SE430102B - Sett och anordning for styrning av en aerodynamisk kropp med skrovfast malsokare - Google Patents

Description

i 8-1 oss-sä 4s- 7 2 __ erfordras. Detta syfte uppnås enligt uppfinningen medelst i efterföljande patentkrav angivna förfaringssättoch anordning, som utmärkas av de där an- givna särdragen. dppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritning, på vilken figur 1 schematískt visar en robot som med:syftbäringsstyrning styres mot ett.rörligt-mål, varvid några väsentliga variabler.är.åskådlig- gjorda. Figur 2 visar ett.funktionellt blockschema över ett tídigare.känt _system för syftbäringsstyrning av en robot; Figur 3 visar ett funktionellt blockschema med samma organisation som i figur 2 och utvísande uppfinningen; 'Uppfinningen är tillämpbar vid varje typ av syftbäringsstyrd projektil,anting- en denna är-en robot eller en artilleriprojekti1,~som har medel_för att åstad- komma-styrutslaga Figur I visar en syftbäringsstyrd robot M som*rör.sig i en bana PM mot ett mål T, vilket förflyttas i en bana PT, varvid det medelst utritade syftlinjer S1 - S i fyra lägen I, II; III och IV framgår hur roboten styr in mot målet under 4, , det att syftlinjerna.blir alltmer parallella ju närmare roboten kommer målet.

I läget I har roboten M"en färdhastighet Vgi färdriktningen.Ofbeteoknar syft- linjevinkeln mellan syftlinjen S och en inertiell referensriktning R;> 6: be- tecknar-robptens attitydvinkel mellan en skrovfast axel A, här robotens symme- triaxel, och den inertiella,referensriktningen R. Eebetecknar en fellägesvin- kel mellan den skrovfasta axeln A och syftlinjen S.Det framgår att felläges- vinkeln E erhålles ur syftlinjevinkeln (F och attitydvinkeln G9 som 5=0“-9- *Figur 2 visar ett funktionellt blockschemaaöver ett exempel på ett enligt _syftbäringsprincipen arbetande känt robotstyrsystem, vilket utnyttjar en skrov- fast målsökare 1'. Robotens dynamik samt påverkan i beroende av omgivningen och styrutslag på roboten åskådliggöres medelst ett block 3'. Från bboket 3' erhållna faktiska värden på syftvinkeln CT' och.attitydvinkeln 69 resulterar i en faktisk fellägesvinkel få . Denna senare mätes medelst den skrovfasta _målsökaren 1', som ger ett mätvärde Ehf Såsom inledningsvis omnämts.erfordrar ett sådant system ett gyro 2', vilket här användes för.bestämning av ett mätvärde Eäfi på robotens.attitydvinkel. 81059 48- 7 Mätvärdeha Ešm och åín summeras för erhållande av ett mätvärde (Th på syft- vinkeln, vilket efter derivering ger ett mätvärde Cïh på syftvinkelhastig- heten. Medelst detta senare mätvärde beräknas en styrvaríabel i ett block 4' på basis av styrlagen u = C-Cl enligt syftbäringsprincipen, där o är en kon- stant. Styrvariabeln g_tillföres robotens ej visade styrautomat och kan reali- seras som ett roderutslag eller en dragkraft från sidriktad raketmotor.

Med hänvisning till figur 3 beskrives nu uppfinningen. Blockschemat i fig. 3 innehåller blocken 1; 3 och 4 med samma funktion som motsvarande block i fig. 2 med primbeteckningar.

För att eliminera användningen av ett dyrbart gyro utnyttjas enligt uppfin- ningen en beräkningsenhet 10 som arbetar på basis av robotens rörelse be- skrivande samband, vilka bildar en matematisk modell för robotens aerodynamiska beteende.

I ett första steg beräknar beräkningsenheten medelst samband för robotens dynamik närmevärdet 55 för robotens attitydvinkelhastighet. Dessutom beräknar beräkningsenheten medelst dynamikmodellen ett närmevärde Uf för robotens aerodynamiska anfallsvinkel, vilket senare närmevärde utnyttjas i ett andra steg av beräkningsenheten.

I det andra steget beräknar beräkningåenheten medelst samband för robotens syftvinkelhastighet ett närmevärde 6* på syftvinkelhastigheten, vilket när- mevärde utnyttjas som insígnal till enheten 4 för beräkning av styrvariabeln 3 enligt styrlagen u =C'0'.

Tidigare beräknad styrvaríabel E, alternativt uppmätt av styrautomaten i blocket '} realiserat roderutslag um, tjänar som insignal till beräkningsenheten 10.

De båda beräknade närmevärdena kombineras i eg\efterföljande enhet 11 enligt formeln E = 0"- 9 och ger så ett närmevärde Å på fellägesvinkelhastigheten. Å Detta närmevärde integreras till ett närmevärde E på fellägesvinkeln.

Den medelst styrlagen i blocket 4 beräknade styrvariabekmg, ger i beroende av robotens omgivningsförhållanden och dynamik enligt blocket 3 en fellägesvinkel 8 , vilken på känt vis av den skrovfasta målsökaren 1 uppmätes till 5 m. s1øs94s-7 ß Det beräknade närmevärdet E på fellägesvinkeln sammanställes, genom subtrak-A a tion, med mätvärdet E m på fellägesvinkeln, varigenom en differens AE=ÉM *Û erhålles. Denna fellägesvinkeldifferens ¿\5ï utnyttjas För korrektion av de i berakningsenhetens samband ingående tillståndsvariablerna samt önskade para- metrar. Det här föredragna sambanden i den aerodynamiska modellen är i princip tidigare kända.

Till grund För modellens första steg ligger två i och För sig kända-tíllstånds- ekvationer där tillståndsvariablerna och' Nfsvarar-mot attitydvinkelhastigheten resp. den aerodynamiska anfallsvinkeln; E_är styrvariabeln, som kan realiseras som roderutslag eller dragkraft från sidrihtad raketmotor, a1, az, a3 är aerody- namiska parametrar beroende av robotens form och massfördelning: b1 och bz är en moment- resp. kraftparameter.

Dessa tíllståndsekvationer_är'approximationer áv mera fullständiga tillstånds- ekvationer'som är beskrfvna.i t.ex. Dynamics of Åtmospheric Flight, pp 162, 163, av Bernard Etkin, John Wiley & Sons Inc. 1972. lä Det inses att lösningen av de två tillståndsekvationerna ger närmevärdena É9 och (Ii-på attitydvinkelhastigheten resp. den aerodynamiska anfallsvinkeln.-- Enligt uppfinningen antages vidare att För parametrarna b1 och bz i tillstånds- ekvationerna gäller att ïtïl-g,.' fia-g då _ ' V dt _- dvs. b 1 och bz är väsentligen konstanta. _ 7 _ 6 f Under korta intervall beräknas succesivt närmevärdena 9 och N' med utsignalen E från enheten 4 eller uppmätt styrutslag um som insignal. ~ 8105948-1 5 i* För beräkning av närmevärdet 0' på syftvinkelhastigheten i beräkningsenhetens andra steg utnyttjas tillståndsekvationen gg: v' + (.a}0(+ bl u)/r, vilken i och för sig är känd. I denna ekvation har de med samma beteckningar som tidigare angivna tillståndsvariablerna och parametrarna resp. tidigare an- givna innebörd, medan å* står för syftvinkelhastigheten, i är robotens färd- hastighet, vilken är känd och t.ex. antages vara konstant, och r är robotens avstånd till målet. 4' Vid beräkningen av närmevärdet <1' på syftvinkelhastigheten bestämmas först ett närmevärde är på robotens /acceleration tvärs syftlinjen utifrån det ti- dígare beräknade närmevärdet 04 på den aerodynamiska 'anfallsvinkelm vilken acceleration approximeras till accelerationen tvärs symmetriaxeln enligt ar =_ . Därefter beräknas närmevärdet Ö' enligt ___ _2__Y_G'- - ar. r dt f' Robotens styrsystem enligt uppfinningen verksamgöres på_ett förutbestämt, me- delstmålsökaren avkänt avstånd till målet, varigenom ett ínitialvärde ro för avståndet till målet erhålles. Därefter erhålles på i figurerna ej'visat sätt ett avståndsvärde _11, vilket vid stillastående mål kan exemplifieras som r = ro - V . t, där t = tiden efter det att initíalavståndsvärdet detekterats.

Det kan i sammanhanget nämnas att den senare tillståndsekvationen för beräk- ning av närmevärdet U' ,=_-vid tillämpningar med lägre krav på träffprecision kan ersättas om ekvationen dj: _ O; dvs syftvinkelhastigheten antages vara konstant i intervall mellandršätningar av. fellägesvinkeln ß . 1.* 1.* De medelst beräkningsenheten 10 beräknade närmevärdena <7' och 9 utnyttjas såsom tidigare nämnts dels för att ge en styrvariabel g, dels för att ge ett närmevärde , vilket senare efter integration utnyttjas för att ge en diffe- rens ÅÖ med det uppmätta fellägesvinkelvärdet Em, såsom visas i enheten 12.

Differensen A5 utnyttjas för att under robotens styrförlopp successivt korrigera tillståndsvariabler och parametrar i beräkningsenhetens. sambând. âåledes višsas i fig. 3 i enhet 13 hur de beräknadeAtillståndsvariablerna 9 , 04 och O' , det beräknade fellägesvinkelvärdet ß samt moment- och kraftparametrarna b,b 1 Z korrigeras enligt följande: s1os94s-1_ 6 V \ Å " få å f :<1 5 rdë _ a é kzi Q Aêg ß 4\ «4_ ¿1(;_ a. : a + '<3 (Em - = r 4- ÉI å' :<4 .e A6 A A A' . VÄ _ él- k; _ /\ _ ^ ^ '\ 6 kol-L. ßz ber. k6} 62 ber. LÅÉZ Här är korrektionsfaktorerna k1 - k6 koeffioíenter, vilka är beroende av resp. varíabels och parameters känslighet för (êm _- 2 ) samt osäkerheten i resp. - variabel och parameter.

Korrektionsfaktorerna k1 - k6 är vardera en funktion av typen k1 = f (a1, az, aà, V, r, u) och är således föränderliga under robotens-styrförlopp, varför vde beräknas upprepade gånger; Lämpligt beräkningsmetodík är enligt'Kalman; se t.ex. kapitel 5.4 i Introduction to Stochastíc Control Theory av Karl J. Åström, Academic Press, New York, London 1970.

Enligt ett särskilt särdrag för uppfinningen kan såsom framgår av fig. 3 de aerodynamiska parametrarpa aïe- a3 hållas konstanta under he1a.styrförloppet.

Erforderlig noggrannhet erhålles således genom att endast parametrarna b1 och bz uppdateras tillsammans med tillståndsvariablerna 63, OK och (T .

Beräkningsenheten utgöres lämpligen av en mikrodator, vilken i intervall mel- K: lan mätningar av fellägesvinkeln beräknar närmevärden och parametervärden uti- från momenten styrvariabel och senast beräknade närmevärden och parametervärden.

'Beräkningen av fellägesvinkeldifferensvärden ÄÄE samt återkopplingen av detta jämte beräkningen av korrektionsfaktorerna âr därvid lämpligen inlagda i-mikro- _ datorn, liksom beräkningen av styrvariabeln.

Claims (1)

1. 8105948-7 _|_'_:-{_| xll/l-'Yzxv 1. 'beln, a1, az, a3 är aerodynamiska parametrar, b1 Iíšrfnringssšitt för styrning med framförhållning av en uerodynamisk. kropp, t.ex. en robot eller projektíl, efter dess uvfyring mot ett Inízl, varvid kroppen Ined hjälp av en sI-:rovfast målsökures utsignn] ( am), som verkar på styrorgan hos roboten och som är ett mått på det momentana värdet av en fellägesvinkel. (E ) mellan en skrovfast axel, företrädesvis kroppens symmetriaxel (A), och en syftlinje (Si) mellan kroppen och målet styrs i en bana mot målet och i beroende av en styrvariabel (u) proportionell mot syftvinkelhaetigheten ((i' ), k ä n n e t e c k n a t av att med kroppens momentana styrvaríabel (u, um) som insignal till en beräkningsenhet (10), som arbetar på basis av, för kroppens rörelse kända samband med förutom styrvariabeln kroppens attítydvinkelhastighet (e ), anfallsvinkel (bt), och syft- vinkelhastighet (Ü) som variabler, beräknas dels ett signalnärme- värde (å) för kroppens syftvinkelhastighet (Û ), vilket närmevärde uttnyttjas fö: beräkning av styrvariabeln (u, um), dels) ettsignal- närmevärde (6) för kroppens attitydvinkelhastighet (Ö ), att ett signalnärmevärde (E) för fellägesvínkeln mellan den skrovfasta axeln och syftlinjen beräknas utifrån nämnda två närmevärden (Ö, é), att ett di fferensvärde (A5) mellan uppmätt (Cm) och beräknad (8 ) fellägssvinkel bildas och återkopplas till beräkningsenheten för korrigering av åtminstone variabler (à , NÄT) ingående i beräknings- enhetens samband för att därigenom reducera projektilens felläges- vinkel . Förfaringssättßenligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att signal- närmevärdet ( 5 ) för attitydvinkelhastigheten bestämmas utifrån ek- vationerna ul aiê + azbk + b1u _04 = Û +a3bç+b2u, 'där e är attitydvinkelhastigheten och e dess tidsderívata, V» är den aerodynamiska anfallsvinkeln och V dess tidsderivata, _g_ är styrvaria- och bz är en moment- resp. en kraftparameter. eføíesekßrasa- 1 8 Ii3rf:-rjr|g1svïti vnllgt krav 1 eller 2, k ii n n e L e c k n a i av att _ Q _ sjunalnššrrrxevåšrdvt (Of) för syfltvínkelhusiígheten bestíïmrues utifrån nk- vuiíunvra = U, (lärë- är syftvinkezlhastighetons tidsdorivata. förfaringssätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n et ec k n a t av att ä _ signalnärmevärdet (CT ) på syftvinlåelhastliagheten bestämmes medelst ek- " f n O! fu . _ vationen0“= -l-i-Y-f. O' +- , där G'- är kroppens- . fárdhastighet och r dess' .avstånd till målet; I band med kroppens attitydvinkelhastighet (Q ), anfallsvinkel (M ) och Förfaringssätt enligt något av krav 2 - 4,» k ä n n e t 'e c k na t av att differensvärdet (ÅÅ) mellan uppmätt 'och beräknad 'felläges- vinkel) återkopplas till beräkningsenheten förkorrektion av de i dess samband ingåendekraft- och momentparametrarna (bi, bz), medan de aerodynamiska parametrarna (a-1, az, a3) bibehålles oförändrade. 7 Förfaringssätt' enligt *något av krav 1' - 5, k ä n n e t*e cfk-n a t av att, det *tillberäkhingsenheten*återkopplade fdinfferensvärdet øfi ) multipliceras medelst en met varje variabel eller' parametensom skall korrigeras, svarande korrektionsfaktor (k1 - ké). Förfaringssätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t avatt resp. korrektíonsfaktor (k1 -. k6) beräknas som Funktion av de aerodynamiska eparametrarnalav az, a3) i nämnda samband; robotens hastighet*(V), robotens avstånd (r) till målet och styrvariabeln (u). förfaringssätt enligt krav 6 eller fl, k ä n n e t e c k na t av att ' resp. korrektionsfaktor (k1 - k6) beräknas medelst kalmanmetodik. Anordning för att med framförhållning styra en aerodynamiskt kropp, ~ t.ex. en robot eller projektil, efter dess avfyring mot ett mål, vil-W ken kropp har en skrovfast målsökareü), som avger en' utsígnal (Zm), vilken är ett mått på det momentana värdet av en. fellägesvinkel (E) mellan en skrovfast axel (A), företrädesvis kroppens symmetriaxel, och en syftlinje (5) mellan kroppen och målet, och en enhet (4) inrättad att för kroppen framräkna en styrvariabel' (u, um) proportionellt mot syftlinjehastigheten (0'^ ), k ä n n e t e c k n *a d av en beräknings- enhet (10), som arbetar på basis av, för kroppens rörelse kända' sam- 10. uyštvinkvlhnstighet (¿l) som variublcr och med styrvariabsln (u, um) som insignal beräknar dels'ntt signalnärmcvärde (G') für kroppens syftvínkelhastighet (Û'), vilket signulnärmevärde tjänar som insigrual till enheten gt), för beräkning av styrvaria- beln, dels ett signalnärlnevärde (ö) för kroppens attitydvinkel- hastighet” (é )¿ en enhet (11) för att utifrån nämnda två närme- ' värden (CT , '6 ) beräkna ett närmevärde (5) för fellägesvinkeln mellan den skrovfasta axeln (A) och syftlinjen (S), en-enhet (12) för att bilda ett differensvärde (ÅE) mellan den uppmätta (Em) och den beräknade (E ) Fellägesvinkeln och en återkopplingsenhet (13) inrättad att till beräkningsenheten (10) återkoppla fellägesvinkel- differensvärdet (ÅE) för korrigering av åtminstone variabler in- gående i_ beräkningsenhetens samband För att därigenom reducera pro- jektilens Fellägesvinkel . i Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t *av att återkop- plingsenheten (13) innehåller element för proportioner-ing av fel- lägesvinkeldifferensvärdet (Ågfi) “medelst en mot varje variabel eller parameter, som skall korrigeras, svarande faktor (k1 - (<6). 810 59 43- 7