является расширение функциональных возможностей системы с обеспечением приемлемого качества управления в существенно нестационарных условиях полета.The technical problem solved in the proposed control system is the expansion of the system’s functionality with the provision of an acceptable control quality in essentially unsteady flight conditions.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную систему управления угловым движением беспилотного летательного аппарата, содержащую последовательно соединенные задатчик угла тангажа и первый блок сравнения; второй блок сравнения; последовательно соединенные задатчик угла крена и третий блок сравнения, а также блок свободных гироскопов, блок демпфирующих гироскопов, исполнительное устройство и первый, второй и третий суммирующие усилители, выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами исполнительного устройства соответственно, причем вторые входы первого, второго и третьего блоков сравнения соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим выходами блока свободных гироскопов, дополнительно введены последовательно соединенные датчик скорости полета, первый блок умножения, второй вход которого также соединен с выходом датчика скорости полета, второй блок умножения, сумматор, блок формирования обратной величины сигнала и блок масштабирования, последовательно соединенные датчик высоты полета и первый блок деления, выход которого подключен ко второму входу сумматора, последовательно соединенные датчик текущего значения массы и второй блок деления, выход которого подключен к третьему входу сумматора, задатчик опорных сигналов, первый, второй и третий выходы которого подсоединены, соответственно, ко второму входу второго блока умножения, второму входу первого блока деления и второму входу второго блока деления, задатчик угла курса, подключенный выходом к первому входу второго блока сравнения, цифровой блок умножения, первый, второй и третий входы которого подсоединены, соответственно, к выходам первого, второго и третьего блоков сравнения, четвертый, пятый и шестой входы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока масштабирования, а первый, второй и третий выходы соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами цифро-аналогового преобразователя, первый, второй и третий выходы которого подсоединены к первым входам, соответственно, первого, второго и третьего суммирующих усилителей, и цифро-аналоговый блок умножения, первый, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока демпфирующих гироскопов, четвертый, пятый и шестой входы соединены, соответственно, с четвертым, пятым и шестым выходами блока масштабирования, а первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами, соответственно, первого, второго и третьего суммирующих усилителей.The specified technical result is achieved by the fact that in the known system for controlling the angular movement of an unmanned aerial vehicle, comprising serially connected pitch angle adjuster and a first comparison unit; second comparison unit; serially connected roll angle adjuster and a third comparison unit, as well as a block of free gyroscopes, a block of damping gyroscopes, an actuator and first, second and third summing amplifiers, the outputs of which are connected to the first, second and third inputs of the actuator, respectively, and the second inputs of the first, the second and third comparison blocks are connected, respectively, with the first, second and third outputs of the block of free gyroscopes; in addition, a speed sensor connected in series a flight, a first multiplication unit, the second input of which is also connected to the output of the flight speed sensor, a second multiplication unit, an adder, an inverse signal generating unit and a scaling unit, a flight altitude sensor and a first division unit, the output of which is connected to the second input of the adder, a mass current sensor and a second division unit, the output of which is connected to the third input of the adder, a reference signal setter, the first, second and third outputs of which are connected in series respectively, to the second input of the second block of multiplication, the second input of the first block of division and the second input of the second block of division, the angle gauge connected to the output of the first input of the second block of comparison, the digital block of multiplication, the first, second and third inputs of which are connected, respectively , to the outputs of the first, second and third comparison units, the fourth, fifth and sixth inputs are connected, respectively, to the first, second and third outputs of the scaling unit, and the first, second and third outputs are connected, respectively With the first, second, and third inputs of the digital-to-analog converter, the first, second, and third outputs of which are connected to the first inputs of the first, second, and third summing amplifiers, and the digital-to-analog multiplication unit, whose first, second, and third inputs connected, respectively, to the first, second and third outputs of the block of damping gyroscopes, the fourth, fifth and sixth inputs are connected, respectively, to the fourth, fifth and sixth outputs of the scaling unit, and the first, second and third outputs are connected s with the second inputs, respectively, of the first, second and third summing amplifiers.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются следующие: последовательно соединенные датчик скорости полета, первый блок умножения, второй вход которого также соединен с выходом датчика скорости полета, второй блок умножения, сумматор, блок формирования обратной величины сигнала и блок масштабирования, последовательно соединенные датчик высоты полета и первый блок деления, выход которого подключен ко второму входу сумматора, последовательно соединенные датчик текущего значения массы и второй блок деления, выход которого подключен к третьему входу сумматора, задатчик опорных сигналов, первый, второй и третий выходы которого подсоединены, соответственно, ко второму входу второго блока умножения, второму входу первого блока деления и второму входу второго блока деления, задатчик угла курса, подключенный выходом к первому входу второго блока сравнения, цифровой блок умножения, первый, второй и третий входы которого подсоединены, соответственно, к выходам первого, второго и третьего блоков сравнения, четвертый, пятый и шестой входы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока масштабирования, а первый, второй и третий выходы соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами цифро-аналогового преобразователя, первый, второй и третий выходы которого подсоединены к первым входам, соответственно, первого, второго и третьего суммирующих усилителей, и цифро-аналоговый блок умножения, первый, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока демпфирующих гироскопов, четвертый, пятый и шестой входы соединены, соответственно, с четвертым, пятым и шестым выходами блока масштабирования, а первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами, соответственно, первого, второго и третьего суммирующих усилителей.The distinguishing features of the proposed technical solution are the following: a series-connected flight speed sensor, a first multiplication unit, the second input of which is also connected to the output of the flight speed sensor, a second multiplication unit, an adder, a signal return value generating unit and a scaling unit, a flight altitude sensor and the first division unit, the output of which is connected to the second input of the adder, connected in series to the sensor of the current mass value and the second division unit, the course of which is connected to the third input of the adder, a reference signal adjuster, the first, second and third outputs of which are connected, respectively, to the second input of the second multiplication unit, the second input of the first division unit and the second input of the second division unit, the heading angle adjuster connected to the first the input of the second comparison unit, a digital multiplication unit, the first, second and third inputs of which are connected, respectively, to the outputs of the first, second and third comparison units, the fourth, fifth and sixth inputs are connected, with Responsibly, to the first, second and third outputs of the scaling unit, and the first, second and third outputs are connected, respectively, to the first, second and third inputs of the digital-analog converter, the first, second and third outputs of which are connected to the first inputs, respectively, of the first , second and third summing amplifiers, and a digital-to-analog multiplication unit, the first, second and third inputs of which are connected, respectively, to the first, second and third outputs of the block of damping gyroscopes, the fourth, fifth and sixth input s are connected, respectively, with the fourth, fifth and sixth outputs of the scaling unit, and the first, second and third outputs are connected with the second inputs, respectively, of the first, second and third summing amplifiers.

Предлагаемое построение бортовой цифро-аналоговой адаптивной системы управления летательным аппаратом позволяет в достаточно широком диапазоне изменения параметров, обусловливающих его динамические свойства (скорость и высота полета, массо-инерционные характеристики) обеспечивать требуемое качество процессов управления. В конечном счете, это дает возможность осуществлять устойчивый полет летательного аппарата и требуемую точность выполнения заданной траектории его движения.The proposed construction of an on-board digital-to-analog adaptive control system for an aircraft allows a wide enough range of parameter changes that determine its dynamic properties (flight speed and altitude, mass-inertial characteristics) to provide the required quality of control processes. Ultimately, this makes it possible to carry out a stable flight of the aircraft and the required accuracy of a given trajectory of its movement.

Применение предлагаемой бортовой цифро-аналоговой адаптивной системы управления особенно эффективно на высотных летательных аппаратах с большими скоростями полета и большими значениями расходуемой массы топлива.The use of the proposed on-board digital-to-analog adaptive control system is especially effective on high-altitude aircraft with high flight speeds and high fuel mass consumption.

Предлагаемое техническое решение поясняется схемами фиг.1, 2.The proposed technical solution is illustrated by the diagrams of figures 1, 2.

На фиг.1 представлена структурная схема системы.Figure 1 presents the structural diagram of the system.

На фиг.2 представлена структурная схема исполнительного устройства.Figure 2 presents the structural diagram of the actuator.

Бортовая цифро-аналоговая адаптивная система управления (фиг.1) содержит последовательно соединенные датчик скорости полета 1 (ДСП), первый блок умножения 11 (1й БУ), второй вход которого также соединен с выходом датчика скорости полета 1, второй блок умножения 14 (2й БУ), сумматор 15 (С), блок формирования обратной величины сигнала 16 (БФОВС) и блок масштабирования 17 (БМ), последовательно соединенные датчик высоты полета 2 (ДВП) и первый блок деления 12 (1й БД), выход которого подключен ко второму входу сумматора 15, последовательно соединенные датчик текущего значения массы 3 (ДТМ) и второй блок деления 13 (2й БД), выход которого подключен к третьему входу сумматора 15, задатчик опорных сигналов 10 (ЗОС), первый, второй и третий выходы которого подсоединены, соответственно, ко второму входу второго блока умножения 14, второму входу первого блока деления 12 и второму входу второго блока деления 13, последовательно соединенные задатчик угла тангажа 19 (ЗУТ) и первый блок сравнения 22 (1й БС), последовательно соединенные задатчик угла курса 20 (ЗУК) и второй блок сравнения 23 (2й БС), последовательно соединенные задатчик угла крена 21 (ЗУКр) и третий блок сравнения 24 (3й БС), цифровой блок умножения 25 (ЦБУ), первый, второй и третий входы которого подсоединены, соответственно, к выходам первого 22, второго 23 и третьего 24 блоков сравнения, четвертый, пятый и шестой входы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока масштабирования 17, а первый, второй и третий выходы соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами цифро-аналогового преобразователя 26 (ЦАП), первый, второй и третий выходы которого подсоединены к первым входам, соответственно, первого 7 (1й СУ), второго 8 (2й СУ) и третьего 9 (3й СУ) суммирующих усилителей, и цифро-аналоговый блок умножения 18 (ЦАБУ), первый, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока демпфирующих гироскопов 4 (БДГ), четвертый, пятый и шестой входы соединены, соответственно, с четвертым, пятым и шестым выходами блока масштабирования 17, а первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами, соответственно, первого 7, второго 8 и третьего 9 суммирующих усилителей, выходы которых подключены к первому, второму и третьему входам исполнительного устройства 5 (ИУ), причем вторые входы первого 22, второго 23 и третьего 24 блоков сравнения соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим выходами блока свободных гироскопов 6 (БСГ). Летательный аппарат (ЛА) на фиг.1, а также на фиг.2 показан условно.The on-board digital-to-analog adaptive control system (Fig. 1) contains series-connected flight speed sensor 1 (DSP), the first multiplication unit 11 (1st control unit), the second input of which is also connected to the output of the flight speed sensor 1, the second multiplication unit 14 (2nd Control unit), adder 15 (C), the unit for generating the reciprocal of the signal 16 (BFOVS) and the scaling unit 17 (BM), the flight altitude sensor 2 (DVP) and the first division unit 12 (1st DB), the output of which is connected to the second the input of the adder 15, series-connected sensor tech a higher mass value 3 (DTM) and a second division unit 13 (2nd DB), the output of which is connected to the third input of the adder 15, the reference signal generator 10 (AIA), the first, second and third outputs of which are connected, respectively, to the second input of the second block multiplication 14, the second input of the first division unit 12 and the second input of the second division unit 13, serially connected pitch angle adjuster 19 (ZUT) and the first comparison unit 22 (1st BS), serially connected course angle adjuster 20 (ZUK) and the second comparison block 23 (2nd BS), connected in series e roll angle adjuster 21 (ZUKr) and a third comparison unit 24 (3rd BS), a digital multiplication unit 25 (CBU), the first, second and third inputs of which are connected, respectively, to the outputs of the first 22, second 23 and third 24 comparison units, the fourth, fifth and sixth inputs are connected, respectively, to the first, second and third outputs of the scaling unit 17, and the first, second and third outputs are connected, respectively, to the first, second and third inputs of the digital-to-analog converter 26 (DAC), the first, the second and third outputs of which are connected to the first the moves, respectively, of the first 7 (1st control system), second 8 (2nd control system) and the third 9 (3rd control system) of the summing amplifiers, and the digital-to-analog multiplication unit 18 (TsABU), the first, second and third inputs of which are connected, respectively, to the first, second and third outputs of the block of damping gyroscopes 4 (BDG), the fourth, fifth and sixth inputs are connected, respectively, to the fourth, fifth and sixth outputs of the scaling unit 17, and the first, second and third outputs are connected to the second inputs, respectively, of the first 7, second 8 and third 9 summing amplifiers, outputs to of which are connected to the first, second and third inputs of the actuator 5 (DUT), and the second inputs of the first 22, second 23 and third 24 comparison units are connected, respectively, with the first, second and third outputs of the free gyroscopes unit 6 (BSG). The aircraft (LA) in figure 1, and also in figure 2 is shown conditionally.

В соответствии со схемой - фиг.2, исполнительное устройство 5 бортовой цифро-аналоговой адаптивной системы управления содержит последовательно соединенные первый сумматор 27 и первый рулевой привод 28, последовательно соединенные первый инвертор 29, второй сумматор 30 и второй рулевой привод 31 и последовательно соединенные второй инвертор 32, третий сумматор 33 и третий рулевой привод 34, причем первый вход исполнительного устройства подключен ко вторым входам второго 30 и третьего 33 сумматоров, второй вход исполнительного устройства соединен с первым входом первого сумматора 27, входом первого инвертора 29 и третьим входом третьего сумматора 33, а третий вход исполнительного устройства подсоединен ко второму входу первого 27 и третьему входу второго 30 сумматоров и входу второго инвертора 32. Блоки 27, 29, 30, 32 и 33 условно объединены в блок 35 - блок кинематической разводки (БКР).In accordance with the diagram - figure 2, the actuator 5 of the on-board digital-to-analog adaptive control system comprises serially connected the first adder 27 and the first steering gear 28, serially connected the first inverter 29, the second adder 30 and the second steering gear 31 and the second inverter connected in series 32, the third adder 33 and the third steering gear 34, wherein the first input of the actuator is connected to the second inputs of the second 30 and third 33 adders, the second input of the actuator is connected the first input of the first adder 27, the input of the first inverter 29 and the third input of the third adder 33, and the third input of the actuator is connected to the second input of the first 27 and third input of the second 30 adders and the input of the second inverter 32. Blocks 27, 29, 30, 32 and 33 conditionally combined in block 35 - block kinematic wiring (BKR).

Таким образом, бортовая цифро-аналоговая адаптивная система управления летательным аппаратом содержит два контура:Thus, the on-board digital-to-analog adaptive control system of the aircraft contains two circuits:

1 - контур управления и стабилизации летательного аппарата, в состав которого входят звенья 4…9, 19…24;1 - control loop and stabilization of the aircraft, which includes links 4 ... 9, 19 ... 24;

2 - контур адаптации, в который входят звенья 1…3, 10…18 и 25, 26.2 - adaptation circuit, which includes links 1 ... 3, 10 ... 18 and 25, 26.

Контур управления и стабилизации работает следующим образом.The control and stabilization circuit operates as follows.

Входные сигналы исполнительного устройства 5 σϑ, σψ, σγ, формируются в суммирующих усилителях 7, 8, 9 по законам:The input signals of the actuator 5 σ ϑ , σ ψ , σ γ , are formed in the summing amplifiers 7, 8, 9 according to the laws:

где iв, iн, iэ, ρв, ρн, ρэ - передаточные числа контура управления и стабилизации по позиционным и демпфирующим сигналам, определяемые контуром адаптации системы; ωx, ωy, ωz, - угловые скорости вращения ЛА, являющиеся выходными сигналами блока демпфирующих гироскопов 4.where i a, i n, i e, ρ a, ρ n, ρ e - gear ratio control and stabilization of the positional signals and the damping circuit defined system adaptation circuit; ω x , ω y , ω z , are the angular speeds of rotation of the aircraft, which are the output signals of the block of damping gyroscopes 4.

Позиционные сигналы (ϑ-ϑу), (ψ-ψу), (γ-γу) формируются в блоках сравнения 22, 23, 24 по сигналам задатчиков углов тангажа, курса и крена 19, 20, 21 и сигналам, пропорциональным углам ориентации летательного аппарата - выходным сигналам блока свободных гироскопов 6.Positional signals (ϑ-ϑ у ), (ψ-ψ у ), (γ-γ у ) are generated in comparison blocks 22, 23, 24 by the signals of pitch angle, heading and roll indicators 19, 20, 21 and signals proportional to the angles orientation of the aircraft - to the output signals of the block of free gyroscopes 6.

Поканальные управляющие сигналы σϑ, σψ, σγ в блоке кинематической разводки исполнительного устройства 5 распределяются по рулевым приводам летательного аппарата по соответствующим законам; например, для летательного аппарата с тремя рулевыми поверхностями, расположенными по схеме, приведенной на фиг.1, 2 в блоке ЛА, эти законы имеют вид [2, стр.7]:Channel-by-channel control signals σ ϑ , σ ψ , σ γ in the kinematic wiring block of the actuator 5 are distributed among the steering gears of the aircraft according to the relevant laws; for example, for an aircraft with three steering surfaces, located according to the scheme shown in figure 1, 2 in the aircraft block, these laws have the form [2, p. 7]:

где σ1, σ2, σ3, - входные сигналы рулевых приводов 28, 31, 34, входящих в состав исполнительного устройства 5; kψ, kγ - коэффициенты кинематической разводки, реализуемые в сумматорах 27, 30, 33 блока кинематической разводки (фиг.2). Определение величин коэффициентов кинематической разводки может быть выполнено, например, в соответствии с формулами:where σ 1 , σ 2 , σ 3 , are the input signals of the steering drives 28, 31, 34, which are part of the actuator 5; k ψ , k γ are the kinematic wiring coefficients implemented in the adders 27, 30, 33 of the kinematic wiring block (figure 2). The determination of the kinematic wiring coefficients can be performed, for example, in accordance with the formulas:

где , - аэродинамические коэффициенты эффективности первого и второго рулей (при схеме расположения рулей по фиг.1, 2) относительно осей крена и курса летательного аппарата. Формулы (3) получены в предположении равенства коэффициентов эффективности для второго и третьего рулей.Where , - aerodynamic efficiency coefficients of the first and second rudders (with the rudder arrangement in FIGS. 1, 2) relative to the roll axes and the course of the aircraft. Formulas (3) are obtained under the assumption that the efficiency coefficients for the second and third rudders are equal.

Контур адаптации работает следующим образом.The adaptation circuit works as follows.

В первом приближении уравнения углового движения летательного аппарата в канале тангажа, например, по [3, стр.616] описываются в виде:In a first approximation, the equations of angular motion of the aircraft in the pitch channel, for example, according to [3, p.616] are described as:

где a, b - динамические коэффициенты летательного аппарата по демпфированию и эффективности рулей соответственно,where a, b are the dynamic coefficients of the aircraft for damping and rudder efficiency, respectively,

δв - угол отклонения рулей высоты исполнительным устройством (рулевым приводом) летательного аппарата.δ in - the angle of deviation of the elevators by the actuator (steering gear) of the aircraft.

Полагая для простоты изложения дальнейших рассуждений исполнительное устройство идеальным, т.е. положив δвϑ, из уравнений (1), (4) можно получить описание процессов регулирования в замкнутом контуре «система управления - летательный аппарата» в виде:Assuming for simplicity of exposition of further reasoning, the actuator is ideal, i.e. putting δ in = σ ϑ , from equations (1), (4) you can get a description of the regulation processes in a closed loop "control system - aircraft" in the form:

илиor

Характеристическое уравнение замкнутой системы управления в соответствии с (6) имеет вид:The characteristic equation of a closed-loop control system in accordance with (6) has the form:

Уравнение (7) позволяет сопоставить параметры закона управления (1) iв и ρв с динамическими коэффициентами летательного аппарата a и b. Для обеспечения постоянства характеристик устойчивости и качества переходных процессов необходимо обеспечить в процессе полета выполнение условий стабильности (инвариантности) коэффициентов характеристического уравнения, т.е.Equation (7) allows you to compare the parameters of the control law (1) i in and ρ in with the dynamic coefficients of the aircraft a and b. To ensure the constancy of the stability characteristics and the quality of transient processes, it is necessary to ensure that the stability conditions (invariance) of the coefficients of the characteristic equation are satisfied during the flight, i.e.

В уравнениях (5) и, соответственно, (8) коэффициент a, характеризующий собственное демпфирование летательного аппарата, достаточно мал, слабо изменяется и не является характерным, доминирующим в сравнении с параметром bρв, определяющим демпфирование замкнутой системы в целом. Поэтому условия сохранения требуемых показателей устойчивости и качества переходных процессов, исходя из (8), могут быть определены какIn equations (5) and, accordingly, (8), the coefficient a characterizing the inherent damping of the aircraft is small enough, varies slightly, and is not characteristic, dominant in comparison with the parameter bρ в , which determines the damping of the closed system as a whole. Therefore, the conditions for maintaining the required indicators of stability and quality of transients, based on (8), can be defined as

где b - коэффициент эффективности органов управления (рулевых поверхностей) летательного аппарата, определяемый в соответствии с [3, стр.618] формулойwhere b is the coefficient of efficiency of the controls (steering surfaces) of the aircraft, determined in accordance with [3, p. 618] the formula

- производная аэродинамического коэффициента эффективности по отклонению рулей, - the derivative of the aerodynamic efficiency coefficient for the deviation of the rudders,

S, ba - характерные геометрические размеры (площадь и средняя аэродинамическая хорда) летательного аппарата,S, b a - characteristic geometric dimensions (area and average aerodynamic chord) of the aircraft,

Iz - момент инерции летательного аппарата относительно поперечной оси,I z - moment of inertia of the aircraft relative to the transverse axis,

q - скоростной напор:q - velocity head:

ρ - плотность воздуха на текущей высоте полета, ρ=ρ(H),ρ is the air density at the current flight altitude, ρ = ρ (H),

ν - скорость полета.ν is the flight speed.

Если считать, что аэродинамический коэффициент является, в основном, функцией числа М (отношения скорости полета к скорости звука) и может быть принят постоянным для достаточно широкой области высот и скоростей полета, то его можно считать стабильным в окрестности балансировочных значений текущих углов ориентации летательного аппарата.If we assume that the aerodynamic coefficient is mainly a function of the number M (the ratio of flight speed to sound speed) and can be assumed constant for a sufficiently wide range of altitudes and flight speeds, it can be considered stable in the vicinity of the balancing values of the current orientation angles of the aircraft.

Момент инерции Iz для беспилотных летательных аппаратов также меняется незначительно. Таким образом, основной причиной нестационарности динамического коэффициента b (10) является скоростной напор q. Исходя из уравнений (9) и на основе уравнений (10), (11) с учетом изложенного функцию адаптации λ необходимо сформировать в видеThe moment of inertia I z for unmanned aerial vehicles also varies slightly. Thus, the main reason for the non-stationary dynamic coefficient b (10) is the velocity head q. Based on equations (9) and on the basis of equations (10), (11), taking into account the above, the adaptation function λ must be formed in the form

λ=Aq,λ = Aq,

гдеWhere

При этом для режимов с величинами скоростного напора, принадлежащим нерасчетным значениям q<qmin и q>qmax, величина λ ограничивается соответствующими значениями, т.е.Moreover, for the regimes with velocity head values belonging to non-calculated values q <q min and q> q max , the quantity λ is limited to the corresponding values, i.e.

Из уравнений (9) получаются алгоритмы адаптации:From equations (9), adaptation algorithms are obtained:

Как указано выше, выводы (4)…(13) сделаны для первого приближения в описаниях уравнений движения летательного аппарата. Более точные соотношения дают следующие законы адаптации для всех трех каналов управления и стабилизации:As indicated above, conclusions (4) ... (13) are made for the first approximation in the descriptions of the equations of motion of an aircraft. More accurate relationships are given by the following adaptation laws for all three control and stabilization channels:

где H - высота полета, m - текущее значение массы летательного аппарата.where H is the flight altitude, m is the current value of the mass of the aircraft.

Формульные зависимости (14) реализуются в схеме предлагаемого устройства. Величины ν, H, m измеряются датчиками 1…3, величина ν2 вычисляется в первом блоке умножения 11, слагаемые знаменателя выражений (14) вычисляются во втором блоке умножения 14 и в первом 12 и втором 13 блоках деления, на вторые входы которых из задатчика опорных сигналов 10 подаются константы B1, B2, B3. Знаменатель вычисляется в сумматоре 15, обратная величина его - в блоке формирования обратной величины сигнала 16, в блоке масштабирования 17 вычисляются величины iв, iн, iэ, ρв, ρн, ρэ путем умножения величины, обратной знаменателю, на постоянные масштабные величины A1в,н,э, А2в,н,э.Formula dependencies (14) are implemented in the scheme of the proposed device. The values of ν, H, m are measured by sensors 1 ... 3, the value of ν 2 is calculated in the first block of multiplication 11, the terms of the denominator of expressions (14) are calculated in the second block of multiplication 14 and in the first 12 and second 13 blocks of division, to the second inputs of which from the master the reference signals 10 are supplied by the constants B 1 , B 2 , B 3 . The denominator is computed in an adder 15, an inverse value of its - in the block forming the reciprocal of the signal 16, a scaling unit 17 calculates the value of i in, i n, i e, ρ a, ρ n, ρ e by multiplying the reciprocal of the denominator, the constant scale values A 1c, n, e , A 2c, n, e .

В цифровом блоке умножения 25 происходит перемножение цифровых величин позиционных сигналов управления, полученных в первом 22, втором 23 и третьем 24 блоках сравнения на передаточные числа iв, iн, iэ. В цифро-аналоговом преобразователе 26 полученные величины переводятся в аналоговые сигналы и поступают на входы первого 7, второго 8 и третьего 9 суммирующих усилителей, на вторые входы которых подаются аналоговые сигналы, являющиеся результатами перемножения в цифро-аналоговом блоке умножения 18 цифровых величин ρв, ρн, ρэ на аналоговые сигналы угловых скоростей ωx, ωy, ωz с выхода блока демпфирующих гироскопов 4.In the digital multiplication unit 25, the digital values of the positional control signals obtained in the first 22, second 23, and third 24 comparison units are multiplied by gear ratios i в , i н , i э . In the digital-to-analog Converter 26, the obtained values are converted into analog signals and fed to the inputs of the first 7, second 8 and third 9 summing amplifiers, the second inputs of which are fed analog signals, which are the results of multiplication in the digital-analog unit of multiplication of 18 digital values ρ in , ρ n , ρ e to the analog signals of angular velocities ω x , ω y , ω z from the output of the block of damping gyroscopes 4.

Наиболее точно достаточно сложные законы адаптации на основе соотношений (14) могут быть реализованы при наличии на борту летательного аппарата цифровой вычислительной системы. Все блоки устройства управления являются общеизвестными и могут быть реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например, по [5, стр.103; 6, стр.55].Most accurately, rather complicated adaptation laws based on relations (14) can be realized if there is a digital computer system on board the aircraft. All blocks of the control device are well-known and can be implemented on the elements of automation and computer technology, for example, according to [5, p. 103; 6, p. 55].

Таким образом, предложенная бортовая цифро-аналоговая адаптивная система управления летательным аппаратом позволяет расширить функциональные возможности управления летательным аппаратом и обеспечить требуемые запасы устойчивости контура стабилизации и требуемое качество переходных процессов за счет адаптации передаточных чисел каналов управления к условиям полета.Thus, the proposed on-board digital-to-analog adaptive control system for the aircraft allows expanding the control capabilities of the aircraft and providing the required stability margins of the stabilization loop and the required quality of transients by adapting the gear ratios of the control channels to flight conditions.

Источники информации:Information sources:

1. Система управления угловым движением беспилотного летательного аппарата. Патент РФ №2234117, 2003 г., кл. G05D 1/08.1. The control system of the angular movement of an unmanned aerial vehicle. RF patent No. 2234117, 2003, cl. G05D 1/08.

2. Устройство формирования управляющих сигналов для системы управления летательным аппаратом. Патент РФ №2238582, 2003 г., кл. G05D 1/08.2. A device for generating control signals for an aircraft control system. RF patent No. 2238582, 2003, cl. G05D 1/08.

3. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. Под ред. Г.С.Бюшгенса. М.: Наука, Физматлит, 1998.3. Aerodynamics, stability and controllability of supersonic aircraft. Ed. G.S. Byushgens. M.: Science, Fizmatlit, 1998.

4. В.А.Боднер. Теория автоматического управления полетом. М.: Наука, 1964, с.178.4. V.A. Bodner. Theory of automatic flight control. M .: Nauka, 1964, p. 178.

5. А.У.Ялышев, О.И.Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М. Машиностроение, 1981.5. A.U. Yalyshev, O. I. Razorenov. Multifunctional analog control devices for automation. M. Engineering, 1981.

6. В.Б.Смолов. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981.6. V. B. Smolov. Functional information converters. L .: Energy Publishing House, Leningrad Branch, 1981.

Claims (1)

Бортовая цифроаналоговая адаптивная система управления летательным аппаратом, содержащая последовательно соединенные задатчик угла тангажа и первый блок сравнения, второй блок сравнения, последовательно соединенные задатчик угла крена и третий блок сравнения, а также блок свободных гироскопов, блок демпфирующих гироскопов, исполнительное устройство и первый, второй и третий суммирующие усилители, выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами исполнительного устройства соответственно, причем вторые входы первого, второго и третьего блоков сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока свободных гироскопов, отличающаяся тем, что она содержит последовательно соединенные датчик скорости полета, первый блок умножения, второй вход которого также соединен с выходом датчика скорости полета, второй блок умножения, сумматор, блок формирования обратной величины сигнала и блок масштабирования, последовательно соединенные датчик высоты полета и первый блок деления, выход которого подключен ко второму входу сумматора, последовательно соединенные датчик текущего значения массы и второй блок деления, выход которого подключен к третьему входу сумматора, задатчик опорных сигналов, первый, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно ко второму входу второго блока умножения, второму входу первого блока деления и второму входу второго блока деления, задатчик угла курса, подключенный выходом к первому входу второго блока сравнения, цифровой блок умножения, первый, второй и третий входы которого подсоединены соответственно к выходам первого, второго и третьего блоков сравнения, четвертый, пятый и шестой входы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему выходам блока масштабирования, а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами цифроаналогового преобразователя, первый, второй и третий выходы которого подсоединены к первым входам соответственно первого, второго и третьего суммирующих усилителей, и цифроаналоговый блок умножения, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока демпфирующих гироскопов, четвертый, пятый и шестой входы соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым выходами блока масштабирования, а первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами соответственно первого, второго и третьего суммирующих усилителей.
Figure 00000001
An on-board digital-to-analog adaptive control system for the aircraft, comprising a pitch angle adjuster and a first comparison unit, a second comparison unit, a roll angle adjuster and a third comparison unit in series, as well as a free gyroscope unit, a damping gyroscope unit, an actuator and a first, second and the third summing amplifiers, the outputs of which are connected to the first, second and third inputs of the actuator, respectively, and the second inputs of the first, second of the first and third comparison units are connected respectively to the first, second and third outputs of the free gyroscope unit, characterized in that it comprises series-connected flight speed sensors, a first multiplication unit, the second input of which is also connected to the output of the flight speed sensor, second multiplication unit, adder , a unit for generating the reciprocal of the signal and a scaling unit, connected in series with the flight altitude sensor and the first division unit, the output of which is connected to the second input of the adder, followed by the newly connected sensor of the current mass value and the second division unit, the output of which is connected to the third input of the adder, a reference signal adjuster, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the second input of the second multiplication unit, the second input of the first division unit and the second input of the second division unit , heading angle adjuster, connected by the output to the first input of the second comparison unit, a digital multiplication unit, the first, second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the first, second and of the comparison blocks, the fourth, fifth and sixth inputs are connected, respectively, to the first, second and third outputs of the scaling unit, and the first, second and third outputs are connected respectively to the first, second and third inputs of the digital-to-analog converter, the first, second and third outputs of which connected to the first inputs of the first, second and third summing amplifiers, respectively, and a digital-to-analog multiplication unit, the first, second and third inputs of which are connected respectively to the first, second and third outputs ladies damping unit gyroscopes, fourth, fifth and sixth inputs connected respectively with the fourth, fifth and sixth outputs of the scaling unit and the first, second and third outputs are connected to second inputs of respective first, second and third summing amplifiers.
Figure 00000001
RU2009113860/22U 2009-04-15 2009-04-15 ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM RU86326U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113860/22U RU86326U1 (en) 2009-04-15 2009-04-15 ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113860/22U RU86326U1 (en) 2009-04-15 2009-04-15 ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU86326U1 true RU86326U1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41150364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009113860/22U RU86326U1 (en) 2009-04-15 2009-04-15 ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU86326U1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491600C1 (en) * 2012-06-05 2013-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Method of generating digital/analogue adaptive signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method
RU2541903C1 (en) * 2014-03-04 2015-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Multimode d/a drone angular pitch control device
RU2600025C2 (en) * 2014-10-22 2016-10-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for adaptive roll control of aircraft
RU2765837C1 (en) * 2020-12-30 2022-02-03 Акционерное общество "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" (АО "РСК "МиГ") Method and system for controlling a two-fin manned aerial vehicle in the course channel

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491600C1 (en) * 2012-06-05 2013-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Method of generating digital/analogue adaptive signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method
RU2541903C1 (en) * 2014-03-04 2015-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Multimode d/a drone angular pitch control device
RU2600025C2 (en) * 2014-10-22 2016-10-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for adaptive roll control of aircraft
RU2765837C1 (en) * 2020-12-30 2022-02-03 Акционерное общество "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" (АО "РСК "МиГ") Method and system for controlling a two-fin manned aerial vehicle in the course channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2391694C1 (en) Board digital-analogue adaptive system of aircraft control
CN102830622B (en) Auto-disturbance-rejection automatic flight control method for four-rotor aircraft
CN102645933B (en) Method for implementing flexible combined overload control for aircraft in large airspace
CN106054604B (en) Reentry vehicle robust optimal method of guidance based on Model Predictive Control Theory
CN111506099B (en) Intelligent control system and method for height of unmanned aerial vehicle
RU86326U1 (en) ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM
CN105652880B (en) Non-linear anti-saturation for the big spatial domain flight of aircraft highly instructs generation method
CN110941285A (en) Unmanned aerial vehicle flight control system based on two IP cores
CN109613928B (en) Composite control system and method for multi-vector propeller combined aerostat
CN115079565A (en) Variable-coefficient constraint guidance method and device with falling angle and aircraft
RU2394263C1 (en) Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion
KR101833243B1 (en) Apparatus and method for estimating air speed of flight vehicle
CN113419431B (en) Stratospheric airship trajectory tracking control method and system based on event triggering
RU2338235C1 (en) Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal
Funk Optimal-path precision terrain-following system
Lungu et al. Control of Aircraft Landing using the Dynamic Inversion and the H-inf Control
RU2338236C1 (en) Onboard angular stabilisation system for controlling flying aircraft
RU2374602C2 (en) Method for generation of symmetrical missile control signals
RU2305308C1 (en) Onboard digital-analog adaptive system for controlling banking movement of aircraft
Gupta et al. Flight Dynamics, Control Law Design, and Flight Tests of Kite
RU75066U1 (en) SYMMETRIC ROCKER CONTROL SIGNALS FORMING DEVICE
KR101827955B1 (en) Apparatus and method for computing information for estimating air speed of flight vehicle
RU2303805C1 (en) Control unit of flight vehicle pitch channel
RU2491601C1 (en) Method of generating digital/analogue adaptive aircraft control signal with variable structure and apparatus for realising said method
JPH06161556A (en) Automatic pilot device

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20100416