устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой
Классы МПК: | F41G7/00 Системы наведения для самодвижущихся снарядов F42B15/01 средства наведения или управления для них |
Автор(ы): | Морозов В.И., Чуканов М.Н., Ухабова О.Н. |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-04-03 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение относится к области разработки систем наведения ракет и может быть использовано в комплексах ПТУР и ЗУР. Технический результат - повышение точности наведения вращающихся по углу крена ракет с релейными приводами рулевых органов. Устройство согласно изобретению содержит формирователи сигналов управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго модуляторов, суммирующий усилитель, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго модуляторов. Устройство также содержит гироскопический датчик угла крена ракеты, первый выход которого соединен со вторым входом первого модулятора, а второй выход соединен со вторым входом второго модулятора, причем сигналы с первого и второго выходов гироскопического датчика угла крена являются релейными трехпозиционными, сдвинутыми относительно друг друга на угол
/2. В устройство введены формирователь сигнала линеаризации, вход которого соединен со вторым выходом гироскопического датчика угла крена, логическое устройство, вход которого соединен со вторым выходом гироскопического датчика угла крена, третий модулятор, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала линеаризации, второй вход соединен с выходом логического устройства, а выход соединен с третьим входом суммирующего усилителя, а также двухпозиционный релейный элемент (компаратор), вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
Формула изобретения
Устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, включающее формирователи сигналов управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго модуляторов, суммирующий усилитель, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго модуляторов, гироскопический датчик угла крена ракеты, первый выход которого соединен со вторым входом первого модулятора, а второй выход соединен со вторым входом второго модулятора, причем сигналы с первого и второго выходов гироскопического датчика угла крена являются релейными трехпозиционными, сдвинутыми друг относительно друга на угол![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области разработки систем наведения ракет и может быть использовано в комплексах ПТУР и ЗУР. Одной из задач, решаемых при разработке систем управления вращающимися по углу крена ракетами, является увеличение надежности функционирования за счет упрощения механических элементов ракеты без ухудшения точности наведения. Известно устройство для управления вращающейся ракетой (/1/, с.237-238, рис. 7.16), в котором с осью наружной рамки гироскопа угла крена, направленной по продольной оси ракеты, связываются роторы двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ). Так как гироскоп крена является свободным астатическим гироскопом, угол поворота статора относительно ротора СКВТ равен углу крена![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
Uy=hycos
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
Uz=hzsin
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
V = k(hycos
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
где k - коэффициент передачи. Недостатком данного устройства является относительная сложность его электромеханических элементов - СКВТ, обеспечивающих реализацию гармонических сигналов. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором СКВТ с целью упрощения аппаратуры заменяются стабилизированным при помощи гироскопа крена коллектором (/1/, с.269, рис.7.32). Токосъемники, вращающиеся относительно коллектора вместе с ракетой, периодически контактируют с изолированными относительно друг друга проводящими ламелями, так что на вход вращающегося вместе с ракетой РП поступают амплитудно-модулированные прямоугольные колебания. Вид модулирующих функций c(
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
V = k(hyc(
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
Таким образом, известное устройство формирования сигналов управления вращающейся одноканальной ракетой включает формирователи команд управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго модуляторов, суммирующий усилитель, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго модуляторов, гироскопический датчик угла
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
- обеспечить пропорциональность величины команд управления и отклонений рулей одноканального релейного РП в каждой из плоскостей исходным командам управления в измерительной системе координат;
- обеспечить в вертикальной плоскости охват максимально возможного диапазона команд управления вверх и ограничение команд вниз. Поставленные задачи решаются посредством суммирования сигнала управления с периодическим сигналом линеаризации и определения знака суммы, причем генерируется такой вид сигнала линеаризации, который обеспечивает максимально возможные команды вверх и ограниченные команды вниз. Это необходимо для управления ракетами с дефицитом располагаемой перегрузки, поскольку в вертикальной плоскости ракета должна развивать ускорение, компенсирующее кинематическое ускорение от силы тяжести. Под располагаемой перегрузкой ракеты понимается наибольшая перегрузка (ускорение) ракеты, которую она может развить при максимальном отклонении рулей (/3/, с. 126). Поставленная задача достигается за счет того, что в известное устройство вводятся элементы (формирователь исходного сигнала линеаризации, логическое устройство, третий модулятор), обеспечивающие формирование скорректированного сигнала линеаризации Uл1, синфазного с модулирующими сигналами c(
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-2t.gif)
где Ал - амплитуда сигнала Uл. С целью обеспечения максимальных команд вверх логическое устройство осуществляет преобразование (коррекцию) исходного линеаризующего сигнала согласно зависимости:
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-3t.gif)
В результате перемножения на третьем модуляторе исходного сигнала линеаризации и сигнала с выхода логического устройства скорректированный сигнал линеаризации Uл1=i Uл с выхода третьего модулятора будет иметь вид:
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-4t.gif)
Вид сигналов c(
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
Таким образом, результирующий одноканальный сигнал управления, поступающий на одноканальный релейный рулевой привод ракеты, является двухпозиционным релейным, обеспечивающим управление на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой информация о величине команд заключена в соотношении длительностей верхнего и нижнего уровней сигнала, соответствующих положению рулей ракеты на одном или другом упоре. Коэффициент усиления в таком устройстве обратно пропорционален амплитуде Ад сигнала линеаризации. Структура предлагаемого устройства пояснена на фиг.2, где представлены формирователи сигналов управления в вертикальной 1 и горизонтальной 2 плоскостях, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого 3 и второго 4 модуляторов, суммирующий усилитель 5, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого 3 и второго 4 модуляторов, гироскопический датчик угла крена 6 ракеты, первый выход которого соединен со вторым входом первого модулятора 3, а второй выход соединен со вторым входом второго модулятора 4, причем сигналы с первого и второго выходов гироскопического датчика угла крена 6 являются релейными трехпозиционными, сдвинутыми относительно друг друга на угол
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184055/947.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
На основе информации с гироскопического датчика угла крена 6 формирователь сигнала линеаризации 7 вырабатывает исходный периодический сигнал Uл по зависимости (1). Логическое устройство 8 в соответствии с зависимостью (2) осуществляет коррекцию, а именно инверсию исходного сигнала линеаризации uл на четверти оборота вращения ракеты по углу крена, в результате чего скорректированный сигнал линеаризации Uл1 с выхода третьего модулятора 9 имеет вид согласно зависимости (3). После суммирования промодулированных рассогласований со скорректированным сигналом линеаризации на суммирующем усилителе 5 и определения знака суммы двухпозиционным релейным элементом 10 выходной релейный сигнал имеет вид согласно зависимости (4). В качестве формирователей сигналов управления может быть использовано устройство, включающее радиолокационную станцию и приемник ракеты, представленное в /1/ на с. 221. В качестве суммирующего усилителя, модулятора, формирователя сигнала линеаризации, логического устройства и компаратора могут быть использованы схемы, представленные в /2/ соответственно на с. 24, 53, 95, 114, 112. В качестве датчика гироскопа угла крена может быть использовано устройство, представленное в /1/ на с. 269. Для оценки эффективности предлагаемого устройства рассмотрим принцип формирования выходного сигнала в зависимости от величин сигналов команд управления. Комплексная амплитуда
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-5t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-6t.gif)
где
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-7t.gif)
V1 y,z - проекции комплексной амплитуды
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-8t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-9t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-10t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-11t.gif)
В соответствии с разложением в ряд Фурье величины V1 y,z имеют вид:
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-12t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-13t.gif)
где
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-14t.gif)
Анализ зависимостей (5)-(8) показывает, что проекции V1 y,z (результирующие команды управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях) пропорциональны синусу линейных рассогласований hy,z в диапазоне изменения его аргумента
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184004/177.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184038/960.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-15t.gif)
возникающее за счет реализации в предлагаемом устройстве указанного вида сигнала линеаризации Uл1, а именно коррекции логическим устройством исходного сигнала линеаризации Uл, тем больше, чем меньше абсолютная величина исходной горизонтальной команды kz. Реализуемое предлагаемым устройством поле команд управления представляет собой область возможных значений вектора
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-16t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184921/2184921-17t.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184004/916.gif)
![устройство формирования релейных сигналов управления вращающейся по углу крена ракетой, патент № 2184921](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
- обеспечение высокой точности формирования команд за счет пропорциональности средней за период вращения по углу крена величины команды и отклонения рулей одноканального релейного РП в каждой из плоскостей исходным командам управления в измерительной системе координат;
- возможность обеспечения максимальных команд вверх в вертикальной плоскости, в которой на ракету действует кинематическое ускорение от силы тяжести, что позволяет обеспечить максимально возможную дальность полета ракеты;
- ограничение команд вниз, что снижает вероятность столкновения ракеты с подстилающей поверхностью в случае ее непосредственной близости (1,0-1,5 м) к линии визирования;
- пониженная чувствительность замкнутого контура управления к расфазировкам, вносимым элементами аппаратуры управления. Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность наведения вращающихся по углу крена одноканальных ракет с релейными приводами рулевых органов. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". Источники информации
1. Кузовков Н.Т. Системы стабилизации летательных аппаратов (баллистических и зенитных ракет). М.: Высшая школа, 1976, с.221, 237, 238, 260, 261, 269. 2. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. 400 схем для АВМ. - М.: Энергия, 1978, с.24, 53, 95, 112, 114. 3. Дмитриевский А.А. Внешняя баллистика. - М.: Машиностроение, 1979, с. 126.
Класс F41G7/00 Системы наведения для самодвижущихся снарядов
Класс F42B15/01 средства наведения или управления для них