Відмовостійка система кутової стабілізації безпілотного літального апарата

Реферат: Відмовостійка система кутової стабілізації безпілотного літального апарата містить задавальний пристрій, суматори, регулятор, сервопривод, датчики кута тангажа і кутової швидкості, електронні ключі, індикатори відмови, диференціатор, інтегратор. Введено перший фільтр, вхід якого з'єднаний з першим входом датчика кута тангажа, вихід якого через диференціатор з'єднаний з першим входом другого електронного ключа, вихід якого через четвертий фільтр з'єднаний з другим входом другого суматора. UA 75971 U (54) ВІДМОВОСТІЙКА СИСТЕМА КУТОВОЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ БЕЗПІЛОТНОГО ЛІТАЛЬНОГО АПАРАТА UA 75971 U UA 75971 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до відмовостійких систем кутової стабілізації безпілотних літальних апаратів і використовується для розробки систем управління літальними апаратами в авіаційній галузі. Відома адаптивна система управління кутовою швидкістю тангажа [Боднер В.А., Системы управления летательными апаратами. – М.: Машиностроение, 1973.-506 с; рис. 3.6, с. 98], яка містить задавальний пристрій, вихід якого з'єднаний з першим входом першого суматора, вихід якого з'єднаний з регулятором. Вихід регулятора з'єднаний з першим входом другого суматора, вихід якого з'єднаний з сервоприводом. Вихід сервопривода з'єднаний з безпілотним літальним апаратом, дані про кут тангажа та кутову швидкість подаються на датчик кута тангажа та датчик кутової швидкості, виходи яких з'єднані з другим входом першого та другого суматорів. Недоліком такої системи є те, що не забезпечується працездатність та змога контролювати кут чи кутову швидкість після відмови одного із датчиків. Відома відмовостійка система кутової стабілізації безпілотних літальних апаратів [Патент України № 63176, МПК G05D 1/03, опублікований 26.09.2011. Бюл. № 18], що вибрана як прототип і яка містить задавальний пристрій, суматори, регулятор, сервопривод, датчики кута тангажа і кутової швидкості, електронні ключі, індикатори відмови, диференціатор, інтегратор. Недоліком цієї систем є те, що у вихідних сигналах датчика кута тангажа та датчика кутової швидкості виникають завади за рахунок коливань корпусу літального апарата при роботі двигуна та його руху в атмосфері. Задачею корисної моделі є забезпечення відмовостійкості системи стабілізації та змога отримання інформації про кут та кутову швидкість при відмові одного з датчиків, а також збільшення точності функціонування системи стабілізації за рахунок виключення завад в вихідних сигналах датчика кута тангажа та кутової швидкості, що обумовленні вібрацією корпусу літального апарата, а також за рахунок фільтрації вихідних сигналів після інтегрування та диференціювання при зміні алгоритмів функціонування системи, за рахунок відмови одного з датчиків. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що відмовостійка система кутової стабілізації безпілотного літального апарата, що містить задавальний пристрій, суматори, регулятор, сервопривод, датчики кута тангажа і кутової швидкості, електронні ключі, індикатори відмови, диференціатор, інтегратор. Згідно з корисною моделлю, в систему введено перший фільтр, вхід якого з'єднаний з першим виходом датчика кута тангажа, вихід якого через диференціатор з'єднаний з першим входом другого електронного ключа, вихід якого через четвертий фільтр з'єднаний з другим входом другого суматора, а також вихід першого фільтра з'єднаний з першим входом першого електронного ключа, вихід якого з'єднаний з входом третього фільтра, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора, другий фільтр, вхід якого з'єднаний з першим виходом датчика кутової швидкості, вихід якого через інтегратор з'єднаний з другим входом першого електронного ключа, вихід якого через третій фільтр з'єднаний з другим входом першого суматора, крім того, вихід другого фільтра з'єднаний з другим входом другого електронного ключа, вихід якого з'єднаний з входом четвертого фільтра, вихід якого з'єднаний з другим входом другого суматора, другий вихід датчика кута тангажа через перший індикатор відмови з'єднаний з третім входом першого електронного ключа, другий вихід датчика кутової швидкості через другий індикатор відмов з'єднаний з третім входом другого електронного ключа, вихід задавального пристрою з'єднаний з першим входом першого суматора, вихід якого через регулятор з'єднаний з першим входом другого суматора, вихід якого через сервопривод з'єднаний з безпілотним літальним апаратом, перший вихід якого з'єднаний з входом датчика кута тангажа, а другий вихід відповідно з'єднаний з входом датчика кутової швидкості. Таким чином, завдяки введенню фільтрів, установлених на виході датчиків кута та кутової швидкості, а також інтегратора та диференціатора забезпечується виключення завад, обумовлених вібрацією корпуса, а також спотворених на виходах інтегратора та диференціатора, що забезпечує вирішення поставлених задач перед корисною моделлю. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на кресленні зображена блок-схема запропонованої відмовостійкої системи кутової стабілізації безпілотного літального апарата. Відмовостійка система кутової стабілізації безпілотного літального апарата містить: задавальний пристрій 1, перший суматор 2, регулятор 3, другий суматор 4, сервопривод 5, безпілотний літальний апарат 6, датчик кутової швидкості 7, інтегратор 8, перший індикатор відмови 9, другий індикатор відмови 10, датчик кута тангажа 11, диференціатор 12, перший електронний ключ 13, другий електронний ключ 14, перший фільтр 15, другий фільтр 16, третій фільтр 17, четвертий фільтр 18. Задавальний пристрій 1 послідовно з'єднаний з першим суматором 2, перший вхід якого з'єднаний з виходом задавального пристрою 1, а вихід - з регулятором 3. Вихід регулятора 3 1 UA 75971 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 з'єднаний з першим входом другого суматора 4. Вихід другого суматора 4 з'єднаний з входом сервопривода 5. Вихід сервопривода 5 з'єднаний з входом безпілотного літального апарата 6, перший вихід якого з'єднаний з входом датчика кута тангажа 11, а другий вихід відповідно з'єднаний з входом датчика кутової швидкості 7, перший вихід якого з'єднано з входом другого фільтра 16, вихід якого через інтегратор 8 з'єднаний з другим входом першого електронного ключа 13, вихід якого через третій фільтр 17 з'єднаний з другим входом першого суматора 2 та з другим входом другого електронного ключа 14, вихід якого з'єднаний з входом четвертого фільтра 18, вихід якого з'єднаний з другим входом другого суматора 4, а другий вихід - з третім входом другого електронного ключа 14 через другий індикатор відмови 10. Датчик кута тангажа 11 має два виходи: перший - з'єднаний через перший фільтр 15 з диференціатором 12, вихід якого з'єднаний з першим входом другого електронного ключа 14, вихід якого через четвертий фільтр 18 з'єднаний з другим входом другого суматора 4, а також вихід першого фільтра 15 з'єднаний з першим входом першого електронного ключа 13, вихід якого з'єднаний з входом третього фільтра 17, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора 2, а другий вихід - через перший індикатор відмови 9 з'єднаний з третім входом першого електронного ключа 13. Відмовостійка система кутової стабілізації безпілотного літального апарата працює таким чином: під час польоту на вхід задавального пристрою 1 подається сигнал з програмного механізму про задане значення кута тангажа vз. Сигнал, перетворений в напругу, передається на перший вхід першого суматора 2, а на його другий вхід подається заздалегідь профільтрований за допомогою фільтра 15 сигнал з датчика кута тангажа 11, який порівнюється з сигналом з задавального пристрою 1. Різниця сигналів надходить на регулятор 3, який служить як управляючий пристрій. Далі сигнал надходить на перший вхід другого суматора 4,  який також приймає сигнал про кутову швидкість тангажа V . Суматор 4 видає сигнал на сервопривод 5, який перетворює сигнал управління у відповідні переміщення органів керування, які подаються на безпілотний літальний апарат 6. Сигнал про кутову швидкість тангажа передається з датчика кутової швидкості 7 через перший вихід на другий фільтр 16, вихід якого з'єднується з виходом інтегратора 8 та другий електронний ключ 14, а також через другий вихід на другий індикатор відмови 10. При наявності відмов датчика кутової швидкості 7 на виході індикатора відмови 10 буде лог. "0" (якщо відмов немає - лог. "1"). Відмови в даних датчиках можуть бути: знеструмлення, обрив обмоток, коротке замикання, затирання кінематики, руйнування підшипників, розбалансування гіровузлів, порушення контактів в роз'ємах. В колі живлення для перевірки працездатності необхідне виконання умови: Іспож.mіn≤Іспож.≤Iспож.mах де Іспож.mіn - мінімальний струм споживання, необхідний для функціонування датчиків; Іспож. - дійсний струм споживання датчиків; Iспож.mах - максимальний струм споживання, необхідний для функціонування датчиків. Тобто, на індикатори відмов надходять значення струму з датчиків, вони порівнюються зі струмом споживання, якщо виконується умова, то датчики не мають відмов. Сигнал з другого індикатора відмов 10 надходить на другий електронний ключ 14, якщо на його вхід приходить лог. "1", то ключ залишається в такому ж стані, тобто на другий суматор 4 надходять сигнали саме з датчика кутової швидкості 7, а якщо - лог. "0", то ключ замикає інше коло, тобто сигнал надходить з диференціатора 12, який перетворює заздалегідь фільтрований сигнал v (значення кута тангажа) з датчика кута тангажа 11 в сигнал з датчика кутової швидкості 7, тобто в v (значення кутової швидкості). Відповідно, якщо відмовив датчик кута тангажа 11, то на виході другого індикатора відмови 10 буде лог. "0". Цей сигнал надходить на другий електронний ключ 14, який через третій фільтр 17 замикає нове коло. На перший суматор 2 буде надходити сигнал  з інтегратора 8, який перетворює заздалегідь фільтрований сигнал V з датчика кутової швидкості 7, в сигнал v. Якщо ж датчик кута тангажа 11 не має відмов, то на виході першого індикатора відмови 9 буде лог. "1", тобто другий електронний ключ 14 залишиться в початковому положенні і на другий вхід першого суматора 2 буде надходити фільтрований сигнал з датчика кута тангажа 11. Таким чином поставлена задача повністю вирішується. Корисна модель дозволяє забезпечити відмовостійкiсть системи кутової стабілізації безпілотного літального апарата при наявності відмови одного з датчиків, а також підвищує точності роботи системи стабілізації за рахунок фільтрації завад, що виникають при коливаннях корпусу, та спотворення вихідних сигналів після інтегрування та диференціювання. 2 UA 75971 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Відмовостійка система кутової стабілізації безпілотного літального апарата, що містить задавальний пристрій, суматори, регулятор, сервопривод, датчики кута тангажа і кутової швидкості, електронні ключі, індикатори відмови, диференціатор, інтегратор, яка відрізняється тим, що введено перший фільтр, вхід якого з'єднаний з першим входом датчика кута тангажа, вихід якого через диференціатор з'єднаний з першим входом другого електронного ключа, вихід якого через четвертий фільтр з'єднаний з другим входом другого суматора, а також вихід першого фільтра з'єднаний з першим входом першого електронного ключа, вихід якого з'єднаний з входом третього фільтра, вихід якого з'єднаний з другим входом першого суматора, другий фільтр, вхід якого з'єднаний з першим виходом датчика кутової швидкості, вихід якого через інтегратор з'єднаний з другим входом першого електронного ключа, вихід якого через третій фільтр з'єднаний з другим входом першого суматора, крім того, вихід другого фільтра з'єднаний з другим входом другого електронного ключа, вихід якого з'єднаний з входом четвертого фільтра, вихід якого з'єднаний з другим входом другого суматора, другий вихід датчика кута тангажа через перший індикатор відмови з'єднаний з третім входом першого електронного ключа, другий вихід датчика кутової швидкості через другий індикатор відмов з'єднаний з третім входом другого електронного ключа, вихід задавального пристрою з'єднаний з першим входом першого суматора, вихід якого через регулятор з'єднаний з першим входом другого суматора, вихід якого через сервопривод з'єднаний з безпілотним літальним апаратом, перший вихід якого з'єднаний з входом датчика кута тангажа, а другий вихід відповідно з'єднаний з входом датчика кутової швидкості. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3