Патент на изобретение №2305859

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в системах управления полетом дирижаблей. Технический результат – повышение точности. Для реализации данной задачи в систему управления вводят анализаторы траекторий движения летательного аппарата. Измеряют в полете отклонения текущих параметров движения от заданных значений. Определяют суммарные отклонения в виде сумм отклонений и интегральные величины этих суммарных отклонений, а сигналы управления формируют на основе суммарных отклонений и их интегральных величин. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

(56) (продолжение):

CLASS=”b560m”самолета ТУ-154 (АБСУ-154-2), с.45-47. Михалев И.А. и др. Системы автоматического управления самолетом. – М.: Машиностроение, 1987, с.174.

Изобретение относится к управлению траекторией движения летательных аппаратов и может быть использовано в системах управления полетом дирижаблей.

Известен способ управления траекторией движения летательного аппарата, основанный на вводе в его систему управления заданных параметров движения, измерении отклонений текущих параметров движения от заданных значений, формировании по этим отклонениям сигналов управления на исполнительные органы и индикации текущих параметров движения (Ю.П.Гусаков, Г.И.Загайнов. Управление полетом самолетов. М., «Машиностроение», 1991, 216-217 с. – ближайший аналог способа).

Недостатками ближайшего аналога-способа является невысокая точность управления, обусловленная заданием не текущих, а конечных параметров движения, отсутствием в законах управления составляющих для ликвидации статических ошибок, а также ограниченность применения.

Известны устройства управления траекторией движения летательного аппарата на различных ее этапах. В частности, известно устройство управления скоростью полета летательного аппарата в продольной плоскости с помощью автомата тяги путем отклонения рычагов управления двигателей (А.Г.Гамулин. Автоматическая бортовая система управления полетом самолета ТУ-154 (АБСУ-154-2), с.45-47). В указанном автомате реализован закон управления, в котором сигнал управления пропорционален отклонению текущей скорости полета от заданной скорости. При этом заданная скорость устанавливается летчиком с помощью задатчика или принимается равной текущей скорости в момент включения автомата тяги. Известно также устройство управления высотой полета летательного аппарата в вертикальной плоскости путем отклонения руля высоты и стабилизатора с помощью САУ-204 и САУ-96 (В.Г.Воробьев, С.В.Кузнецов. Автоматическое управление полетом самолетов. М., «Транспорт», 1995, с.330-331). В этом устройстве автоматического управления реализован закон управления, в котором сигнал управления состоит из суммы трех составляющих соответственно пропорциональных вертикальному ускорению, вертикальной скорости и отклонению барометрической высоты от такой же заданной высоты. Причем последняя устанавливается летчиком с помощью задатчика.

Известно устройство управления курсом летательного аппарата при его плоском движении (Ю.П.Гуськов, Г.И.Зюгайнов. Управление полетом самолетов. М., «Машиностроение», 1991, с.207-214), в котором закон управления рулями направления построен из трех составляющих, пропорциональных соответственно отклонению текущего угла курса от заданного угла, поперечной перегрузке и угловой скорости угла курса.

Недостатком упомянутого аналога устройства является зависимость точности управления от внешних возмущающих факторов и собственных характеристик устойчивости и управляемости, использование в алгоритмах управления ограниченного числа траекторных параметров, узкая область режимов применения.

Известно устройство управления траекторией движения летательного аппарата, содержащее блок навигационных систем (СНС, ИНС), блок обработки навигационной информации, соединенный с выходами блока навигационных систем, блоки автоматического и ручного управления, блок формирования сигналов управления на исполнительные органы, соединенный с выходами блока обработки навигационной информации и с выходами блоков автоматического и ручного управлений и блок индикации текущих параметров движения (Патент РФ №2204504, В64С 13/16, G01С 23/00, 2003 г. – ближайший аналог устройства).

Недостатками ближайшего аналога устройства являются: наличие нескольких этапов полета со своими алгоритмами управления, невысокая точность управления, обусловленная отсутствием в законах управления составляющих, снижающих влияние на точность собственных характеристик устойчивости и управляемости, несовместимость автоматического и ручного режимов полета и сложность управления.

Техническим результатом способа и устройства, на который направлено изобретение, является повышение точности управления траекторией движения летательного аппарата, упрощение процесса управления, повышение надежности аппаратуры и расширение области применения.

Этот результат в способе управления траекторией движения летательного аппарата, основанном на вводе в его систему управления заданных параметров движения, измерении отклонений текущих параметров движения от заданных значений, формировании по этим отклонениям сигналов управления на исполнительные органы и индикации текущих параметров движения, достигается тем, что в систему управления для получения заданной траектории движения вводят по трем каналам управления (продольному, вертикальному и поперечному) заданные значения ускорений, скоростей и перемещений, причем заданные значения скоростей и перемещений получают соответственно путем интегрирования заданных ускорений и заданных скоростей, определяют суммарные отклонения в виде сумм отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений и интегральные величины этих суммарных отклонений, сигналы управления формируют из сумм суммарных отклонений и их интегральных величин, а также производят дополнительную индикацию заданных параметров движения.

Технический результат устройства для управления траекторией движения летательного аппарата, содержащего блок навигационных систем (СНС, ИНС,), блок обработки навигационной информации, соединенный с выходами блока навигационных систем, блоки систем автоматического и ручного управления, блок формирования сигналов управления по трем каналам, соединенный с блоком обработки навигационной информации и с блоками систем автоматического и ручного управления и блок индикации текущих параметрам движения, достигается тем, что ПРОДОЛЬНЫЙ И ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КАНАЛЫ блока формирования сигналов управления выполнены одинаково и имеют сумматоры для определения заданных суммарных ускорений, сумматоры для определения отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, сумматоры для определения суммарных отклонений в виде сумм отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, интеграторы для определения заданных скоростей, заданных перемещений и интегральных величин суммарных отклонений и сумматоры для получения сумм суммарных отклонений и их интегральных величин, совокупность которых обеспечивает аппаратурную реализацию обоих законов управления в виде:

а) для продольного канала:

б) для вертикального канала:

где

_v, _в – сигналы на приводы рычагов управления тягой двигателей и управления вертикальной перегрузкой соответственно продольного и вертикального каналов;

К_ИХ, К_ИY – передаточные коэффициенты по интегральным составляющим сигналов управления соответственно продольного и вертикального каналов;

к_ax1, к_vx1, к_L; к_ау, к_vy, к_Н – передаточные коэффициенты по отклонениям текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соответственно продольного и вертикального каналов;

а_x, а_хз; а_yg, а_ygз – текущие и заданные значения ускорений соответственно продольного и вертикального каналов;

а_хз=а_хз ^ру+а_хз ^пр; а_хз ^ру=k₁x_v;

а_ygз=а_ygз ^ру+а_ygз ^пр; а_ygз ^ру=k₂x_в;

a_хз ^ру, а_ygз ^ру – заданные продольные и вертикальные ускорения от органов ручного управления;

a_хз ^пр, а_ygз ^пр – программные значения продольного и вертикального ускорения от блока автоматического управления;

k₁, k₂ – передаточные коэффициенты по отклонениям органов ручного управления;

x_v, x_в – отклонения органов ручного управления в продольном и вертикальном каналах;

v_x, v_хз; v_yg, v_ygз – текущие и заданные значения скорости соответственно продольного и вертикального каналов;

L, L_з; H, H_з – текущие и заданные значения продольного перемещения и высоты по местной вертикали;

(Примечание: а_х, а_хз; v_x, v_хз, L, L_з – проекции текущих и заданных путевых ускорений, скоростей и перемещений на горизонтальную плоскость.), при этом входы сумматоров для определения заданных суммарных ускорений по каналам управления соединены с соответствующими выходами заданных ускорений блоков автоматического и ручного управления, а выходы упомянутых сумматоров последовательно соединены с входами интеграторов для определения по каналам управления заданных скоростей и заданных перемещений, одни входы сумматоров для определения по каналам управления отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соединены с одноименными выходами текущих параметров блока обработки навигационной информации, а другие входы тех же сумматоров по каналам управления соединены соответственно с выходами сумматоров для определения заданных суммарных ускорений и интеграторов для определения заданных скоростей и заданных перемещений, сигналы с выходов сумматоров для определения отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений по каналам управления, умноженные на соответствующие этим отклонениям передаточные коэффициенты, поступают на входы сумматоров для определения по каналам управления суммарных отклонений в виде сумм отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений, выходы сумматоров для определения суммарных отклонений соединены по каналам управления с входами интеграторов для определения интегральных величин суммарных отклонений, сигналы с выходов этих интеграторов, умноженные на соответствующие этим отклонениям передаточные коэффициенты, и сигналы с выходов сумматоров для определения суммарных отклонений подводят по каналам управления к сумматорам для формирования сигналов управления, которые в виде сумм сигналов суммарных отклонений и их интегральных величин подводят к приводам соответствующих каналов, а ПОПЕРЕЧНЫЙ КАНАЛ блока формирования сигналов управления имеет сумматор для определения заданного суммарного поперечного ускорения, вычислитель и интегратор для определения заданной угловой скорости путевого угла и заданного путевого угла, вычислитель для определения проекций заданного продольного и поперечного ускорения в горизонтальной плоскости на оси земной системы координат, сумматоры и интеграторы для определения в той же системе координат заданных суммарных продольных и поперечных ускорений, скоростей и перемещений, сумматоры для определения продольных и поперечных отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, сумматоры и вычислители для определения сумм продольных и поперечных отклонений скоростей и перемещений и проекций этих суммарных отклонений, сумматор и интегратор для определения суммарного отклонения упомянутых параметров и получения интегральной величины этого отклонения, сумматор для формирования сигнала управления по поперечному каналу в виде суммы сигналов суммарного отклонения и его интегральной величины, совокупность которых обеспечивает аппаратурную реализацию закона управления по поперечному каналу в виде:

где

a_zgз=-а_хзsin_з+a_zзcos_з, a_xgз=а_хзcos_з+a_zзsin_з;

_н – сигнал управления поперечного канала на привод руля направления (или боковой движитель);

К_иz – передаточный коэффициент по интегральной составляющей сигнала управления;

к_az, к_vz, к_zg, к_ax2, к_vx2, к_x – передаточные коэффициенты отклонений текущих поперечных и продольных ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соответственно;

a_zg, a_zgз, v_zg, v_zgз, z_g, z_gз; a_xg, a_xgз, v_xg, v_xgз, x_g, x_gз – проекции текущих и заданных поперечных и продольных ускорений, скоростей и перемещений в земной системе координат;

a_хз, a_zз – проекции заданных продольных и поперечных ускорений на горизонтальную плоскость;

а_з3=а_zз ^ру+а_zз ^пр; а_zз ^ру=к_zx_н;

x_н – отклонения органа ручного управления в поперечном канале;

к_з – передаточный коэффициент по отклонению органа ручного управления;

_з – заданный путевой угол, где

при этом входы сумматора для определения заданного суммарного поперечного ускорения соединены с выходами заданных поперечных ускорений блоков автоматического и ручного управлений, один выход этого сумматора последовательно соединен с входами вычислителя для определения заданной угловой скорости путевого угла, интегратора для определения заданного путевого угла и сумматора для определения заданного суммарного путевого угла, причем вход вычислителя для определения заданной угловой скорости путевого угла соединен также с выходом интегратора для определения заданной продольной скорости в горизонтальной плоскости, а второй вход сумматора для определения заданного суммарного путевого угла соединен с выходом начальной выставки путевого угла _о блока обработки навигационной информации, входы вычислителя для определения проекций заданного продольного и поперечного ускорения на оси земной системы координат соединены со вторым выходом сумматора для определения заданного суммарного путевого угла и со вторыми выходами сумматоров для определения заданного суммарного продольного и поперечного ускорения в горизонтальной плоскости, а выходы этого вычислителя соединены с входами сумматоров для определения заданных суммарных продольных и поперечных ускорений в земной системе координат, выходы этих сумматоров последовательно соединены с интеграторами для определения заданных суммарных продольных и поперечных скоростей и перемещений, одни входы сумматоров для определения по обоим каналам отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соединены с одноименными выходами текущих параметров блока обработки навигационной информации, а другие входы тех же сумматоров для определения отклонений соединены с выходами сумматоров и интеграторов для определения по каналам, заданных суммарных продольных и поперечных ускорений, скоростей и перемещений, выходы сумматоров с сигналами отклонений текущих скоростей и перемещений, умноженные на соответствующие этим отклонениям передаточные коэффициенты, подводят к сумматорам для определения сумм этих отклонений, выходы указанных сумматоров соединены с входами вычислителей для определения проекций упомянутых суммарных отклонений, при этом вторые входы вычислителей для определения проекций соединены со вторым выходом сумматора для определения заданного суммарного путевого угла, сигналы с выхода сумматоров для определения текущих ускорений от заданных значений по продольному и поперечному каналам, умноженные на соответствующие этим отклонениям передаточные коэффициенты, подводят на один из входов сумматора для определения суммарного отклонения, другие входы которого для этой цели соединены с выходами вычислителей для определения проекций суммарных отклонений скоростей и перемещений в скоростной системе координат, выход сумматора для определения суммарного отклонения соединен с входом интегратора для определения интегральной величины суммарного отклонения, сигнал с которого, умноженный на соответствующий этой величине передаточный коэффициент, передают на вход сумматора для формирования сигнала управления по поперечному каналу, другой вход которого для этой цели соединен с выходом сумматора для определения суммарного отклонения в виде суммы указанных отклонений, выход сумматора для определения суммарного отклонения соединен с входом интегратора для получения интегральной величины упомянутого суммарного отклонения, сигнал с которого, умноженный на передаточный коэффициент по этой интегральной величине, вместе с сигналом суммарного отклонения поступает на вход сумматора для формирования сигнала управления поперечного канала, который в виде суммы сигналов суммарного отклонения и его интегральной величины подводят на привод руля направления. Технический результат достигается еще и тем, что блок индикации дополнительно соединен с выходами интеграторов для определения продольной и вертикальной заданной скорости, заданной высоты и с выходами сумматора для определения заданного путевого угла.

Сущность изобретения представлена на прилагаемых чертежах и описании. При этом на Фиг.1 показана структурная схема устройства для управления траекторией движения летательного аппарата, а на Фиг.2, 3, 4 показаны результаты моделирования вертикального канала с графиками изменения соответственно текущих и заданных значений ускорений, скоростей и высот полета по времени. Причем на Фиг.1 с целью упрощения и компактности представления схемы блок автоматического управления расположен на блоке обработки навигационной информации, блок формирования сигналов управления и расположенный на нем вычислитель для определения проекций продольных и поперечных скоростей окантованы штрихпунктирными линиями, а соединения подвода от соответствующих элементов к блоку индикации разных параметров заменены обозначениями номеров этих элементов в кружочках.

Устройство управления траекторией движения летательного аппарата (Фиг.1) состоит из блока навигационных систем (СНС, ИНС) 1, блока обработки навигационной информации 2, блоков автоматического 3 и ручного 4 управления, блока формирования сигналов управления 5 на исполнительные органы и блока индикации 6..

Выходы блока навигационных систем 1 с текущими значениями ускорений, скоростей и перемещений по каждому каналу соединены с одноименными входами каналов блока обработки навигационной информации 2, а выходы последнего аналогичным образом соединены с входами блока формирования сигналов управления 5. Выходы блоков автоматического 3 и ручного 4 управления с соответствующими значениями заданных ускорений также соединены с блоком формирования сигналов управления 5.

Блок формирования сигналов управления 5 в продольном и вертикальном канале управления имеет соответственно по каналам управления сумматоры 7, 8 для определения заданных суммарных ускорений, интеграторы 9, 10 для определения заданных скоростей, интеграторы 11, 12 для определения заданных перемещений, сумматоры 13, 14; 15, 16; 17, 18 для определения отклонений соответственно текущих ускорений, текущих скоростей и текущих перемещений от заданных значений, сумматоры 19, 20 для определения суммарных отклонений в виде сумм упомянутых отклонений, интеграторы 21, 22 для получения интегральных величин суммарных отклонений и сумматоров 23, 24 для формирования сигналов управления в продольном и вертикальном каналах. Перечисленная совокупность составных элементов обеспечивает аппаратурную реализацию законов управления обоих каналов по выражениям (1) и (2).

При этом входы сумматоров 7, 8 для определения суммарных заданных ускорений соединены с соответствующими выходами заданных ускорений блоков автоматического 3 и ручного 4 управления, а выходы сумматоров 7, 8 последовательно соединены с входами интеграторов 9, 10 для определения заданных скоростей и входами интеграторов 11, 12 для определения заданных перемещений. Сумматоры 13, 14; 15, 16; 17, 18 определяют по каналам управления соответственно отклонения текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений. Для этого одни входы упомянутых сумматоров 13, 14; 15; 16; 17, 18 соединены с соответствующими выходами текущих ускорений, текущих скоростей и текущих перемещений блока обработки навигационной информации 2, а другие входы указанных сумматоров соединены с соответствующими выходами сумматоров 7, 8 для определения заданных ускорений, выходами интеграторов 9, 10 для определения заданных скоростей, выходами интеграторов 11, 12 для определения заданных перемещений. Сигналы с выходов сумматоров 13, 14; 15, 16; 17, 18 для определения отклонений текущих ускорений, текущих скоростей и текущих перемещений, умноженные на соответствующие им передаточные коэффициенты, подводят по каналам управления на входы сумматоров 19, 20 для определения суммарных отклонений в виде сумм отклонений текущих ускорений, текущих скоростей и текущих перемещений. Выходы сумматоров 19, 20 по каналам управления соединены с входами интеграторов 21, 22 для получения интегральных величин упомянутых суммарных отклонений. Сигналы с интегральными величинами этих отклонений с выхода интеграторов 21, 22, умноженные на соответствующие им передаточные коэффициенты сигналы с суммарными отклонениями с выходов сумматоров 19, 20 подводят к входам сумматоров 23, 24 для формирования сигналов управления по каналам. Эти сигналы в виде сумм сигналов суммарных отклонений и их интегральных величин подводят к приводам исполнительных органов продольного и вертикального каналов.

Поперечный канал имеет сумматор 25, вычислитель 26, интегратор 27 и сумматор 28 для определения соответственно заданного суммарного поперечного ускорения, заданной угловой скорости путевого угла, заданного путевого угла и заданного суммарного путевого угла, вычислитель 29 для определения проекций суммарного продольного и поперечного ускорений, сумматоры 30, 31 для определения соответственно заданного суммарного продольного и поперечного ускорений в земной системе координат, интеграторы 32, 33 и 34, 35 для определения в той же системе заданных скоростей и перемещений, сумматоры 36, 37, 38 и 39, 40, 41 для определения соответственно по упомянутым выше осям земной системы координат отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, сумматоры 42, 43 для определения суммарных отклонений скоростей и перемещений, вычислители 44, 45 для определения суммарных отклонений скоростей и перемещений в скоростной системе координат, сумматор 46 и интегратор 47 для определения суммарного отклонения ускорений, скоростей и перемещений и получения интегральной величины этого отклонения, сумматор 48 для формирования сигнала управления поперечного канала в виде суммы суммарного отклонения и его интегрального значения. Указанная совокупность составных элементов обеспечивает аппаратурную реализацию закона управления поперечного канала по выражению (3).

При этом входы сумматора 25 соединены с выходами заданных поперечных ускорений блоков автоматического 3 и ручного 4 управления, один выход этого сумматора последовательно соединен с входами вычислителя 26, интегратора 27 и сумматора 28. Вход вычислителя 26 соединен также со вторым выходом интегратора 9 для подвода к нему заданной продольной скорости, а второй вход сумматора 28 соединен с соответствующим выходом блока обработки навигационной информации 2 для подвода к сумматору 28 начальной выставки путевого угла. Входы вычислителя 29 соединены со вторым выходом сумматора 25 для подвода к нему заданного суммарного поперечного ускорения, с выходом сумматора 28 для подвода заданного суммарного путевого угла и со вторым выходом сумматора 7 для подвода заданного суммарного продольного ускорения, а выходы этого блока вычислителей соединены с входами сумматоров 30, 31 для определения заданных суммарных продольного и поперечного ускорений в земной системе координат. Выходы сумматоров 30, 31 по обоим каналам последовательно соединены с интеграторами 32, 33 и 34, 35 для определения заданных скоростей и перемещений. Сумматоры 36, 37, 38 по продольному каналу и сумматоры 39, 40, 41 по поперечному каналу определяют отклонения по этим каналам текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений. Для этой цели одни входы этих сумматоров соединены с одноименными выходами текущих ускорений, скоростей и перемещений блока обработки навигационной информации 2, а другие входы с выходами упомянутых выше сумматоров 30, 31, интеграторов 32, 34 и 33, 35 со значениями заданных ускорений, скоростей и перемещений по осям земной системе координат. Входы сумматоров 42 и 43 по обоим каналам соединены соответственно с выходами сумматоров 37, 38 и 40, 41 для определения суммарных отклонений скоростей и перемещений, сигналы с которых в процессе передачи на сумматоры 42 и 43 умножают на соответствующие этим сигналам передаточные коэффициенты. Выходы сумматоров 42 и 43 соединены с входами вычислителей 44, 45. Входы сумматора 46 для определения суммарного отклонения соединены с выходами сумматоров 37, 39 и вычислителей 44, 45. Сигналы с отклонениями текущих ускорений от заданных значений с сумматоров 37, 39 передают на сумматор 46 в умноженном на соответствующие им передаточные коэффициенты виде. Один выход сумматора 46 соединен с входом интегратора 47 для определения интегральной величины суммарного отклонения. Интегральная величина отклонения, умноженная на соответствующий ей передаточный коэффициент, подводится на вход сумматора 48, где формируются сигналы управления по поперечному каналу. Для этого второй вход сумматора 48 соединен с выходом сумматора 46. Сигналы с выхода сумматора 48 поступают на приводы рулей направления.

Блок индикации 6 всю информацию о текущих параметрах движения получает от блока обработки навигационной информации 2. Однако, кроме индикации текущих траекторных параметров, этот блок осуществляет дополнительную индикацию и заданных параметров. С этой целью он соединен с выходами интеграторов 9, 10 для подвода к нему продольной и вертикальной заданной скорости, с выходом интегратора 12 для подвода заданной высоты и с выходом сумматора 28 для подвода заданного суммарного путевого угла

Работа устройства для управления траекторией движения летательного аппарата происходит следующим образом.

Устройство согласно изобретению обеспечивает управление траекторией движения летательного аппарата от его взлета до посадки на всех стадиях полета. При этом устройство может работать в трех режимах: автоматическом, ручном и совмещенном. В автоматическом режиме устройство работает без вмешательства экипажа. Ручной режим осуществляют пилоты путем воздействия на органы ручного управления. Совмещенный режим обеспечивает корректировку автоматического управления с помощью ручного управления. При этом упомянутая корректировка в отличие от существующих устройств обеспечивается без выключения автоматического управления. После корректировки полет летательного аппарата происходит по новой откорректированной траектории.

Продольный и вертикальный каналы выполнены одинаково. А поэтому их работа происходит на одних и тех же принципах. Для осуществления полета летательного аппарата с помощью системы автоматического управления 3 в сумматоры 7, 8 обоих каналов (вместе или порознь) вводят заданные значения ускорений. Корректировку этих ускорений в процессе полета без выключения автоматической системы производят с помощью системы ручного управления 4, осуществляя при этом совмещенное управление. Интегрированием заданных ускорений в интеграторах 9, 10 получают заданные скорости, а потом интегрированием полученных скоростей в интеграторах 11, 12 получают заданные значения перемещений. Тем самым полностью определяют заданную траекторию полета. В процессе движения осуществляют стабилизацию летательного аппарата относительно этой заданной траектории. Для этого с помощью навигационных систем (СНС, ИНС) 1 и блока обработки навигационной информации 2 непрерывно получают по каналам управления текущие значения ускорений, скоростей и перемещений. В сумматорах 13, 14, 15, 16, 17, 18 определяют отклонения упомянутых выше текущих параметров управления от заданных значений, а в сумматорах 19, 20 по каналам управления получают суммарные отклонения и в интеграторах 21, 22 их интегральные величины. В сумматорах 23, 24 по каналам формируют сигналы управления в виде сумм сигналов суммарных отклонений и их интегральных величин, которые подводят к приводам исполнительных органов соответствующих каналов. Таким приводом продольного канала является привод регулятора тяги двигателя, а вертикального канала – привод рулей высоты. По существу в процессе управления сводят к нулю упомянутые выше отклонения текущих параметров управления от заданных значений, тем самым осуществляют движение летательного аппарата по заданной траектории. Этот процесс управления для вертикального канала иллюстрируется кривыми изменения заданных и текущих параметров движения (ускорения, скорости и перемещений) по времени, которые показаны на Фиг.2, 3, 4.

Поперечный канал управления позволяет осуществлять ручное, автоматическое и совмещенное управление траекторией полета летательного аппарата в горизонтальной плоскости – с заданным путевым углом, по заданной линии пути, а также криволинейный полет с заданным радиусом разворота и любую непрерывную их комбинацию. Для этого в сумматор 25 поперечного канала от систем автоматического 3 и ручного 4 управления вводят заданные поперечные ускорения и определяют их суммарное значение, с сумматора 7 вводят заданное продольное ускорение. По суммарным значениям заданного поперечного и продольного ускорений в вычислителе 29 и сумматорах 30, 31 определяют заданные суммарные продольные и поперечные ускорения в земной системе координат, интегрированием которых в интеграторах 32, 33 и 34, 35 получают в тех же координатах заданные значения скоростей и перемещений. В сумматорах 36, 37, 38 и 39, 40, 41 определяют отклонения текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, которые в конечном итоге суммируют в сумматоре 46 для определения суммарного отклонения. В интеграторе 47 получают интегральную величину этого отклонения. Сигнал управления в поперечном канале формируют в сумматоре 48, который в виде суммы сигналов суммарного отклонения и его интегральной величины подводят на приводы рулей направления. В процессе управления сводят к нулю упомянутые выше отклонения текущих параметров поперечного канала от заданных значений, тем самым осуществляют движение летательного аппарата по заданной траектории. Путем введения с помощью системы ручного управления 4 заданных поперечного и продольного ускорений осуществляют переход на новую траекторию полета летательного аппарата.

На блок индикации 6 в процессе полета подводят дополнительную информацию о заданных параметрах движения: продольной и вертикальной скорости, высоте полета и путевом угле. Наличие указанной информации позволяет повысить эффективность управления полетом летательного аппарата.

Изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую точность управления траекторией движения летательного аппарата, так как управление по каналам осуществляют относительно заданной траектории по трем параметрам: ускорению, скорости и перемещению.

Заданная траектория в процессе полета может корректироваться без выключения системы автоматического управления. Способ и реализующее его устройство построено на едином алгоритмическом принципе – первоначально по каналам управления задаются соответствующие ускорения, по которым определяются заданные скорости, перемещения и другие необходимые параметры. Указанное построение и принципы позволяют существенно упростить само управление полетом летательного аппарата. Устройство управления обладает высокой надежностью, обусловленной построением его на простой и широко освоенной элементной базе. Последнее обстоятельство позволяет освоить это устройство в более короткие сроки и с меньшими затратами. Изобретение имеет широкую перспективу применения в дирижаблях.

Формула изобретения

1. Способ управления траекторией движения летательного аппарата, основанный на вводе в его систему управления заданных параметров движения, измерении отклонений текущих параметров движения от заданных значений, формировании по этим отклонениям сигналов управления на исполнительные органы и индикации текущих параметров движения, отличающийся тем, что в систему управления для получения заданной траектории движения вводят по трем каналам управления (продольному, вертикальному и поперечному) заданные значения ускорений, скоростей и перемещений в земной системе координат, причем заданные значения скоростей и перемещений получают соответственно в результате интегрирования заданных ускорений и заданных скоростей, определяют суммарные отклонения в виде сумм отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений и интегральные величины этих суммарных отклонений, сигналы управления формируют из сумм суммарных отклонений и их интегральных величин и производят дополнительную индикацию заданных параметров движения.

2. Устройство для управления траекторией движения летательного аппарата, содержащее блок навигационных систем (СНС, ИНС), блок обработки навигационной информации, соединенный с выходами блока навигационных систем, блоки систем автоматического и ручного управления, блок формирования сигналов управления по трем каналам, соединенный с блоком обработки навигационной информации и с блоками автоматического и ручного управления и блок индикации текущих параметров движения, отличающееся тем, что продольный и вертикальный каналы блока формирования сигналов управления выполнены одинаково и имеют сумматоры для определения заданных суммарных ускорений, сумматоры для определения отклонений текущих: ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, сумматоры для определения суммарных отклонений в виде сумм текущих отклонений ускорений, скоростей и перемещений, интеграторы для определения заданных скоростей, заданных перемещений и интегральных величин суммарных отклонений и сумматоры для получения сумм суммарных отклонений и их интегральных величин, совокупность которых обеспечивает аппаратурную реализацию законов управления обоих каналов в виде:

а) для продольного канала

б) для вертикального канала:

где:

_v, _в – сигналы на приводы рычагов управления тягой двигателей и управления вертикальной перегрузкой соответственно продольного и вертикального каналов;

К_их, K_иу – передаточные коэффициенты по интегральным составляющим сигналов управления соответственно продольного и вертикального каналов;

k_ax1, k_vx1, K_L; k_ay, k_vy, k_H – передаточные коэффициенты по отклонениям текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соответственно продольного и вертикального каналов;

a_x, a_хз; a_yg, a_ygз – текущие и заданные значения ускорений соответственно продольного и вертикального каналов;

а_хз=a_хз ^ру+a_хз ^пр; a_хз ^ру=k₁x_v

а_ygз=a_ygз ^ру+a_ygз ^пр; a_ygз ^ру=k₂x_в

а_хз ^ру a_ygз ^пр – заданные продольные и вертикальные ускорения от органов ручного управления;

а_хз ^пр, а_yз ^пр – программные значения продольного и вертикального ускорения от блока автоматического управления;

k₁, k₂ – передаточные коэффициенты по отклонениям органов ручного управления;

x_v, x_в – отклонения органов ручного управления в продольном и вертикальном каналах;

v_x, v_хз; v_yg, v_ygз – текущие и заданные значения скорости соответственно продольного и вертикального каналов;

L, L_з; Н, Н_з – текущие и заданные значения продольного перемещения и высоты по местной вертикали;

a_x, a_хз; v_x, v_хз, L, L_з – проекции текущих и заданных путевых ускорений, скоростей и перемещений на горизонтальную плоскость;

при этом входы сумматоров для определения заданных суммарных ускорений по каналам управления соединены с соответствующими выходами заданных ускорений блоков автоматического и ручного управления, а выходы сумматоров для определения заданных суммарных ускорений последовательно соединены с входами интеграторов для определения по каналам управления заданных скоростей и заданных перемещений, одни входы сумматоров для определения по каналам управления отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соединены с соответствующими выходами указанных текущих параметров блока обработки навигационной информации, а другие входы тех же сумматоров по каналам управления соединены соответственно с выходами сумматоров для определения заданных суммарных ускорений, выходами интеграторов для определения заданных скоростей и заданных перемещений, сигналы с выходов сумматоров для определения отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений по каналам управления, умноженные на соответствующие по этим отклонениям передаточные коэффициенты, подводят на входы сумматоров для определения по каналам управления суммарных отклонений в виде сумм отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений, выходы сумматоров для определения суммарных отклонений соединены по каналам управления с входами интеграторов для определения интегральных величин суммарных отклонений, сигналы с выходов этих интеграторов, умноженные на соответствующие по этим интегральным величинам передаточные коэффициенты, и сигналы с выходов сумматоров для определения суммарных отклонений подводят по каналам управления к сумматорам для формирования сигналов управления, которые в виде суммы сигналов суммарных отклонений и их интегральных величин по соответствующим каналам подводят к приводам продольного и вертикального каналов, а поперечный канал блока формирования сигналов управления имеет сумматор для определения заданного суммарного поперечного ускорения, вычислитель и интегратор для определения заданной угловой скорости путевого угла и заданного путевого угла, сумматор для определения заданного суммарного путевого угла, вычислитель для определения проекций заданного продольного и поперечного ускорения в горизонтальной плоскости на оси земной системы координат, сумматоры и интеграторы для определения в той же системе координат заданных суммарных продольных и поперечных ускорений, скоростей и перемещений, сумматоры для определения продольных и поперечных отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений, сумматоры и вычислители для определения сумм продольных и поперечных отклонений скоростей и перемещений и проекций этих суммарных отклонений в скоростной системе координат, сумматор и интегратор для определения суммарного отклонения упомянутых параметров и получения интегральной величины этого отклонения, сумматор для формирования сигнала управления по поперечному каналу в виде суммы сигналов суммарного отклонения и его интегральной величины, совокупность которых обеспечивает аппаратурную реализацию закона управления по поперечному каналу в виде:

где

а_zg3=-a_хзsin_з+a_z3cos_з, a_xg3=a_хзcos_з+a_z3sin_з;

_н – сигнал управления поперечного канала на привод руля направления (или боковой движитель);

К_иz – передаточный коэффициент по интегральной составляющей сигнала управления;

k_az, k_vz, k_zg, k_ax2, k_vx2, k_x – передаточные коэффициенты отклонений текущих поперечных и продольных ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соответственно;

a_zg, a_zg3, v_zg, v_zg3, z_g, z_g3; a_xg, a_xg3, v_xg, v_xg3, x_g, x_g3 – проекции текущих и заданных поперечных и продольных ускорений, скоростей и перемещений в земной системе координат;

а_хз, a_zз – проекции заданных продольных и поперечных ускорений на горизонтальную плоскость;

а_zз=a_zз ^ру+a_zз ^пр; a_zз ^ру=k₃x_н

Х_н – отклонения органа ручного управления в поперечном канале;

К_з – передаточный коэффициент по отклонению органа ручного управления;

_з – заданный путевой угол, где:

при этом входы сумматора для определения заданного суммарного поперечного ускорения соединены с выходами заданных поперечных ускорений в блоках автоматического и ручного управления, один выход этого сумматора последовательно соединен с входами вычислителя для определения заданной угловой скорости путевого угла, интегратора для определения заданного путевого угла и сумматора для определения заданного суммарного путевого угла, причем вход вычислителя для определения заданной угловой скорости путевого угла соединен также со вторым выходом интегратора для определения заданной продольной скорости в горизонтальной плоскости, а второй вход сумматора для определения заданного суммарного путевого угла соединен с выходом начальной выставки путевого угла ₀ блока обработки навигационной информации, входы вычислителя для определения проекций заданных продольного и поперечного ускорений в горизонтальной плоскости на оси земной системы координат соединены со вторым выходом сумматора для определения заданного суммарного путевого угла и со вторыми выходами сумматоров для определения заданных суммарных продольных и поперечных ускорений в горизонтальной плоскости, а выходы этого вычислителя соединены с входами сумматоров для определения заданных суммарных продольных и поперечных ускорений в земной системе координат, выходы этих сумматоров последовательно соединены с интеграторами для определения заданных суммарных поперечных и продольных скоростей и перемещений, одни входы сумматоров для определения по продольному и поперечному каналам отклонений текущих ускорений, скоростей и перемещений от заданных значений соединены с одноименными выходами текущих параметров блока обработки навигационной информации, а другие входы тех же сумматоров для определения отклонений соединены с сумматорами и интеграторами для определения по каналам в земной системе координат заданных суммарных продольных и поперечных ускорений, скоростей и перемещений, сигналы с выхода сумматоров для определения отклонений по каналам управления текущих скоростей и перемещений, умноженные на соответствующие этим отклонениям передаточные коэффициенты, подводят к сумматорам для определения сумм этих отклонений, выходы указанных сумматоров соединены с входами вычислителей для определения проекций упомянутых суммарных отклонений в скоростной системе координат, при этом вторые входы вычислителей для определения проекций соединены со вторым выходом сумматора для определения заданного суммарного путевого угла, сигналы с выхода сумматоров для определения отклонений текущих ускорений от заданных значений по продольному и поперечному каналам, умноженные на соответствующие этим отклонениям передаточные коэффициенты, подводят на один из входов сумматора для определения суммарного отклонения, другие входы которого соединены с выходами вычислителей для определения упомянутых проекций суммарных отклонений скоростей и перемещений, выход сумматора для определения суммарного отклонения соединен с входом интегратора для определения интегральной величины суммарного отклонения, сигнал с которого, умноженный на соответствующий этой величине передаточный коэффициент, передают на вход сумматора для формирования сигнала управления по поперечному каналу, другой вход которого для этой цели соединен с выходом сумматора для определения суммарного отклонения, сигнал с сумматора формирования в виде суммы сигналов суммарного отклонения и его интегральной величины поступает на приводы рулей направлений летательного аппарата.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок индикации дополнительно соединен с выходами интеграторов для определения продольной и вертикальной заданной скорости, заданной высоты и с выходом сумматора для определения заданного суммарного путевого угла.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.03.2009

Извещение опубликовано: 10.02.2010 БИ: 04/2010

NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.02.2010

Извещение опубликовано: 20.02.2010 БИ: 05/2010