Винаходи відносяться до галузі приладобудування та можуть бути використані в системах наведення літальних апаратів (ЛА). Технічний результат - підвищення точності. Для досягнення даного результату додатково введені: операції вимірювання прискорення по поздовжній осі об'єкта, визначення вектора заданих прискорень і орта відомого вектора на осі зв'язаної системи координат об'єкту і визначення значень керуючих прискорень по осях управління ЛА. Акселерометр і перетворює пристрій, який одним входом пов'язане з виходами блоку формування заданих прискорень, іншим входом з виходом акселерометра, а виходами - з входами виконавчого пристрою. 2 н.п. ф-ли, 5 мул.
Малюнки до патенту РФ 2343531
Винаходи відносяться до систем управління безпілотними об'єктами і переважно можуть бути використані в системах наведення.
Відомий спосіб управління [1], який включає формування заданих прискорень і вимір прискорень в площині, перпендикулярній відомому вектору (променю), і використання різниці цих прискорень для управління об'єктом.
Недоліком відомого способу є технічна складність його здійснення. Для реалізації способу необхідний контур стабілізації по перевантаженню на осі променевої системи координат, в той час як реалізація перевантаження об'єкта здійснюється шляхом відхилення керма управління в пов'язаних осях об'єкта. Технічна складність створення такого контуру стабілізації очевидна і підтверджується тим, що відомий спосіб не реалізований по теперішній час.
Відомий спосіб управління [2], який включає формування заданих прискорень в площині, перпендикулярній відомому вектору (лінії дальності), і використання цих прискорень в якості заданих прискорень на осі OY1 OZ1 пов'язаної системи координат об'єкту.
Недоліком відомого способу, прийнятого за прототип, є наявність помилок реалізації закону наведення при кутових розузгодження між корпусом об'єкта і відомим вектором [3].
Відомо пристрій управління [4], що містить блок формування заданих прискорень і виконавчий пристрій, причому виходи блоку формування з'єднані з відповідними входами виконавчого пристрою.
Недоліком відомого пристрою є наявність помилок реалізації закону наведення при кутових розузгодження між корпусом об'єкта і відомим вектором [3].
Завданням, на вирішення якої спрямовано винахід, є підвищення ймовірності ураження цілі за рахунок точної реалізації об'єктом закону наведення.
Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пропонованому способі управління об'єктом по прискоренню, що включає формування заданих прискорень в площині, перпендикулярній відомому вектору, відповідно до винаходу одночасно додатково вимірюють прискорення по поздовжній осі об'єкта, знаходять вектор заданих прискорень і визначають орт відомого вектора на осі пов'язаної системи координат, а потім, використовуючи вектор заданих прискорень, виміряний прискорення і орт відомого вектора, знаходять значення керуючих прискорень по осях управління OY1 і O Z1 об'єкта.
До істотних відмінностей заявленого способу від відомих технічних рішень відноситься те, що заявлений спосіб формує керуючі прискорення на осі зв'язаної системи координат і дозволяє знайти такі керуючі прискорення на осі OY1 і OZ1 об'єкта, що проекція повного вектора прискорень об'єкта на площину, перпендикулярну відомому вектору, дорівнює заданим прискоренням в цій площині. Таким чином, заявлене рішення дозволяє точно реалізувати закон наведення об'єкта незалежно від величини поздовжнього прискорення і кутового неузгодженості між відомим вектором і поздовжньою віссю об'єкта.
В пристрій управління об'єктом по прискоренню, що включає блок формування заданих прискорень і виконавчий пристрій, відповідно до винаходу додатково введені акселерометр і перетворює пристрій, n входів якого з'єднані з відповідними виходами блоку формування заданих прискорень, вихід акселерометра з'єднаний з іншим входом перетворюючого пристрою, виходи якого з'єднані з входами виконавчого пристрою.
До істотних відмінностей заявленого пристрою від відомого відноситься те, що воно додатково містить акселерометр по поздовжній осі об'єкта і перетворює пристрій, який формує керуючі прискорення на вхід виконавчого пристрою з урахуванням кутового неузгодженості між системами координат і виміряного акселерометром поздовжнього прискорення об'єкта, що дозволяє точно реалізувати задані прискорення, сформовані відповідно до закону наведення в площині, перпендикулярній відомому вектору.
При наведенні по рухомим цілям відомі технічні рішення накладають обмеження на ракурси пуску і кути підходу до мети, знижуючи ймовірність виконання завдання наведення. Запропоноване технічне рішення знімає обмеження по кутах підходу і ракурсам пусків, тим самим розширює діапазон застосування об'єктів, забезпечених системою управління, побудованої з використанням запропонованих рішень, за рахунок чого підвищується ймовірність успішного вирішення завдання наведення. Тому пропоноване технічне рішення має істотне практичне значення.
На фіг.1 наведена блок-схема пристрою.
На фіг.2 наведені системи координат: пов'язана з корпусом об'єкту система координат «1» і пов'язана з відомою лінією система координат «л».
На Фіг.3 графічно ілюстровано основне рівняння пропонованих рішень.
На фіг.4 приведена блок-схема пристрою формування заданих прискорень, позначена позицією 1 на фіг.1.
Фіг.5 ілюструє чисельний приклад.
У цьому описі все прискорення покладаються активними, в тому числі прискорення, виміряний акселерометром по поздовжній осі об'єкта. Дане припущення нічого не змінює по суті, але спрощує опис технічної сутності.
На фіг.1 наведена блок-схема запропонованого пристрою, яке може бути використане для реалізації способу управління об'єктом по прискоренню. Пристрій містить блок 1 формування заданих прискорень, що перетворює пристрій 2, акселерометр 3 по поздовжній осі і виконавчий пристрій 4. Виходи 1. n блоку 1 формування заданих прискорень з'єднані з відповідними входами перетворюючого пристрою 2, виходи n і 1У і n і 1z якого з'єднані з відповідними входами виконавчого пристрою 4, а інший вхід з'єднаний з виходом акселерометра 3 по поздовжній осі.
Як блок 1 формування заданих прискорень може бути використаний пристрій на фіг.4 [5], що включає координатор 1, гіростабілізатори 2 з двома датчиками 4 і 5 кута і обчислювальний пристрій 3. N виходів координатора 1 з'єднані з відповідними входами гіростабілізатора 2 для управління його орієнтацією, два інших виходу координатора 1 з'єднані з першим і другим входами обчислювального пристрою 3, третій і четвертий входи якого з'єднані з виходами датчиків 4 і 5 кутів. Причому виходи обчислювального пристрою 3 є виходами блоку 1 формування заданих прискорень. Як перетворюючого пристрою 2 може бути використано обчислювальний пристрій. Як виконавчий пристрій 4 може бути використана система стабілізації.
Спосіб реалізують наступним чином. Відповідно до закону наведення формують задані прискорення на площину, перпендикулярну відомому вектору, одночасно визначають параметри взаємної орієнтації, наприклад у вигляді матриці, систем координат, пов'язаних з корпусом об'єкту і відомим вектором, одночасно вимірюють прискорення по поздовжній осі об'єкта. Для визначення параметрів взаємної орієнтації вимірюють, наприклад, кути орієнтації відомого вектора щодо корпусу об'єкта. Виміряний прискорення, параметри взаємної орієнтації і задані прискорення перетворять по запропонованим в даному описі правилами в керуючі прискорення, які подають на входи виконавчого пристрою. Причому керуючі прискорення мають такі значення, що проекція повного прискорення об'єкта на площину, перпендикулярну відомому вектору, дорівнює заданим прискоренням в цій площині, сформованим відповідно до закону управління.
Пристрій працює наступним чином.
Блок 1 формування заданих прискорень вимірює кути взаємної орієнтації системи координат, пов'язаної з корпусом об'єкту, і відомого вектора і одночасно формує задані прискорення в площині, перпендикулярній відомому вектору. Акселерометр 3 одночасно вимірює прискорення по поздовжній осі об'єкта. Виміряний прискорення, кути взаємної орієнтації і задані прискорення надходять на відповідні входи перетворюючого пристрою 2, яке формує сигнали управління у вигляді керуючих прискорень на входи виконавчого пристрою 4 так, що проекція повного прискорення об'єкта на площину, перпендикулярну відомому вектору, дорівнює заданим прискоренням, сформованим блоком 1 відповідно до закону управління.
Пояснення суті винаходу і обгрунтування його здійсненності. Відомо, що поширені системи наведення, в яких відповідно до закону управління задані перевантаження формуються в площині, перпендикулярній відомому вектору. Це, наприклад, системи, засновані на методі пропорційного наведення, в яких задані перевантаження пропорційні кутової швидкості обертання вектора дальності (променю координатора) і належать площині, перпендикулярній вектору дальності. Відомо також, що реалізація заданих прискорень в контурах стабілізації здійснюється шляхом порівняння заданих і виміряних прискорень по поперечним осях управління OY1 і OZ1 пов'язаної системи координат. При цьому більшість об'єктів не володіє пристроями управління прискоренням по поздовжній осі.
У відомих системах наведення заданий прискорення на осі зв'язаної системи координат:
1) одно заданому прискорення, знайденому в відповідно до закону наведення в площині, перпендикулярній відомому вектору;
2) одно заданому прискорення, знайденому в відповідно до закону наведення і поділеній на квадрат косинуса кута між системами координат.
У плоскому випадку для варіанта 1) проекція реалізованого прискорення на площину, перпендикулярну відомому вектору, відрізняється від заданого прискорення на величину, що залежить від кута між системами координат. Для варіанту 2) проекція реалізованого прискорення збігається з заданим прискоренням.
Однак в обох випадках фактично реалізоване об'єктом прискорення в площині, перпендикулярній відомому вектору, відрізняється від заданого прискорення принаймні на величину проекції на цю площину прискорення по поздовжній осі об'єкта.
Відомо [3], що відмінність реалізованого прискорення від заданого сприймається системою управління як помилковий маневр цілі, знижує ступінь стійкості управління по закону наведення, накладає обмеження на умови застосування об'єктів. Тому реалізація прискорення, проекція якої на площину, перпендикулярну відомому вектору, дорівнює заданому прискорення в цій площині, вирішує поставлене завдання.
Формальна формулювання завдання.
Для точної реалізації об'єктом закону управління прискоренням, перпендикулярним відомому вектору, необхідно в площині управління об'єктом сформувати таке прискорення по осях OY1 і O Z1. щоб проекція повного вектора прискорення об'єкта на площину, перпендикулярну відомому вектору, дорівнювала заданому прискорення в цій площині.
Відповідно до малюнком на Фіг.3 дане твердження може бути записано формулою
- керуючий прискорення на вхід виконавчого пристрою;
- орт в напрямку відомого вектора;
- невідомий масштабний коефіцієнт.
Невідоме управляє прискорення отримаємо за формулою
У координатної записи з (2) отримаємо систему з трьох рівнянь з трьома невідомими
З першого рівняння системи (3)
Поставивши на друге і третє рівняння, знайдемо шукане прискорення на вхід виконавчого пристрою
З (4) випливає, що система не має рішення, якщо кут між віссю Ox1 пов'язаної системи координат і напрямком відомого вектора становить 90 °.
Завдання формування заданих прискорень повністю вирішена, якщо відомі, що входять в формулу (2) вектори і.
Відповідно до фіг.4 з виходу блоку формування заданих прискорень надходять кути пеленга в. г і задані прискорення n зад лу і n зад лz
в площині, перпендикулярній відомому вектору.
По кутах пеленга можна побудувати матрицю переходу між променевої та пов'язаної системами координат, наприклад
Заданий прискорення на осі зв'язаної системи координат визначають за формулою
Орт відомої лінії в зв'язаній системі координат визначається формулою
Таким чином, знайдені всі вектори в правій частині формули (2), отже, повністю вирішена задача формування керуючого прискорення об'єктом відповідно до закону наведення.
Чисельний приклад. Нехай кут між поздовжньою віссю і відомої лінією дорівнює 45 град.
При цьому г = 45 ° і в = 0. Заданий прискорення дорівнює n зад лу = 0, n зад лz = 20 м / с.
Виміряний прискорення по поздовжній осі а вим 1x = -10 м / с 2.
Підставивши в (4) і (5) отримаємо
Без урахування поздовжнього прискорення у відомому способі на вхід виконавчого пристрою формують
або (з повною компенсацією кутового неузгодженості)
На фіг.5 приведена графічна ілюстрація чисельного прикладу. Таким чином, повністю доведена здійсненність запропонованих технічних рішень. Чисельний приклад наочно показує істотну відмінність запропонованого рішення від відомих технічних рішень.
Значний кут між поздовжньою віссю об'єкта і лінією дальності виникає при стрільбі по рухомих цілях, коли швидкості об'єкта і мети співмірні, а пуски здійснюються під бічними ракурсами.
1. «Проектування систем наведення» під ред. Е.А.Федосова. М. Машинобудування, 1975, стор.27, 28.
2. «Проектування систем наведення» під ред. Е.А.Федосова. М. Машинобудування, 1975, стор.27, 28.
3. «Проектування систем наведення» під ред. Е.А.Федосова. М. Машинобудування, 1975, стр.26-29.
4. «Системи наведення», Е.І.Крінецкій. М. Машинобудування, 1970, стор.117, 118.
5. «Системи наведення», Е.І.Крінецкій. М. Машинобудування, 1970, стор.127.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб управління об'єктом по прискоренню, що полягає у формуванні заданих прискорень в площині, перпендикулярній відомому вектору, який відрізняється тим, що додатково вимірюють прискорення по поздовжній осі об'єкта, знаходять вектор заданих прискорень і визначають орт відомого вектора на осі зв'язаної системи координат об'єкту, а потім , використовуючи вектор заданих прискорень, виміряний прискорення і орт відомого вектора, знаходять значення керуючих прискорень по осях управління Про в1 і Оz1 об'єкта.
2. Пристрій управління об'єктом по прискоренню, що містить блок формування заданих прискорень і виконавчий пристрій, що відрізняється тим, що в нього додатково введені акселерометр і перетворює пристрій, n входів якого з'єднані з відповідними виходами блоку формування заданих прискорень, вихід акселерометра з'єднаний з іншим входом перетворюючого пристрою , виходи якого з'єднані з входами виконавчого пристрою.