автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты

Формула изобретения

1. Автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты, содержащий первый сумматор, первый вход которого является входом привода и подключен к выходу гирокоординатора ракеты, последовательно соединенные корректирующий фильтр, релейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину, выход которой является выходом привода, элемент преобразования угла поворота рулей в сигнал обратной связи, который соединен со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные первый блок произведения, первый сглаживающий фильтр, второй блок произведения и первый масштабный усилитель, выход которого соединен с дополнительным управляющим входом релейного элемента, первый вход первого блока произведения подключен к выходу первого сумматора, а вторые входы первого и второго блоков произведения соединены с выходом опорного напряжения с фазовым опережением 90 нерегулируемой амплитуды гирокоординатора, вход корректирующего фильтра соединен с выходом первого сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий блок произведения, второй сглаживающий фильтр, две параллельно соединенные ветви, первая из которых содержит последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель отрицательной полуволны и второй масштабный усилитель, вторая - последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель положительной полуволны, третий масштабный усилитель и инвертор, второй сумматор и четвертый блок произведения, выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого блока произведения, второй вход которого подключен к выходу гирокоординатора ракеты, а выход - к третьему входу первого сумматора, первый вход третьего блока произведения подключен к выходу первого сумматора, а второй - к выходу опорного напряжения нерегулируемой амплитуды гирокоординатора.

2. Автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты по п.1, отличающийся тем, что второй сглаживающий фильтр выполнен передаточной функцией

где Т - постоянная времени сглаживающего фильтра, выбираемая из условия обеспечения максимального ослабления максимальных амплитуд частоты входного сигнала привода и частоты автоколебаний при обеспечении минимальной инерционности фильтра.

3. Автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты передачи второго и третьего масштабных усилителей выбраны из условия обеспечения минимальных разбросов коэффициента передачи по первой гармонике выходного сигнала рулевого привода в диапазоне частот входного сигнала

_вх=_вр,

где _вр=2_вр - круговая частота вращения ракеты по крену;

_вр - частота вращения ракеты по крену,

для трех уровней входного сигнала, соответствующих, например, 1/3, 2/3 и 1,0 максимального угла отклонения рулей на выбранных расчетных режимах, соответствующих, например, максимальной и минимальной скоростям полета ракеты.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к силовым системам управления летательных аппаратов и наиболее целесообразно может быть использовано в рулевых приводах и автопилотах малогабаритных вращающихся по крену управляемых ракет и снарядов.

Рулевой привод получил широкое распространение в системах управления летательных аппаратов в качестве исполнительного механизма автопилота, перемещающего органы управления летательного аппарата в соответствии с требуемым законом управления [1, 2, 3].

Наиболее распространенным типом рулевых приводов в системах управления летательных аппаратов является рулевой привод с жесткой обратной связью по углу поворота органов управления [2, стр. 9, 2-й абзац снизу].

Известен автоколебательный рулевой привод вращающегося по крену управляемого снаряда 9М117 [4]. Он содержит суммирующее устройство, первый вход которого является входом привода и подключен к выходу гврокоординатора ракеты, корректирующий фильтр, нелинейный элемент, выполненный в виде триггерного устройства, усилитель мощности, рулевую машину с управляющим магнитом, датчик обратной связи, связанный с вторым входом суммирующего устройства [4, стр. 15...19, рис.11].

Отличительной особенностью работы рулевых приводов систем управления вращающихся по крену управляемых ракет и снарядов является отработка гармонического входного сигнала _вх=U_msin_вхt с переменными амплитудой U_m и частотой _вх, определяемых соответственно ошибкой рассогласования контура управления ракеты и частотой вращения ракеты по крену _вх=_вр=2_вр, где _вр - частота вращения ракеты по крену). Гармонический входной сигнал U_вх поступает на вход привода с выхода гирокоординатора ракеты [4, рис.11].

Для разработки высокоточных вращающихся по крену управляемых ракет и снарядов существующих и вновь разрабатываемых комплексов управляемого вооружения необходимо существенное повышение динамической точности рулевого привода, оцениваемое фазовыми (фазовыми сдвигами) и амплитудными (ошибками по углу отработки) погрешностями отработки гармонических входных сигналов в диапазоне частот вращения ракеты для всех уровней амплитуд входного сигнала, соответствующих _m, где _m - максимальный угол отклонения рулей.

К числу известных из теории и практики автоматического регулирования технических мероприятий, направленных на повышение динамической точности работы следящих рулевых приводов, следует отнести следующие:

1. Введение инвариантной связи по управляющему воздействию (входному сигналу) за счет подачи компенсирующего сигнала.

2. Введение инвариантной связи по нагрузке за счет формирования контура по перепаду давления.

3. Повышение добротности по скорости рулевого привода за счет повышения, например, быстродействия элементов привода, введения корректирующих устройств, формирования других законов управления рулевого привода и др.

В практике разработки высокоточных следящих приводов, управляющий сигнал которых изменяется с большими угловыми скоростями и ускорениями, а ограниченная конечная величина добротности по скорости не позволяет обеспечить заданную точность отработки, широкое применение нашли системы [8, 9] с комбинированным управлением (аналог) как существенные эффективные технические средства решения задачи точности воспроизведения заданного управляющего сигнала.

Принципиальная схема следящего привода (рулевого привода) с комбинированным управлением приведена на фиг.1 [8, стр. 85, рис.39; 9, стр. 168, рис.126].

Передаточная функция рулевого привода фиг.1 по ошибке имеет вид [9, стр. 169, выражения 4, 3]

где W₁(p) - передаточная функция корректирующего фильтра цепи ошибки;

W₂(p) - передаточная функция рулевой машины;

W_к(p) - передаточная функция компенсирующей связи по управляющему воздействию;

К_н - коэффициент передачи линеаризованного релейного элемента РЭ;

W₁(p)(W₂(p)(K_н - передаточная функция разомкнутого рулевого привода.

Условие полной инвариантности по управляющему воздействию, что соответствует нулевому фазовому сдвигу и коэффициенту передачи с нулевым разбросом рулевого привода при отработке гармонических управляющих воздействий, имеет вид

Для получения полной инвариантности по управляющему воздействию необходимо введение первой и высших производных от этого воздействия, что требует постановки в цепи компенсирующей связи датчиков производных (скорости, ускорения и др.). Кроме того, передаточная функция инерционной части рулевого привода, которой является рулевая машина, существенно зависит от характера нагрузки (пружинная, перекомпенсация). Эти два обстоятельства являются недостатками рулевых приводов с комбинированным управлением, что сдерживает их применение в системах управления малогабаритных управляемых ракет и снарядов.

Для реализации инвариантной связи по нагрузке за счет формирования в рулевом приводе замкнутого контура по перепаду давления необходим малогабаритный датчик давления, удовлетворяющий всем условиям эксплуатации в составе ракеты, необходимы формирование и реализация замкнутого контура по перепаду давления с обеспечением при этом выходных характеристик контура, необходимых с точки зрения точности привода. Для малогабаритных управляемых ракет решение этой задачи пока связано с определенными техническими трудностями.

Известны релейные автоколебательные системы управления для объектов с изменяющимися параметрами [7, стр. 233...243]. Отмечено [7, стр. 238], что релейный автоколебательный контур как при отсутствии входного воздействия, так и при отработке входного управляющего воздействия вида g(t)=g₀sint обладает стабильностью характеристик по отношению к изменениям коэффициента усиления объекта управления (линейной части системы).

Однако для обеспечения свойства адаптации при широком изменении параметров объекта управления и при достаточно сложной линейной части возможности автоколебательных систем (имеется в виду с точки зрения точности отработки входных воздействий) весьма ограничен [7, стр. 239].

Известен автоколебательный рулевой привод управляемого снаряда, предназначенный для отработки постоянных или медленноменяющихся сигналов управления [5]. Привод содержит сумматор, первый вход которого является входом привода, последовательно соединенные корректирующий фильтр интегродифференцирующего типа с преобладанием интегрирования на частотах автоколебаний, релейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину, выход которой является выходом привода и соединен через элемент обратной связи с вторым входом сумматора.

В известном автоколебательном рулевом приводе управляемого снаряда [6], содержащем сумматор, первый вход которого является входом привода, последовательно соединенные корректирующий фильтр, релейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину, выход которой является выходом привода и соединен через элемент обратной связи с вторым входом сумматора, корректирующий фильтр интегродифференцирующего типа выполнен с амплитудным ослаблением на частотах входного управляющего воздействия и фазовым опережением на частотах автоколебаний.

Из описания изобретения к патенту [6] видно, что описываемый автоколебательный рулевой привод предназначен для отработки гармонического входного сигнала U_вх=U_msin_вхt с переменными амплитудой и частотой, определяемых ошибкой рассогласования контура управления снаряда и частотой вращения снаряда по крену вращающегося по крену управляемого снаряда. Очевидно, хотя на принципиальной схеме рулевого привода [6, фиг.1] это не показано, что для рулевого привода [6], также как и для рулевого привода вращающегося по крену управляемого снаряда 9М117[4], источником гармонического входного сигнала привода является гирокоординатор.

Повышение точности работы в известных автоколебательных рулевых приводах [4, 5, 6] обеспечивается за счет применения в них в цепях ошибки соответствующих корректирующих фильтров.

Недостатком известных автоколебательных рулевых приводов [4, 5, 6] является низкая динамическая точность отработки гармонических входных сигналов, оцениваемая по величине фазового сдвига и ошибке по углу отработки первой гармоники выходного сигнала рулевого привода по отношению к входному.

Требуемый разброс по фазовому сдвигу при отработке этих гармонических входных сигналов рулевым приводом высокоточных управляемых ракет и снарядов должен быть не более (4...5), по коэффициенту передачи (относительно математического ожидания) не более 10%. Эти показатели в несколько раз меньше достигнутых в настоящее время в существующих одноконтурных автоколебательных рулевых приводах [4, 5, 6]. При этом уменьшенные разбросы фазовых сдвигов и коэффициента передачи рулевого привода на частотах вращения ракеты должны быть обеспечены в условиях сравнительно жестких ограничений по габаритно-массовым характеристикам аппаратуры управления ракеты.

За счет разворота оптронных пар или щеток токосъемника гирокоординатора ракеты на угол, противопилотный вращению ракеты и равный среднему значению фазового сдвига рулевого привода на центральной частоте вращения ракеты, требование к абсолютной величине фазового сдвига может быть далеко не таким жестким. Такой способ компенсации фазового сдвига известен, например, в управляемом снаряде 9М117 [4].

В существующей структуре рулевых приводов [1...6] не обеспечивается значительное повышение динамической точности (с точки зрения обеспечения минимальных фазовых и амплитудных искажений выходного сигнала по отношению к входному) отработки гармонических входных сигналов ввиду резкой переменности параметров рулевого привода по времени полета ракеты при сравнительно низкой величине добротности привода по скорости (D150...200¹/сек) при работе на сжатом воздухе и D300...400¹/сек при работе на горячем газе от порохового аккумулятора давления, связанной с ограниченным быстродействием рулевого привода.

Возможности существенного повышения добротности по скорости автоколебательного рулевого привода (до 800...1000 1/сек и более) за счет повышения, например, быстродействия элементов рулевого привода, а также возрастания при этом с увеличением добротности влияния помех на характеристики рулевого привода для повышения динамической точности отработки гармонических входных сигналов автоколебательным рулевым приводам ограничены.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому является известный автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты [11]. Привод содержит первый сумматор, первый вход которого является входом привода и подключен к выходу гирокоординатора ракеты, последовательно соединенные корректирующий фильтр, релейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину, выход которой является выходом привода, элемент преобразования угла поворота рулей в сигнал обратной связи, который соединен со вторым входом первого сумматора, и цепь компенсации фазового сдвига в составе последовательно соединенных первого блока произведения, сглаживающего фильтра, второго блока произведения и масштабного усилителя, выход которого соединен с дополнительным управляющим входом релейного элемента, первый вход первого блока произведения подключен к выходу первого сумматора, а вторые входы блоков произведения соединены с выходом опорного напряжения с фазовым опережением 90 нерегулируемой амплитуды гирокоординатора.

За счет введения в привод цепи компенсации фазового сдвига вырабатывающей сигнал компенсации, пропорциональный мнимой части сигнала ошибки рулевого привода, повышена динамическая точность (уменьшены фазовые сдвиги) отработки автоколебательным рулевым приводом гармонических входных сигналов U_вх=U_msin_вхt. При этом существенно (в несколько раз) уменьшена абсолютная величина фазовых сдвигов рулевого привода в рабочей полосе частот (в диапазоне частот вращения ракеты) 4...16 Гц (получено <5 вместо <24 при _вх=4...12 Гц и <8 вместо <45 при _вх=4...16 Гц), что привело к спрямлению фазовой частотной характеристики рулевого привода и существенному уменьшению 2...3 раза) разброса фазовых сдвигов на уровне не более 4,5 вместо 9...15 без заметного изменения разброса коэффициента передачи.

Недостатком известного автоколебательного рулевого привода вращающейся по крену управляемой ракеты [11] является низкая динамическая точность отработки гармонических входных сигналов на частотах вращения ракеты, оцениваемая по разбросу (изменению) динамического коэффициента передачи рулевого привода по первой гармонике выходного сигнала привода. В известном источнике информации [11] решен вопрос, как уже отмечалось выше, только с одной из составляющих динамической точности, оцениваемой фазовыми (фазовыми сдвигами) погрешностями отработки гармонических входных сигналов в диапазоне частот вращения ракеты для всех уровней амплитуд, соответствующих _m (где _m - максимальный угол отклонения рулей) по первой гармонике угла отклонения рулей. И совершенно не решен вопрос со второй составляющей динамической точности, оцениваемой амплитудными (изменениями динамического коэффициента передачи рулевого привода) погрешностями отработки этих сигналов.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение динамической точности отработки гармонических входных сигналов автоколебательным рулевым приводом вращающихся по крену малогабаритных управляемых ракет и снарядов.

Поставленная задача решается за счет того, что в автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты, содержащий первый сумматор, первый вход которого является входом привода и подключен к выходу гирокоординатора ракеты, последовательно соединенные корректирующей фильтр, релейный элемент, усилитель мощности и рулевую машину, выход которой является выходом привода, элемент преобразования угла поворота рулей в сигнал обратной связи, который соединен со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные первый блок произведения, первый сглаживающий фильтр, второй блок произведения и первый масштабный усилитель, выход которого соединен с дополнительным управляющим входом релейного элемента, первый вход первого блока произведения подключен к выходу первого сумматора, а вторые входы первого и второго блоков произведения соединены о выходом опорного напряжения с фазовым опережением 90 нерегулируемой амплитуды гирокоординатора, вход корректирующего фильтра соединен с выходом первого сумматора, дополнительно введены последовательно соединенные третий блок произведения, второй сглаживающий фильтр, две параллельно соединенных ветви, первая из которых содержит последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель отрицательной полуволны и второй масштабный усилитель, вторая - последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель положительный полуволны, третий масштабный усилитель и инвертор, второй сумматор и четвертый блок произведения, выход второго сумматора подключен к первому входу четвертого блока произведения, второй вход которого подключен к выходу гирокоординатора ракеты, а выход - к третьему входу первого сумматора, первый вход третьего блока произведения подключен к выходу первого сумматора, а второй - к выходу опорного напряжения нерегулируемой амплитуды гирокоординатора.

Второй сглаживающий фильтр выполнен о передаточной функцией

где Т - постоянная времени оглаживающего фильтра, выбираемая из условия обеспечения максимального ослабления максимальных амплитуд частоты входного сигнала привода и частоты автоколебаний при обеспечении минимальной инерционности фильтра.

Коэффициенты передачи второго и третьего масштабных усилителей выбраны из условия обеспечения минимальных разбросов коэффициента передачи по первой гармонике выходного сигнала рулевого привода в диапазоне частот входного сигнала

_вх=_вр,

где _вр=2f_вр - круговая частота вращения ракеты по крену;

f_вр - частота вращения ракеты по крену для трех уровней входного сигнала, соответствующих, например, 1/3, 2/3 и 1,0 максимального угла отклонения рулей на выбранных расчетных режимах, соответствующих, например, максимальной и минимальной скоростям полета ракеты.

На фиг.1 приведена принципиальная схема рулевого привода с комбинированным управлением.

На фиг.2 представлен предлагаемый автоколебательный рулевой привод вращающийся по крену управляемой ракеты, состоящий из первого сумматора 1, корректирующего фильтра 2, релейного элемента 3, усилителя мощности 4, рулевой машины 5, элемента обратной связи 6, первого блока произведения 7, сглаживающего фильтра 8, второго блока произведения 9, первого масштабного усилителя 10, гирокоординатора 11, третьего блока произведения 14, второго сглаживающего фильтра 15, первого однополупериодного выпрямителя 16 отрицательной полуволны, второго масштабного усилителя 17, второго однополупериодного выпрямителя 19 положительной волуволны, третьего масштабного усилителя 20, инвертора 21, второго сумматора 18.

U_вх - входной гармонический сигнал;

- угол поворота рулей;

U_ос - сигнал обратной связи;

U - сигнал ошибки;

U₀cost, U_оsint - сигналы опорного напряжения.

Блоки произведения выполнены на микросхемах, например типа 525ПС2.

На фиг.3 приведены логарифмические амплитудно-фазовые частотные характеристики предлагаемого автоколебательного рулевого привода с введением сигнала компенсации по амплитуде, пропорционального вещественной части сигнала ошибки для трех видов ширширной нагрузки (0; -11,5 кгсм; 10 кгсм) для трех значений амплитуд входного сигнала, соответствующих 6, 12 и 18 утла отклонения рулей при коэффициентах передачи масштабных усилителей К₁=4,2; К₂=1,7; K₃=5,0.

На фиг.4, 5 приведены для сравнения те же характеристики рулевого привода при тех же условиях нагрузки и входных сигналов до введения предлагаемого технического решения (на фиг.4 - с введением сигнала компенсации по фазовому сдвигу, пропорционального мнимой части сигнала ошибки, на фиг.5 - без введения сигналов компенсации по фазовому сдвигу и амплитуде).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала U_ос среднее значение сигнала ошибки U=U_вх-U_ос на выходе первого сумматора 1 (фиг.2) отсутствует, в контуре рулевого привода вследствие отрицательной обратной связи и релейного элемента устанавливаются автоколебания, частота и амплитуда которых определяются параметрами линейной части и релейного элемента. На выходе релейного элемента 3 при этом существуют прямоугольные колебания 50%-ной скважности частоты автоколебаний. Якорь управляющего магнита, поршень рулевой машины и связанные с ним рули колеблются с частотой автоколебаний около нулевого среднего положения. Учитывая, что линейная часть рулевого привода является фильтром низкой частоты, на выходе рулевого привода сигнал частоты автоколебаний имеет форму, близкую к синусоидальной. На выходе корректирующего фильтра 2 амплитуда автоколебаний уменьшается на величину амплитудного ослабления фильтра на частоте автоколебаний, чем достигается увеличение коэффициента передачи релейного элемента для повышения точности рулевого привода [4, 5, 6].

При подаче на вход рулевого привода гармонического входного управляющего сигнала U_вх=U_msin_вхt этот сигнал, как сигнал ошибки U=U_вх-U_ос, который содержит высокочастотную составляющую частоты автоколебаний (30...120 Гц) и низкочастотную гармоническую составляющую частоты входного сигнала (4...14 Гц), поступает на вход корректирующего фильтра 2 и на вход первого и третьего блоков произведения 7, 14. Каждая из составляющих сигнала ошибки, проходя через корректирующий фильтр, цепь компенсации 12 фазового сдвига (фиг.2) и цепь компенсации 13 амплитуды, претерпевает амплитудное и фазовое искажение. Скважность импульсов на выходе релейного элемента 3 в этом случае будет переменной, изменяющейся по гармоническому закону пропорционально низкочастотной составляющей сигнала ошибки. Соответственно якорь магнита, поршень рулевой машины 5 и рули будут отрабатывать величину ошибки рассогласования, тем самым отрабатывая заданный гармонический входной сигнал.

Введение в автоколебательный рулевой привод корректирующего фильтра 2 позволяет существенно повысить добротность по скорости рулевого привода за счет увеличения коэффициента передачи релейного элемента, полученного путем ослабления фильтром амплитуды автоколебаний на входе релейного элемента привода. Причем это обеспечивается практически без снижения частоты автоколебаний привода.

В разработанной схеме фиг.2 с помощью избирательного следящего фильтра, реализованного на двух блоках произведения (первом и втором в цепи компенсации 12 фазового сдвига и третьем и четвертом в цепи компенсации 13 амплитуды) со сглаживанием их выходных сигналов сглаживающим фильтром с постоянной времени Т, выделяется мнимая и вещественная часть сигнала ошибки рулевого привода в диапазоне частот гармонических управляющих воздействии при отработке приводом этих сигналов.

Мнимая часть сигнала ошибки используется для изменения амплитуды U_о сигнала опорного напряжения с выхода гирокоординатора ракеты и служит для формирования сигнала компенсации рулевого привода по фазовому сдвигу. Вещественная часть сигнала ошибки служит для формирования сигнала компенсации по амплитуде отработки (динамическому коэффициенту передачи рулевого привода). При этом амплитуда U_m входного гармонического сигнала U_вх уменьшается или увеличивается в зависимости от знака вещественной части (знака ошибки рулевого привода), так как знак ошибки рулевого привода несет информацию о том, больше или меньше в каждый текущий момент времени выходной сигнал рулевого привода по сравнению с заданным входным. Для обеспечение выработки сигнала компенсации по амплитуде в зависимости от знака ошибки в цепи компенсации амплитуды 13 (фиг.2) с помощью однополупериодных выпрямителей 16, 19 в каждой из ветвей в зависимости от знака ошибки вырабатывается необходимый сигнал компенсации по амплитуде.

Физический смысл введения компрессирующей связи по фазовому сдвигу и ее положительного влияния на повышение динамической точности отработки гармонических входных сигналов рулевым приводом подробно изложен в описании изобретения [11] и источнике информации [10 стр.11...14]. По мнению авторов, нет необходимости подробного изложения применительно к введению компенсирующей связи по амплитуде, так как очевидно из описания [11], что если мнимая часть (квадратурная составляющая) сигнала ошибки используется для выработки компенсирующего сигнала по фазовому сдвигу в цепи ошибки для повышения динамической точности рулевого привода, для чего и был разработан известный [11] автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену ракеты, то в предлагаемом техническом решении для повышения динамической точности по амплитуде используется вещественная часть (синфазная составляющая) сигнала ошибки для выработки компенсирующего сигнала по амплитуде на входе рулевого привода.

В предлагаемой схеме фиг.2 автоколебательного рулевого привода с помощью блока произведения 14 и сглаживающего фильтра 15 выделяется вещественная часть (синфазная составляющая) сигнала ошибки привода в диапазоне частот гармонических входных сигналов.

Полученная на выходе сглаживающего фильтра 15 вещественная часть ошибки привода используется с помощью блока произведения 22 (модулятора) для изменения амплитуды U_о сигнала опорного напряжения с выхода гирокоординатора ракеты и служит для формирования сигнала компенсации рулевого привода по амплитуде.

Суть регулирования коэффициента передачи заключается в следующем. При увеличении амплитуды выходного сигнала рулевого привода свыше амплитуды входного сигнала, например, при действии нагрузки перекомпенсации, увеличении частоты входного сигнала, вырабатывается сигнал компенсации по амплитуде, пропорциональный вещественной части сигнала ошибки, который уменьшает амплитуду входного сигнала. Выработка сигнала компенсации производства на блоке произведения. При уменьшении амплитуды выходного сигнала, например, при действии пружинной нагрузки и др., ниже входного изменяется знак ошибки, а следовательно, и знак вещественной части, и вырабатывается сигнал компенсации, увеличивающий амплитуду входного сигнала.

В первом случае коэффициент компенсации по синусному входу подбирался таким образом, чтобы превышение коэффициента передачи над математическим ожиданием в наихудшем случае при максимальной нагрузке перекомпенсации, равной в рассматриваемом ниже примере привода, было не более 10%. Во втором случае коэффициент компенсации подбирался на максимальной частоте и максимальном входном сигнале. Это необходимо для того, чтобы избегать потери устойчивости в контуре с положительной обратной связью при резком увеличении вещественной части сигнала ошибки. В случае необходимости не исключено введение ограничения по уровню этого сигнала.

На фиг.3 приведены логарифмические фазовые и амплитудные частотные характеристики автоколебательного рулевого привода с введением сигнала компенсации, пропорционального вещественной части сигнала ошибки рулевого привода, при величинах коэффициента передачи масштабных усилителей К₁=4,2; К₂=1,7; K₃=5,0. Характеристики приведены для трех видов максимального шарнирного момента на рулях:

=-11,5 кг.см (пружинного типа)

=10 кг.см (опрокидывающий момент или момент перекомпенсации)

для трех значений амплитуд входного сигнала, соответствующих 6, 12 и 18 утла отклонения рулей (_m=18 по упорам) в диапазоне частот 4...16 Гц.

Параметры автоколебаний (частота _a, амплитуда _a) составляли:

при f_a=62 Гц; _a=6,

при f_a=57 Гц; _a=8,3;

при f_a=50 Гц; _a=11.

Для сравнения на фиг.4 приведены также фазовые и амплитудные частотные характеристики автоколебательного рулевого привода без введения компенсирующей связи по амплитуде, на фиг.5 - без введения компенсирующих связей по амплитуде и фазе.

Во всех случаях (фиг.3, 4, 5) характеристики привода определялись по первой гармонике выходного сигнала.

Причем на графиках фиг.3, 4, 5 ниже нулевой линии приведены логарифмические фазовые частотные характеристики, выше нулевой линии - амплитудные значения углов отработки.

При введении компенсирующей связи, пропорциональной вещественной части сигнала ошибки рулевого привода, получено существенное уменьшение разброса по коэффициенту передачи рулевого привода без заметного изменения при этом фазовых сдвигов:

при _вх=4...12 Гц; К=0,90...1,08 (вместо 0,85...1,25); =0...-4 (вместо -1...-5),

при _вх=4...16 Гц; К=0,90...1,10 (вместо 0,84...1,35), =0...-5 (вместо -1...-8).

Полученные значения коэффициента передачи и фазовых сдвигов близки к предельной погрешности измерений используемых в настоящее время контрольно-измерительных средств для выделения первой гармоники выходного сигнала автоколебательного рулевого привода.

Инерционной частью рулевого привода (фиг.2) с использованием вещественной части сигнала ошибки рулевого привода является сглаживающий фильтр, предназначенный для сглаживания пульсаций вещественной части сигнала ошибки, включающей сигналы частоты задаваемого входного сигнала и сигналы частоты автоколебаний привода. Поэтому постоянная времени Т сглаживающего фильтра выбирается из противоречивых условий обеспечения максимального сглаживания этих сигналов при минимальной инерционности фильтра. В результате исследований влияния постоянной времени сглаживающего фильтра на амплитудные и фазовые частотные характеристики рулевого привода установлено, что допустимая постоянная времени должна составлять достаточно малую величину (~0,1...0,3 с).

Оценка влияния коэффициентов передачи масштабных усилителей К2, КЗ проводилась по амплитудным и фазовым частотным характеристикам рулевого привода при изменении этих коэффициентов в сторону увеличения и уменьшения. Выявлено, что наилучшие (наименование по абсолютной величине разброса, коэффициента передачи) при сохранении наилучших (наименьших по абсолютной величине) фазовых сдвигов для рассматриваемого в качестве примера автоколебательного рулевого привода с приведенными параметрами нагрузки, автоколебаний (частота, амплитуда), входного гармонического управляющего сигнала (частота, амплитуда), линейной зоны по углу отклонения рулей получены при К₂=1,7; К₃=5,0; К₁=4,2.

За счет введения в автоколебательный рулевой привод вращающейся по крену управляемой ракеты предлагаемого технического решения, использующего в качестве сигнала компенсации по амплитуде вырабатываемый дополнительный сигнал к основному входному управляющему сигналу рулевого привода, у которого знак дополнительного сигнала определяется знаком ошибки привода, а амплитуда пропорциональна вещественной части сигнала ошибки, удалось обеспечить существенное повышение динамической точности автоколебательного рулевого привода при отработке гармонических входных сигналов на частотах вращения ракеты в широком диапазоне изменения шарнирных нагрузок, частоты и амплитуды автоколебаний. Существенно изменен разброс относительно математического ожидания по коэффициенту передачи рулевого привода, получено не более 10% вместо (-16...+35)% до введения компенсации по амплитуде.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным позволяет существенно, в несколько раз повысить динамическую точность за счет достижения минимальных амплитудных и фазовых искажений выходного сигнала привода при отработке автоколебательным рулевым приводом гармонических входных сигналов на частотах вращения ракеты существующих и вновь разрабатываемых комплексов управляемого ракетного вооружения вращающихся по крену управляемых ракет с использованием доступной элементной базы практически без увеличения массы и габаритов аппаратуры в управляемой ракете.

За счет применения предлагаемого устройства управления вращающейся ракетой практически обеспечена инвариантность фазовых сдвигов и динамического коэффициента передачи рулевого привода при произвольной величине входных гармонических сигналов на частотах вращения ракеты, в том числе и при сигналах, значительно превышающих линейную зону по углу отклонения рулей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Костин С.В., Петров Б.И., Гамынин Н.С. Рулевые приводы. М., Машиностроение, 1973.

2. Крылов Б.Г., Рабинович Л.В., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства систем управления летательными аппаратами. М., Машиностроение, 1987.

3. Пневмопривод систем управления летательных аппаратов. Под общей редакцией В.А.Чащина. М., Машиностроение, 1987.

4. Автоколебательный рулевой привод управляемого снаряда 9М117. Выстрел ЗУБК10-1 с управляемым снарядом 9М117. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЗУБК10.00.00.000 ТО. М., Военное издательство, 1987, стр. 15...19, рис.11.

5. Патент RU №2079806, Р 42 В 15/01, В 64 С 13/36, 22.06.93 г.

6. Патент RU №2114387, F 42 В 15/01, В 64 С 13/36, 29.04.97 г.

7. Петров Б.Н., Рутковский В.Ю., Крутова И.Н., Земляков С.Д. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления. М., Машиностроение,1972.

8. Менский Б.М. Принцип инвариантности в автоматической регулировании и управлении. М., Машиностроение, 1972.

9. Сборник, задач по теории автоматического регулирования и управления. Система комбинированного управления, Под редакцией В.А.Бесекерского, М., Наука, 1978, рис.125, 126, стр. 167-170, задача 211.

10. Вавилов А.А., Солодовников А.И. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем. М-Л., ГЭИ, 1963.

11. Патент RU №2184926, F 42 В 15/01, В 64 С 13/36, 10.07.2002 г. - прототип.