устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом
Классы МПК: | G05D1/08 управление пространственным положением объекта, например управление по крену, тангажу и(или) скольжению |
Автор(ы): | Романенко Леонид Георгиевич (RU), Зайцев Сергей Валентинович (RU), Самарова Гульназ Гарифяновна (RU) |
Патентообладатель(и): | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-07-11 публикация патента:
20.01.2007 |
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах управления боковым движением легких и сверхлегких самолетов, малоразмерных дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов (МДПЛА) и подобных. Технический результат - упрощение процесса управления. Для достижения данного результата устройство содержит приемник спутниковой системы навигации и автопилот, командный прибор, первый выход которого соединен с первым входом автопилота. При этом блоки формирования местной системы координат и значений отклонений центра масс летательного аппарата расширяют область параметрического управления МДПЛА. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.
(56) (продолжение):
CLASS="b560m"с.6-7. SU 1802357 А1, 15.03.1993. Бортовые системы управления полетом. /Под общей редакцией Ю.В.Байбородина. - М.: Транспорт, 1975, с.336. RU 2042170 C1, 20.08.1993. БОДНЕР В.А. Системы управления ЛА. - М.: Машиностроение, 1973, с.87, с.181-182. SU 1825746 А1, 07.07.1993. НОВОСЕЛОВ А.С., БОЛНОКИН В.Е., ЧИНАЕВ П.И., ЮРЬЕВ А.Н. Системы адаптивного управления летательными аппаратами. - М.: Машиностроение, 1987.
Формула изобретения
1. Устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом, содержащее приемник спутниковой системы навигации и автопилот, отличающееся тем, что дополнительно вводят командный прибор, первый выход которого соединен с первым входом автопилота, блок формирования местной системы координат, управляющий вход которого соединен со вторым выходом командного прибора, остальные входы соединены с выходами приемника спутниковой системы навигации, блок формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси ОMZM в плоскости О MXMZM, входы которого соединены с выходами блока формирования местной системы координат и приемника спутниковой системы навигации, блок формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости ОMХMZM, входы которого соединенны с третьим выходом блока формирования местной системы координат и третьим выходом приемника спутниковой системы навигации, блок формирования сигналов управления, входы которого соединены с выходами блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости О MХMZM и блока формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости ОMХMZM, релейный элемент, управляющий вход которого соединен со вторым выходом командного прибора, второй вход соединен с выходом блока формирования сигналов управления, выход соединен со вторым входом автопилота.
2. Устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом по п.1, отличающееся тем, что блок формирования местной системы координат содержит блок памяти, первый вход которого, являющийся первым входом блока формирования местной системы координат, соединен с выходом командного прибора, второй, третий и четвертый входы, являющиеся вторым третьим и четвертыми входами блока формирования местной системы координат соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами приемника спутниковой системы навигации, первый, второй и третий выходы являются первым, вторым и третьим выходами блока формирования местной системы координат.
3. Устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом по п.1, отличающееся тем, что блок формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси ОM ZM в плоскости ОMХMZM содержит первый сумматор, первый и второй, инвертирующий, входы которого является первым и четвертым входами блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси ОMZM в плоскости ОMХM ZM, выход соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления косинуса, вход которого соединен с выходом инвертора, третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления синуса, первый вход соединен с выходом второго сумматора, первый и второй входы которого являются вторым и пятым входами блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости ОMХM ZM, третьим входом которого является вход инвертора, выход которого соединен с блоком вычисления синуса, выходом блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси ОMZM в плоскости ОMХ MZM является выход третьего сумматора.
4. Устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом по п.1, отличающееся тем, что блок формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости ОMХMZM содержит пятый сумматор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входом блока формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости О MХMZM, выходом которого является выход пятого сумматора.
5. Устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом по п.1, отличающееся тем, что блок формирования сигналов управления содержит суммирующий усилитель, первый и второй входы которого являются первым и вторым входом блока формирования сигналов управления, выходом которого является выход суммирующего усилителя.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам автоматического регулирования полета и может быть использовано для управления движением легких и сверхлегких самолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (ДПЛА) и им подобных.
Известно устройство управления полетом дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов (Системы адаптивного управления летательными аппаратами / А.С.Новоселов, В.Е.Болнокин, П.И.Чинаев, А.Н.Юрьев. - М.: Машиностроение, 1987), в котором установлены на борт автопилот, бортовой компьютер, радиолиния и навигационная система и реализованы два режима полетом летательного аппарата: в режиме ручного пилотирования, при котором команды траекторного управления с выхода радиолинии подаются в автопилот, и режим программного управления, при котором в бортовом компьютере формируют команды управления для коррекции траектории полета летательного аппарата на основании предварительно введенных координатах точек маршрута и определенных с помощью навигационной системы текущих координат местоположения летательного аппарата.
Недостатком данного устройства является сложность вождения летательного аппарата по заданной траектории при ручном способе траекторного управления. Использование на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате навигационной системы не всегда возможно, так как это ведет к значительному возрастания стоимости комплекса, особенно в случае применения инерциальных систем навигации, а также увеличению массогабаритных характеристик.
Известно устройство управления полетом дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов ("Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления", серия "Технические средства разведывательных служб зарубежных государств" - М.: Ежемесячный информационный бюллетень Всероссийского института научной и технической информации (ВИНИТИ), выпуск N 12, 2002 г., стр.6-7.), состоящее из бортового компьютера с введенными координатами поворотных пунктов маршрута полета дистанционно-пилотируемого летательного аппарата по программной траектории и приемника спутниковой системы навигации, в процессе полета на дистанционно-пилотируемом летальном аппарате с помощью приемника спутниковой системы навигации определяются координаты его текущего местоположения в полете по фактической траектории, подают значения координат текущего местоположения в бортовой компьютер, где с использованием их определяют отклонение фактической траектории полета дистанционно-пилотируемого летательного аппарата от его программной траектории и формируют команды управления для коррекции фактической траектории полета дистанционно-пилотируемого летательного аппарата, которые с выхода бортового компьютера подают в автопилот для соответствующего отклонения рулей.
В приведенном устройстве управления полетом дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов для стабилизации центра масс необходимо вводить и запоминать некоторое число заранее заданных поворотных точек маршрута (программную траекторию). Наряду с этим существует круг задач, когда маршрут полета не может быть заранее определен и в процессе полета задается оператором. К таким задачам относятся задачи мониторинга некоторой территории, ледовой разведки, проведения поисковых работ на местности, управления полетом некоторых классов воздушных мишеней и другие задачи с заранее неопределенным маршрутом полета. В этом случае приведенное устройство неэффективно, так как нецелесообразно заранее определять поворотные точки маршрута ввиду информационной недостаточности. Гораздо эффективнее при решении этих задач применять управления дистанционно-пилотируемыми летательными аппаратами при помощи оператора. Однако в полете на дистанционно-пилотируемые летательные аппараты могут действовать ветровые возмущения, которые существенно изменяют траекторию полета и требуют от оператора частой корректировки полета с целью компенсации бокового сноса дистанционно-пилотируемого летательного аппарата при наличии ветра.
Технический результат, на достижение которого направленно заявляемое изобретение, заключается в упрощении управления оператором дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее приемник спутниковой системы навигации и автопилот, дополнительно введены командный прибор, первый выход которого соединен с первым входом автопилота, блок формирования местной системы координат, управляющий вход которого соединен со вторым выходом командного прибора, остальные входы соединены с выходами приемника спутниковой системы навигации, блок формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости OMXMZM, соединенный с выходами блока формирования местной системы координат и приемника спутниковой системы навигации; блок формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMXMZM, соединенный с третьим выходом блока формирования местной системы координат и третьим выходом приемника спутниковой системы навигации; блок формирования сигналов управления, входы которого соединены с выходами блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси ОMZM в плоскости OMX MZM и блока формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMXMZM; релейный элемент, управляющий вход которого соединен со вторым выходом командного прибора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигналов управления, выход соединен со вторым входом автопилота.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1-6, где:
фиг.1 - используемые системы координат;
фиг.2 - блок-схема устройства управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом;
фиг.3 - блок-схема блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости OMXMZM;
фиг.4 - блок-схема блока формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMX MZM;
фиг.5 - блок-схема реализации блока формирования местной системы координат;
фиг.6 - блок формирования сигналов управления.
Приняты следующие обозначения:
OgXgYgZg - географическая система координат;
OMXMYM ZM - местная система координат;
Хg0 , Zg0 - координаты точки начала координат местной системы координат в географической системе координат;
П0 - путевой угол в момент прохождения команды;
П - текущий путевой угол;
VП - вектор путевой скорости;
Z - значение отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости OMX MZM;
П - угол между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OМXМ ZМ;
- угол поворота местной системы координат относительно географической;
U - сигнал управления.
Устройство содержит:
1 - командный прибор;
2 - блок формирования местной системы координат;
3 - блок формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси ОM ZM в плоскости OMXMZM ;
4 - приемник спутниковой системы навигации;
5 - блок формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости ОMXM ZM;
6 - блок формирования сигналов управления;
7 - релейный элемент;
8 - автопилот.
Устройство содержит командный прибор 1, первый выход которого соединен с первым входом автопилота, второй выход соединен с первым входом блока формирования местной системы координат 2, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами приемника спутниковой системы навигации 4, первый и второй выходы которого соединены с четвертым и пятым входами блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости O MXMZM 3, первый, второй и третий входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока формирования местной системы координат 2, а выход соединен с первым входом блока формирования сигналов управления 6, второй вход которого соединен с выходом блока формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMXMZM 5, первый вход которого соединен с третьим выходом приемника спутниковой системы навигации 4, второй вход соединен с третьим выходом блока формирования местной системы координат 2, выход блока формирования сигналов управления 6 соединен со вторым входом релейного элемента 7, первый вход которого соединен с выходом командного прибора 1, а выход соединен со вторым входом автопилота 8.
Блок формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости OMXM ZM 3 содержит:
9 - первый сумматор;
10 - второй сумматор;
11 - первый блок умножения;
12 - третий сумматор;
13 - инвертор;
14 - блок вычисления косинуса;
15 - блок вычисления синуса;
16 - второй блок умножения.
Блок формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости OMXMZM 3 содержит первый сумматор 9, первый и второй инвертирующие, входы которого являются первым и четвертым входами блока 3, выход соединен с первым входом первого блока умножения 11, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления косинуса 14, вход которого соединен с выходом инвертора 13; третий сумматор 12, первый вход которого соединен с выходом первого блока умножения 11, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения 16, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления синуса 15, первый вход соединен с выходом второго сумматора 10, первый и второй входы которого являются вторым и пятым входами блока 3, третьим входом которого является вход инвертора 13, выход которого соединен с блоком вычисления синуса 15; выходом блока формирования значения отклонения центра масс летательного аппарата по оси OMZM в плоскости ОMХ MZM 3 является выход третьего сумматора 12.
Блок формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMXM ZM 5 содержит 17 - пятый сумматор.
Блок формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХ M в плоскости OMXMZM 5 содержит пятый сумматор 17. Первый и второй входы пятого сумматора 17 являются первым и вторым входом блока формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMXMZM 5, выходом которого является выход пятого сумматора 17.
Блок формирования местной системы координат 2 содержит 19 - блок памяти.
Блок формирования местной системы координат 2 содержит блок памяти 19, первый вход которого, являющийся первым входом блока 2, соединен с выходом командного прибора 1, второй, третий и четвертый входы, являющиеся вторым, третьим и четвертыми входами блока 2, соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами приемника спутниковой системы навигации 4, первый, второй и третий выходы являются первым, вторым и третьим выходами блока формирования местной системы координат 2.
Блок формирования сигналов управления 6 содержит 18 - суммирующий усилитель.
Блок формирования сигналов управления 6 содержит суммирующий усилитель 18. Первый и второй входы суммирующего усилителя 18 являются первым и вторым входом блока формирования сигналов управления 6, выходом которого является выход суммирующего усилителя 18.
Предложенное устройство управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом реализует два режима полета: режим стабилизации заданной линии пути и режим маневрирования по курсу.
В процессе полета производят измерение посредством приемника спутниковой системы навигации 4 текущих координат местоположения дистанционно-пилотируемого летательного аппарата Xg, Zg в горизонтальной плоскости и текущего значения путевого угла П. Заданную линию пути дистанционно-пилотируемого летательного аппарата формируют в момент прохождения команды на стабилизацию заданной линии пути с командного устройства 1, в качестве которого может использоваться, например, приемник командной радиолинии на борту. С этой целью в момент появления команды на стабилизацию заданной линии пути посредством блока памяти 2 запоминают координаты местоположения дистанционно-пилотируемого летательного аппарата Xg0, Zg0 в горизонтальной плоскости и значение заданного путевого угла П0 в момент прохождения команды.
В режиме стабилизации заданной линии пути в блоке 3 формируют значение отклонения Z центра масс летательного аппарата по оси OM ZM в плоскости OXMZM в виде
Z=cos (Zg+Zg0)+sin (Xg-Хg0),
где =- П.
Для этого на выходе инвертора 13 формируют сигнал =- П, который поступает через блок вычисления косинуса 13 и блок вычисления синуса 14 соответственно на вторые входы первого блока умножения 11, второго блока умножения 15. На выходе первого сумматора 9 формируют сигнал разности сигналов Z g и Zg0, поступающих соответственно на первый и второй инвертирующий, входы. Сформированный сигнал поступает на первый вход первого блока умножения 11, на выходе которого формируется сигнал (Zg-Zg0)cos . На выходе второго сумматора 10 формируют сигнал разности сигналов Xg и Хg0, поступающих соответственно на первый и второй, инвертирующий, входы. Сформированный сигнал поступает на первый вход второго блока умножения 15, на выходе которого формируется сигнал (Xg-Xg0)sin . С выходов первого блока умножения 11 и второго блока умножения 15 полученные сигналы поступают соответственно на первый и второй входы третьего сумматора 12, на выходе которого формируется значение отклонения Z центра масс летательного аппарата по оси OM ZM в плоскости OXMZM.
Также в режиме стабилизации формируют значение угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OXMZM в виде
П= П- П0.
Для этого в блоке формирования угла между вектором путевой скорости и осью ОMХM в плоскости OMXMZM 5 вычисляется разность сигналов, поступающих на первый и второй, инвертирующий, входы пятого сумматора 17, которые являются соответственно первым и вторым входами блока 5. Сигнал разности формируется на выходе пятого сумматора 17, который является выходом блока 5.
Формируют сигнал управления U на основе полученных сигналов в виде
U=k П+kZ Z,
для чего в блоке формирования сигналов управления 6 вычисляется сумма сигналов, поступающих на первый и второй входы суммирующего усилителя 18, которые являются соответственно первым и вторым входами блока 6. Сигнал управления формируется на выходе суммирующего усилителя 18, который является выходом блока 6.
Сформированный на выходе блока 6 сигнал управления поступает через релейный элемент на автопилот для непосредственного воздействия на рулевые органы с целью возвращения ДПЛА на заданную линию пути.
В режиме маневрирования по курсу сигнал управления U равен нулевому значению. Отключение сигнала управления от автопилота производится релейным элементом 7 по сигналу с командного прибора 1. В это время управление траекторией движения происходит путем подачи управляющих команд на автопилот с первого выхода командного прибора 1.
Предложенное устройство упрощает управление оператором дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов, не усложняя аппаратный состав бортового и наземного оборудования.
Класс G05D1/08 управление пространственным положением объекта, например управление по крену, тангажу и(или) скольжению