SE446782B - Anordning for att hoja foljenoggrannheten hos ett riktsystem - Google Patents

Description

446 782 2 växeln driver sedan via utväxlingar pjäsen och jämförelseelgonerna tills vinkelfelet blir noll Signalbehandlingsorganen omvandlar vinkelfelsignalerna från elgonerna till en lämplig spänningsnivå samt till lämplig form i speciella filter vilka har sådana egenskaper att ett snabbt målfatt- ningsförlopp samt ett stabilt och noggrannt riktsystem skall erhållas. signalerna matas sedan vidare och omvandlas till två likströmmar 1 styrmagnetens lindningar.

Storlek och tecken på vinkelfelet, d v s skillnaden mellan eldledningens kommenderade vinkel och pjäsvinkeln, omvandlas alltså i signalbehandlingsorganen till två likströmmar vilkas skillnad sedan får bestämma pjäsens rörelseriktning och acceleration. Normalt omfattar pjässtyrningen två faser, dels en málfattningsmod och dels en mâlföljningsmod. Under málföljningsmoden eftersträvas en noggrann följning av ett mål med små vinkelfel.

Vid beräkning av följenoggrannheten är endast lågfrekventa förlopp av intresse. Lâgfrekeventa variationer i den kommenderade vinkeln kan orsakas dels av màlrörelser och dels av underlagsrörelser exem- pelvis rullning hos fartyg vid en marinpjäs eller rörelser hos ett fordon som rör sig i terrängen vid en fordonsbaserad pjäs. För en marinpjäs kan målrörelser med frekvenser upp till ca 0,1 Hz anses rimligt medan underlagsrörelser förekommer med frekvenser upp till 0,2 - 0,3 Hz.

Som framgår av den svenska patentansökan 79.08l48-5 är det önskvärt ur noggrannhetssynpunkt att systemet har en hög kretsförstärkning, men det framgår också att stabilitetskravet sätter en praktisk maxi- mal gräns för förstärkningen. I nämnda ansökan beskrivs dock en anordning där systemförstärkningen kan höjas avsevärt utan att stabiliteten vid högre frekvenser påverkas och utan att gränsen för maximal tillåten störnivå i eldledningssignalerna behöver sänkas. _' Detta har àstadkommits genom.att pjässervot försetts med ett sta- ~ biliserande och noggrannhetshöfiande nät vilket innefattar ett eller flera integrerande andragradsfilter vilkas överföringsfunktioner har s 446 782 en sådan form att amplituden som funktion av frekvensen har ett maximum omkring den förväntade frekvensen hos pjäsens underlags- rörelser och/eller målets rörelse, vilket möjliggör en hög för- stärkning hos systemet omkring och under nämnda frekvens.

Genom införandet av ett sådant nät har för frekvenser upp till 0,3 Hz en dämpning av underlagsrörelserna med cirka 600 gånger kunnat åstadkommas. Vid många tillämpningar kan naturligtvis en sådan neddämpning vara fullt tillräcklig. På senare tid har emellertid noggrannhetskraven ökat ytterligare för många tillämp- ningar. Ett exempel på en sådan tillämpning där en mycket hög nog- grannhet erfordras är bekämpning av robotar som befinner sig på stora avstånd från pjäsen.

En annan anledning till att det numera ställs större krav på noggrannheten hos pjässervon är att utvecklingen av sensorer och eldledningsutrustningar nu också medger en högre inmätningsnog- grannhet än tidigare.

Vid exempelvis marinpjäser har det visat sig att den huvudsakliga dynamiska felkällan uppstår till följd av fartygsrullningen och att detta fel ofta uppgår till 2-3 streck. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning av de ovan angivna slaget som tar hänsyn till sådana lågfrekventa förlopp så att följe- noggrannheten hos systemet ytterligare kan ökas utan att förden- skull bandbredden behöver ökas i motsvarande mån. Att öka band- bredden hos systemet är ju olämpligt eftersom känsligheten för störningar hos eldledningssignalerna då ökar. Sådana s k eldled- ningsstörningar uppträder till följd av radarbrus, samplings- fel i digitala beräkningskretsar etc.

Uppfinningen kännetecknas därvid av att pjässervot innefattar en yttre servokrets vilken omfattar nämnda första jämförelseorgan och signalbehandlingsorgan och varvid pjäsens börvârden erhålles från en befintlig eldledningsanläggning och dels en inre servokrets inne- fattande andra jämförelseorgan för att jämföra börvärden från en gyroenhet, vilken mäter vinkelhastigheten hos pjäsens underlag 446 782 4 med pjäsens verkliga vinkelhastighet.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i samband med bifogade ritningar vilka som exempel på en fördelaktig utförings- form av uppfinningen visar ett riktsystem för en marinpjäs, varvid figur 1 schematiskt visar uppbyggnaden av sidriktsystemet hos en pjäs och figur 2 med hjälp av ett blockschema visar ett exempel på hur koordinattransformationen av de från gyroenheten avgivna vinkelhastighetssignalerna kan åstadkommas.

Ett rikt- eller styrsystem för en pjäs omfattar i allmänhet både ett sidriktsystem och ett höjdríktsystem. Båda systemen arbetar på ett analogt sätt och helt fristående från varandra och i fort- sättningen kommer därför endast ett av riktsystemen, sidrikt- systemet, att beskrivas närmare. Pjäsens riktning bestäms av sid- och höjdvinklar som kommenderas från en eldledningsanläggning, men anordningen kan även tillämpas vid styrning från pjäsens eget rikt- don.

I figur 1 visas schematiskt hur-sidriktsystemt, pjässervot, hos en pjäs 1, exempelvis en fartygsbaserad marinpjäs, är uppbyggt. Från en eldledningsanläggning (ej visad) matas på känt sätt två insigna- ler, den kommenderade grov- och finsidvinkeln. Finsystemet inne- fattar en jämförarelgon 4 och grovsystemet en jämförarelgon 5, vilkas rotorläge på känt sätt via utväxlingar bestäms av pjäsens verkliga sidvinkel. Ut från elgonerna får man vinkelfelet, d v s felsignaler som motsvarar skillnaden mellan den kommenderade sid- vinkeln och pjäsens vinkel. På känt sätt har införts ett grov- och finsystem, där grovsystemets elgon 5 är utväxlad 1:1 och fin- systemets elgon 4 n:l i förhållande till pjäsens verkliga vinkel.

Grovsystemet sköter styrningen långt från ensläget, medan finsystemet automatiskt tar över, när vinkelfelet blir litet.

De fràn elgonerna 4 och 5 avgivna felsignalerna (vinkelfelet) tillföres signalbehandlingsorganen vilka innefattar två förstär- karanordningar 6 och 7 där signalerna omvandlas till lämplig form -och storlek. sp 5 446 782 Förstärkaranordningen 7 avger en styrsignal till pjäsens styrorgan 8 och hydraulväxel 9 ansluten till en elmotor 10. Hydraulväxelns utgående axel får en rotationsrörelse som bestäms av vinkelfelet och kommer att via utväxlingar 11 och 12 driva pjäsen respektive jämfärelseelgonerna 4 och 5 tills vinkelfelet blir noll.

Förstärkningsanordningen 6 och 7 kan exempelvis vara av det slag som beskrivs i svenska patentansökan 79.08l48-5 och kan innefatta stabiliserande och noggrannhetshöjande nät av det slag som beskrivs i nämnda patentansökan.

Elgonerna 4 och 5, förstärkaranordningarna 6 och 7 och pjäsens hydraulsystem bildar tillsammans en yttre servokrets vars bör- värden således erhålles från eldledningsanläggningen. Servosy- stemet innefattar emellertid också ett hastighetsservo i form av en inre servokrets vilken omfattar enbart förstärkaranordningen 7.

Börvärden erhålles härvid från en s k gyrodator, vilken omfattar en gyroenhet 13 och koordinattransformator 14 och tillföres jäm- förelseorgan 15 för jämförelse med pjäsens verkliga vinkelhastig- het vilken avkännes med en takometer 16 anordnad på pjäsens rikt- system.

Genom denna uppdelning i en inre och en yttre servokrets erhålles den fördelen att förstärkaranordningen 7 kan anpassas för att ge en hög förstärkning för typiska underlagsfrekvenser, exempelvis far- tygsrullning, vilka är av storleksordningen 0,1 - 0,3 Hz. I den - yttre servokretsen däremot med förstärkaranordningen 6 kan förstärk- ningen minskas vilket är en fördel eftersom då störkänsligheten från eldledningsanläggningen reduceras.

Från gyrodatorn avges analoga börvärden i form av vinkelhastighets- signaler till både sid- och höjdriktsystemet hos pjäsen. Varje bör- värde jämföres i jämförelseorganen 15 med respektive hastighetssig- nal (ärvärdeï från takometern 16. Gyrodatorns insignaler i analog form erhålles från gyroenheten 13 vilken innefattar tre rate-gyron vilka är monterade däcksfast på en gyroplattform där vardera gyro- axel bildar vinkeln 900 med de övriga. Tillsammans känner gyrona 446 782 6 av fartygets rörelsemoder, nämligen rullning (@}), stampning (QP) och slingring (gir) (Qä ). Signalerna från de tre gyrona till- föres koordinattransformatorn 14 som omvandlar signalerna motsvaran- de Q? , Q? och çy till ett koordinatsystem refererat till far- tygsskrovet för bildande av pjäsens sid- och höjdvinkelhastighets- komponenter (sv resp hv). En sådan koordinattransformering är i och för sig förutkänd. Det kan således visas att gyrodatorn skall reali- sera följande ekvationer Sida: sv = - sin hv (Q? sin sv +\Pr cos Sv) Höjd: hv ='-'ff sin sv kflfñ, cos sv) _ Koordinattransformatorn 14 kan utgöras av en resolverenhet av det slag som visas i figur 2 men kan exempelvis också utgöras av en datcrenhet. I figur 2 visas hur vinkelhastighetssignalerna.ç},Û@och Qä med hjälp av två resolvïar~l7 och 18 och en summator 19 omvandlas till sid- och höjdvinkelhastighetskomponenter, sv och Év, vilka till- föres jämförelseorganen i pjäsens sid- och höjdriktsystem som bör- värden. Det framgår därvid att girsignalen qy summeras direkt i sum- matorn 19 för att bilda sidvinkelhastiqhetskomponenten šv och således ej behöver signalbehandlas av gyrodatorn.

Uppfinningen är inte begränsad till den ovan som exempel visade utför- ingsformen utan kan modifieras inom ramen för de efterföljande patent- kraven. Anordningen kan således förutom vid pjäser tillämpas vid exempelvis utskjutningsanordningar för robotar, vridbord för radar- skärmar e d. Det torde vidare vara uppenbart för en fackman att istället för element som elgoner, resolvrar, hydraulväxel etc andra livärdiga element för vinkelöverföring kan utnyttjas. För koordinat- transformering av gyroenhetens utsignaler är det vidare klart att istället för resolvrar en digital dator kan utnyttjas, speciellt om en sådan redan ingår för annat ändamål i systemet.

Claims (6)

446 782 PATENTKRAV

1. Anordning för att höja följenoggrannheten hos ett riktsystem till en pjäs e d vilken innefattar ett pjässervo för inriktning av pjäsen mot ett mål vilket pjässervo innefattar första jämförelseorgan (4, 5) för att jämföra en insignal, den kommenderade sid- eller höjd- vinkeln dvs pjäsens börvärden, med pjäsens verkliga sid- resp höjd- vinkel k ä n n e t e c k n a d av att pjässervot innefattar dels en yttre servokrets vilken omfattar nämnda första jämförelseorgan (4, 5) och signalbehandlingsorgan (6, 7) och varvid pjäsens börvärden erhålles från en befintlig eldledningsanläggning och dels en inre servokrets innefattande andra jämförelseorgan (15) för att jämföra börvärden (sv, Hm) från en gyroenhet (13), vilken mäter vinkelhastigheten hos pjäsens underlag, med pjäsens verkliga vinkelhastighet.

2. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att signalbehandlingsorganen innefattar en första och en andra förstärkar- anordning (6 resp 7) varvid enbart den andra förstärkaranordningen (7) ingår i den inre servokretsen.

3. Anordning enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d av att gyroenheten (13) innefattar tre hastighetsavkännande gyron (rate- gyron) vilka är fast monterade på pjäsens underlag så att vardera gyroaxel bildar vinkeln 90° med de övriga för avkänning av under- lagets rörelsemoder rullning, stampning och gir.

4. Anordning enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att de från gyroenheten (13) avgivna signalerna ( Y§°,“PP, qä ) till- föres en koordinattransformator (14) för omvandling av signalerna till ett koordinatsystem refererat till pjäsens underlag för bildande av pjäsens (1) sid- och höjdvinkelhastighetskomponenter (sv, hv).

5. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d av att koordinattransformatorn (14) innefattar en eller flera resolvrar (figur 2).

6. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d av att koordinattransformatorn (14) utgöres av en dator.