Автомат устойчивости беспилотного малоразмерного летательного аппарата

рые входы блоков умножения соединены с выходом датчика оборотов двигателя Изодромное звено введено в канал рыскания, а выход датчика угловои скорости рыскания соединен с входом сум-.матора канала крена 1 з п ф-лы 1 ил.Изобретение касается автоматического регулирования и относится к системам обеспечения устойчивости беспилотных малоразмерных летательных аппаратов (МЛА).Наиболее близким по технической сущности к изобретению является демпфер типа АПМ. Основными элементами этого демпфера являются в каждом канале(тангажа, рыскания, крена) датчик угловой скорости, датчик скоростного напора, усилитель с переменным коэффициентом усиления, сумматор, усилитель, привод руля, обратная связь. В рассматриваемом демпфере реализуется закон управления,где р - скоростной напор;и - угловая скорость.При отклонении руля образуется демпфирующий момент, который всегда направлен против угловой скорости и способствует эффективному затуханию колебаний,Недостаток описанного выше демпфера типа АПМ состоит в том, что в нем не учтена специфика МЛА, которая создает определенные трудности при их управлении. Демпфер АПМ не обеспечивает поперечной устойчивости МЛА и не устраняет взаимного влияния между боковым и продольным движениями, которое мешает надежному управлению МЛА. Под надежностью управления МЛА здесь и дальше по тексту понимается соответствие между сигналами управления в каналах автомата устойчивости и параметрами движения МЛА, когда каждому конкретному управлению однозначно соответствует определенная реакция МЛА, Очевидно, что взаимное влияние бокового и продольного движений нарушает это соответствие и мешает целенаправленному управлению движением МЛА.Целью изобретения является повышение поперечной устойчивости и устранение взаимного влияния продольного и бокового движений.На чертеже приведена структурная схема автомата устойчивости биспилотного МЛА.Автомат устойчивости содержит: датчик 1 угловой скорости тангажа, усилитель 2 с переменным коэффициентом усиления канала тангажа, сумматор 3 канала тангажа, усилитель 4 канала тангажа, привод 5 рулей высоты, блок 6 обратной связи канала тангажа, датчик 7 угловой скорости рыскания, усилитель 8 с переменным коэффициентом10 усиления канала рыскания, сумматор 9 канала рыскания, усилитель 10 канала рыскания, привод 11 руля направления, блок 12 обратной связи канала рыскания, датчик 13угловой скорости крена, усилитель 14 с переменным коэффициентом усиления канала крена, сумматор 15 канала крена, усилитель 16 канала крена, привод 17 элеронов, блок 18 обратной связи канала крена, датчик 19скоростного напора, датчик 20 оборотов двигателя, первый блок 21 умножения, вторая блок 22 умножения, акселерометр 23,изодромное звено 24, эадатчик 25 режимовдвижения МЛА.15 Действие предлагаемого автомата устойчивости в боковом движении базируетсяна взаимосвязи угла крена у и угловой скорости в ц . Физика явления состоит в следующем.Представим, что ЛА приобрел случайный крен у . Вследствие крена возникаетпроекция подъемной аэродинамической силы У на горизонтальную плоскость, равнаяУзп у . Под действием этой силы ЛА получит некоторую дополнительную боковуюскорость движения Ч 2, что вызовет появление скольжения в сторону опущенного крыла. С появлением скольжения возникаетмомент статической устойчивости пути30(флюгерный момент) М улаф. Под его влиянием начнется разворот ЛА по курсу в сторону совмещения его продольной оси Ох, с.вектором воздушной скорости. Появится35 сигнал му, который будет существовать дотех пор, пока существует крен, Эта взаимосвязь у и и)у позволяет не ставить на бортдатчик кренов,В предлагаемом автомате поперечная40 устойчивость обеспечивается за счет формирования в канале крена сигналаКвуюу действующего как обычная отрицательная обратная связь. При этом даже вслучае апериодической неустойчивости45 МЛА соответствующим отклонением элеронов создается восстанавливающий моментотносительно продольной оси ОХ 1 которыйвернет ЛА в горизонтальное положение иликвидирует крен.50 Введение в канал крена сигналаКвушу с выхода датчика угловой скорости рыскания было бы достаточным дляобеспечения поперечной устойчивости, если бы все ЛА обладали хорошо выраженными флюгерными свойствами. Но в общемслучае флюгерныесвойства МЛА могут бытьслабыми (например, при малой площадивертикального оперения), в силу чего скольжение само по себе не вызовет появления(3) в канале руля высоты в канале элеронов угловой скорости ву. В этом случае взаимная связь движений рыскания и крена будет недостаточной для обеспечения требуемого запаса устойчивости замкнутой системы и качества переходных процессов по крену, Так как сигнал по перегрузке п эквивалентен сигналу по Р, то введение этого сигнала с соответствующим знаком в канал,направления будет способствовать искусственному увеличению флюгерных свойств МЛА. Отклонение руля направления по сигналу п вызывает быстрое появление угловой скорости ву, что повышает быстродействие канала крена автомата устойчивости.С другой стороны флюгерные свойства ЛА ухудшают его реакцию на ветровые возмущения, Так, при наличии порывов ветра МЛА резко отклоняется по курсу, и в свою очередь рыскание по курсу вызывает крен МЛА(за счет наличия рассмотренного выше сигнала К шоу ау в канале крена). С целью уменьшения влияния ветрового возмущения иа МЛА в канал рыскания автомате устойчивости введено изодромное звено в цепи сигнала в у, которое при порывах ветра эффективно противодействует моменту М урР, который в этом случае играет роль возмущающего момента. При разворотах влияние этого звена практически отсутствует, так как оно пропускает только переменную составляющую угловой скорости ву, т,е, не препятствует выполнению маневра.Рассмотрим рабату автомата устойчивости беспилотного МЛА. Автомат имеет три канала управления. В автомате реализованы законы управления с жесткой обратной связью. Законы управления имеют вид: в канале руля направления Т и ( ) 1+Кн н иуи Т +1 у ИРд э = К ю(а)в+ К(п)в у + Оэ, (4) дэ= Кау(ц) Мх - Ку СОу + Оэ. (5) Здесь д н, д э, д э - углы отклонения, соответственно, руля направления, элеронов, руля высоты; 5 10 15 20 25 30 35 вх, ву, м - угловые скорости МЛА относительно связанных осей ОХ 1, ОУ 1, 071;Он, Оэ, Оэ - сигналы задатчика 25 режимов движения МЛА,Чувствительными элементами автомата устойчивости являются датчики 1, 7, 13 угловых скоростей (скоростные гироскопы), датчик 19 скоростного напора, датчик 20 оборотов двигателя и акселерометр 23.Отклонение руля направления в канале рыскания и рои сходит в соответствии с уравнением(3), Первый член описываетдемпфер колебаний рыскания. Вводя в закон управления сигнал по оу, мы искусственно увеличивает демпфирование МЛА, что способствует более быстрому затуханию колебаний. А необходимость введения изодромного звена 42 в цепи сигнала ву (формируемого скоростным гироскопом 7), вызвана возможными ветровыми возмущеТниями. Изодромнае звено " в режиТ +1ииме установившегося разворота не пропускает постоянную составляющую в результате чего эта составляющая сигнала не препятствует выполнению разворота. В то же время как в режиме выполнения разворота, так и в режиме стабилизации прямолинейного полета изодромное звено хорошо пропускает переменную составляющую ву. Поэтому роль направления парирует воздействующие на МЛА ветровые возмущения, вызывающие резкое изменение угловой. Сигнал по угловой скорости в (снимаемый с выхода скоростного гироскопа 1), поданный в канал руля направления, предназначен для устранения влияния продольного движения на движение рыскания за счет компенсации действия гироскопического момента двигателя Му =о Йд Юг, Сигнал, пропорциональный боковой перегрузке п выдается акселерометром 23. Его включение в канал руля направления необходимо для обеспечения требуемого запаса устойчивости замкнутой системы и качества переходных процессов по крену независимо от флюгерных свойств МЛА, Формирование управляющего сигнала канала рыскания выполняется сумматором 9. Выходной сигнал сумматора 9 через усилитель 10 поступает на привод руля направления 11 и его рулевая машина отклоняет руль на величину; пропорциональную управляющему сигналу, что обеспечивается за счет блока обратной связи 12. При отклонении руля направления создается момент отиоситель1826781 10 О,=К О 1 О 2,ТИ(р) = К 30 Ир котооого соединен с вторыми входами усилителй с переменным коэффициен том усиления каждого канала, задатчикрежимов движения МЛА, выход которого соединен с третьими входами сумматоров каждого канала, отличающийся тем, что, с целью повышения попереч ной устойчивости и устранения взаимного влияния продольного и бокового движения. в него введены первый и второй блоки умножения, первые входы которых соединены с выходами датчи ков угловой скорости соответственнотангажа и рыскания, а выходы с четвертыми входами сумматоров соответственно каналов рыскания и тангажа, датчик оборотов двигателя, выход кото 1, АВТОМАТ УСТОЙЧИВОСТИ БЕСПИЛОТНОГО МАЛОРАЗМЕРНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащий три канала по тангажу, рысканию и крену, выполненных в виде последовательно соединенных датчика угловой скорости, соответственно тангажа, рыскания и крена, усилителя с переменным коэффициентом усиления, сумматора, усилителя и привода, соответственно руля высоты, руля направления и элеронов, выходы приводов через блоки обратной связи, соответственно канала тангажа, рыскания и крена соединены с вторыми входами сумматоров соответствующих каналов, датчик скоростного напора, выход но нормальной оси, под действием которого МЛА поворачивается в горизонтальной плоскости,Канал тангажа автомата устойчивости МЛА, включающий руль высоты по своей структуре и по принципу действия аналогичен каналу рыскания, рассмотренному выше, Закон управления в канале тангажэ имеет вид (4). Первый член описывает демпфер тангажэ, а второй отражает перекрестную связь с каналом рыскания, которая обеспечивает парирование действия гироскопического момента М,= 1, Ид со, возникающего относительно поперечной оси ЛА при его вираже с угловой скоростью шу . В состав канала тангажа входят сумматор 3, усилитель 4, привод руля высоты 5, блок обратной связи 6, имеющие такое же назначение как аналогичные элементы канала рыскания,В законе управления (5) канала крена первый член описывает демпфер колебаний крена. Сигнал в поступает от скоростного гидроскопа 13. Сигнал, пропорциональный угловой скорости ву, измеряемой скоростным гироскопом 7, является основным сигналом этого канала и вводится в закон управления, чтобы обеспечить поперечную устойчивость МЛА. При этом даже в случае апериодической неустойчивости МЛА соответствующим отклонением элеронов создается восстанавливающий момент относительно продольной оси ОХ 1, который вернет ЛА в горизонтальное положение и ликвидирует крен.Также, как и каналы рыскания и тангажа, канал крена содержит сумматор 15, усилитель 16, привод элеронов 17, блок обратной связи 18. В каждом из каналов автомата устойчивости изменение передаточных чисел Кву", Кв, Кмх деФормула изобретения мпферов осуществляется по сигналам датчика скоростного напора 19, воздействующим на усилители с переменным коэффициентом усиления 2, 8, 14 в каналах 5 тангэжа, рыскания и крена, соответственно.Перекрестные связи ву-де и и,-фдн введенные в автомат устойчивости для парирования действия гироскопических моментов двигателя, проходят через первый и 10 второй блоки умножения 21, 22, вторые входы которых являются входами по сигналу датчика оборотов двигателя 20. Это необходимо для полной компенсации гироскопических моментов, так как последние зависят 15 от числа оборотов винта двигателя.На выходе блоков умножения получаютсигнал 20где К - масштабный коэффициент;О 1 - сигнал с выхода датчика оборотовдвигателя 20:О 2 - сигнал с выхода соответствующего25 скоростного гироскопа. Изодромное звено24 имеет передаточную функцию вида Автомат устойчивости имея малые габариты и стоимость, благодаря нетрадиционному решению гарантирует однозначность 35 управления МЛА при подаче управляющихвоздействий в каналы тангэжа и рыскания, обеспечивает поперечную устойчивость ЛА, когда в составе бортового оборудования нет позиционных датчиков, при удовлетвори тельной реакции на ветровые возмущения.Составитель О.ДемухТехред М,Моргентал Корректор Н.Милюкова Редактор Тираж Подписное НПО ".Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 1146 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 11 1826781 12рого соединен с вторыми входами пер-. 2. Автомат по п.1, отличающийся вого и второго блоков умножения, аксе- тем, что в канал рыскания введено изолерометр, выход которого соединен с дромное звено, выход которого соедипятым входом сумматора канала рыска- нен с шестым входом сумматора, а ния, а выход датчика угловой скорости вход - с выходом усилителя с перемен- рыскания соединен с четвертым входом 5 ным коэффициентом усиления.сумматора канала крена.