Відмовостійка система керування боковим рухом безпілотного літального апарата

Відмовостійка система керування боковим рухом безпілотного літального апарата, що містить перший датчик кутової швидкості рискання, перший та другий суматори, перший та другий підсилювачі, привід керма напрямку, датчик положення керма напрямку, перший датчик кутової швидкості крену, привід елеронів, обчислювач значень кута крену, перший, другий датчики тиску, датчик положення елеронів, блок віднімання, формувач значень сигналу кута ковзання, радіоприймач, датчик швидкості польоту, яка відрізняється тим, що до її складу введені другий датчик кутової швидкості крену, ви хід якого з’єднаний з першим входом другого порівнюючого пристрою, другим входом першого порівнюючого пристрою та другим входом першого мультиплексора, перший порівнюючий пристрій, перший вхід якого з’єднаний з виходом першого датчика кутової швидкості крену та першим входом першого муль U 2 35088 1 3 35088 СРСР №1825746, кл. В64С 13/18, опублікований 07.07.1993. Бюл. №25], який вибрано в якості прототипу. Недоліком цієї системи є те, що не забезпечується парирування ймовірних відмов датчика кутової швидкості крену чи датчика кутової швидкості рискання під час польоту та виконання літаком маневрів. Задачею корисної моделі є забезпечення працездатності системи управління, необхідної точності управління та якості перехідних процесів за наявності відмов датчика кутової швидкості крену чи датчика кутової швидкості рискання. Рішення поставленої задачі досягається тим, що до складу відмовостійкої системи управління боковим рухом безпілотного літального апарата, що містить перший датчик кутової швидкості рискання, перший та другий суматори, перший та другий підсилювачі, привід керма напрямку, датчик положення керма напрямку, перший датчик кутової швидкості крену, привід елеронів, обчислювач значень кута крену, перший, другий датчики тиску, датчик положення елеронів, блок віднімання, формувач значень сигналу кута ковзання, радіоприймач, датчик швидкості польоту згідно з корисною моделлю введені другий датчик кутової швидкості крену, вихід якого з’єднаний з першим входом другого порівнюючого пристрою, другим входом першого порівнюючого пристрою та другим входом першого мультіплексора, перший порівнюючий пристрій, перший вхід якого з’єднаний з виходом першого датчика кутової швидкості крену та першим входом першого мультіплексора, а вихід з першим входом першого логічного пристрою, третій датчик кутової швидкості крену, вихід якого з’єднаний з другим входом другого порівнюючого пристрою та третім входом першого мультіплексора, другий порівнюючий пристрій, вихід якого з’єднаний з другим входом першого логічного пристрою, перший логічний пристрій, вихід якого з’єднаний з керуючим входом першого мультіплексора, вихід якого з’єднаний з першим входом першого суматора та першим входом обчислювача, другий датчик кутової швидкості рискання, вихід якого з’єднаний з першим входом четвертого порівнюючого пристрою, другим входом третього порівнюючого пристрою та другим входом другого мультіплексора, третій порівнюючий пристрій, перший вхід якого з’єднаний з виходом першого датчика кутової швидкості рискання та першим входом другого мультіплексора, а вихід з першим входом другого логічного пристрою, третій датчик кутової швидкості рискання, вихід якого з’єднаний з другим входом четвертого порівнюючого пристрою та третім входом другого мультіплексора, четвертий порівнюючий пристрій, вихід якого з’єднаний з другим входом другого логічного пристрою, другий логічний пристрій, вихід якого з’єднаний з керуючим входом другого мультіплексора, вихід якого з’єднаний з першим входом другого суматора та другим входом обчислювача. Завдяки цьому за наявності відмов одного з датчиків кутової швидкості крену чи кутової швидкості рискання, до роботи пристрою підключається другий або третій датчик, що призводить до за 4 безпечення працездатності та нормального функціонування системи управління в процесі польоту навіть за наявності відмов. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображена блок-схема запропонованої відмовостійкої системи управління боковим рухом безпілотного літального апарата, на Фіг.2 зображена таблиця порівняння логічних сигналів, на Фіг.3 зображена структурна схема підсистеми виявлення відмов у датчиках кутової швидкості, на Фіг.4 - структурна схема підсистеми відновлення працездатності системи управління, на Фіг.5 зображений перехідний процес за кутовою швидкістю крену при парируванні відмов, на Фіг.6 перехідний процес за кутовою швидкістю рискання при парируванні відмов. На Фіг.1 позначені: 1 - перший датчик кутової швидкості рискання; 2 - перший суматор; 3 - перший підсилювач; 4 - привід керма напрямку; 5 датчик положення керма напрямку; 6 - перший датчик кутової швидкості крену; 7 - другий суматор; 8 - другий підсилювач; 9 - привід елеронів; 10 - датчик положення елеронів; 11 - обчислювач значень кута крену; 12 - перший датчик тиску; 13 другий датчик тиску; 14 - блок віднімання; 15 - формувач значень сигналу кута ковзання; 16 - радіоприймач; 17 - датчик швидкості польоту; 18 - другий датчик кутової швидкості крену; 19 - третій датчик кутової швидкості крену; 20 - другий датчик кутової швидкості рискання; 21 - третій датчик кутової швидкості рискання; 22 - перший порівнюючий пристрій; 23 - третій порівнюючий пристрій; 24 - другий порівнюючий пристрій 25 - четвертий порівнюючий пристрій; 26 - перший логічний пристрій; 27 - другий логічний пристрій; 28 - перший мультіплексор; 29 - другий мультіплексор. Відмовостійка система управління боковим рухом безпілотного літального апарата містить: перший датчик кутової швидкості крену 6, вихід якого з’єднаний з першим входом першого порівнюючого пристрою 22 та першим входом першого мультіплексора 28, другий датчик кутової швидкості крену 18, вихід якого з’єднаний з першим входом другого порівнюючого пристрою 24, другим входом першого порівнюючого пристрою 22 та другим входом першого мультіплексора 28, третій датчик кутової швидкості крену 19, вихід якого з’єднаний з другим входом другого порівнюючого пристрою 24 та третім входом першого мультіплексора 28. Вихід першого порівнюючого пристрою 22 з’єднаний з першим входом першого логічного пристрою 26, другий вхід якого з’єднаний з виходом другого порівнюючого пристрою 24, а вихід - з керуючим входом першого мультіплексора 28, вихід якого з’єднаний з першим входом другого суматора 7 та першим входом обчислювача значень кута крену 11. Другий суматор 7 послідовно з’єднаний з другим підсилювачем 8, приводом елеронів 9, вихід якого з’єднаний з входом датчика положення елеронів 10, вихід якого з’єднаний з другим входом другого суматора 7. Паралельно підключені радіоприймач 16, перший 12 та другий 13 датчики тиску та датчик швидкості польоту 17. Вихід радіоприймача 16 з’єднаний з другим входом формувача значень сигналу кута ковзання 15 5 35088 та п’ятим входом обчислювача значень кута крену 11, шостий вхід якого з’єднаний з виходом датчика швидкості польоту 17. Ви хід першого датчика тиску 12 з’єднаний з першим входом блока віднімання 14, другий вхід якого з’єднаний з виходом другого датчика тиску 13, а вихід - з другим керуючим входом формувача значень сигналу кута ковзання 15, вихід якого з’єднаний з четвертим входом обчислювача значень кута крену 11. Перший датчик кутової швидкості рискання 1, вихід якого з’єднаний з першим входом третього порівнюючого пристрою 23 та першим входом другого мультіплексора 28, другий датчик кутової швидкості рискання 20, вихід якого з’єднаний з першим входом четвертого порівнюючого пристрою 25, другим входом третього порівнюючого пристрою 23 та другим входом другого мультіплексора 27, третій датчик кутової швидкості рискання 21, вихід якого з’єднаний з другим входом четвертого порівнюючого пристрою 25 та третім входом другого мультіплексора 29. Вихід третього порівнюючого пристрою 23 з’єднаний з першим входом другого логічного пристрою 27, другий вхід якого з’єднаний з виходом четвертого порівнюючого пристрою 25, а вихід - з керуючим входом другого мультіплексора 29, вихід якого з’єднаний з першим входом першого суматора 2 та другим входом обчислювача значень кута крену 11. Перший суматор 2 послідовно з’єднаний з першим підсилювачем 3, приводом керма напрямку 4, вихід якого з’єднаний з входом датчика положення керма напрямку 5, вихід якого з’єднаний з третім входом першого суматора 2. Відмовостійка система управління боковим рухом безпілотного літального апарата працює таким чином: у системі реалізовані закони управління з грубим зворотним зв’язком. Закони управління мають вигляд у каналі керма напрямку H dH = K1 y + UH ; (1) у каналі елеронів dE = KE g + KE g + UE , (2) 1 2 де dH, dЕ - к ути відхилення відповідно керма напрямку та елеронів; y,g - кутові швидкості відповідно рискання та крену; UH, UЕ - сигнали задатчика режимів руху ЛА. В тому випадку, коли управління ЛА виконується по радіо, сигнали UН, UЕ є вихідними сигналами бортового радіоприймача 16. Якщо ж політ виконується по встановленій програмі, ці сигнали можуть подаватися у канали управління з виходу програмного пристрою. Чутливими елементами управління боковим рухом ЛА є перший 1, другий 20, третій 21 датчики кутової швидкості рискання та перший 6, другий 18, третій 19 датчики кутової швидкості крену, перший 12 та другий 13 датчики тиску, датчик швидкості польоту 17. На виході радіоприймача 16 формується сигнал „І", що визначає режим польоту ЛА, який поступає на другий керуючий вхід формувача значень сигналу кута ковзання 15, з виходу якого сигнал подається на четвертий вхід обчислювача значень кута крену 11. 6 Для виявлення відмов у датчиках реалізуємо принцип приладового надлишку, що має також назву мажоритарного або принципу „голосування", або „2 з 3", що полягає у порівнянні показань трьох абсолютно однакових датчиків. Підсистема виявлення відмов у датчиках кутової швидкості (Фіг.3). Датчик кутової швидкості рискання 1 виробляє сигнал, пропорційний кутовій швидкості рискання & y , який поступає на перший вхід третього порівнюючого пристрою 23 для порівняння з сигналом, пропорційним кутовій швидкості рискання, що поступає на другий вхід третього порівнюючого пристрою 23 з виходу др угого датчика кутової швидкості рискання 20. Результат порівняння цих двох сигналів поступає на перший вхід др угого логічного пристрою 27. Сигнал з виходу др уго го датчика кутової швидкості рискання 20 поступає також на перший вхід четвертого порівнювального пристрою 25, де порівнюється с сигналом, який поступає на другий вхід четвертого порівнюючого пристрою 25 з виходу третього датчика кутової швидкості рискання 21. Результат порівняння з четвертого порівнюючого пристрою 25 поступає на другий вхід др угого логічного пристрою 27. При гіпотезі однократності відмови, покази двох да тчиків з трьох повинні співпадати, та один з цих датчиків може бути взятий в якості еталонного. Покази третього відрізняються, у разі відмови, від показів еталонного. Встановлюється факт у датчику з вихідною напругою, яка різниться від двох інших співпадаючих напруг. Після виявлення факту відмови сигнали порівнюються другим логічним пристроєм 27 та видаються на керуючий вхід др угого мультіплексора 29. Також на перший, другий та третій входи другого мультіплексора 29 поступають сигнали з виходів першого 1, другого 20 та третього 21 датчиків кутової швидкості рискання відповідно. В залежності від того, показання якого з трьох датчиків є правильними мультіплексор 29 обирає „правильний" датчик кутової швидкості рискання та відбувається переключення підсистеми відновлення працездатності системи управління (Фіг.4) на датчик з правдоподібними даними. Прийняття рішення відповідно вибору „правильного" датчика відбувається відповідно до таблиці порівняння логічних сигналів (Фіг.2). Аналогічним чином реалізований мажоритарний принцип виявлення відмов для датчика кутової швидкості крену 6 порівнянням показань першого 6, другого 18 та третього датчиків кутової швидкості крену за допомогою першого 22 та другого 24 порівнюючих пристроїв. Сигнали порівняння подаються на перший та другий входи першого логічного пристрою 26, з виходу якого сигнал видається на керуючий вхід першого мультіплексора 28, який в залежності від рішення вибору „правильного" датчика відповідно до Фіг.2 підключає до роботи відповідний з трьох датчиків кутової швидкості крену. Сигнал з виходу першого мультіплексора 28 подається на перший вхід другого суматора 7 та перший вхід обчислювача значень кута крену 11. З виходу другого суматора 7 сигнал поступає на вхід другого підсилювача 8, з якого подається на вхід 7 35088 приводу елеронів 9, з ви ходу якого знімається кут відхилення елеронів dЕ та подається сигнал на вхід датчика положення елеронів 10. Другий суматор 7 сумує вихідний сигнал першого мультіплексора 28, сигнали задатчика режиму руху ЛА U E ,UH, що подається на його четвертий вхід та сигнал з виходу датчика положення елеронів 10. З виходу датчика швидкості польоту 17 подається сигнал, пропорційний діючій швидкості польоту на шостий вхід обчислювача значень кута крену 11, який реалізує алгоритм керування ЛА. Сигнал з виходу другого мультіплексора 29 подається на перший вхід першого суматора 2 та другий вхід обчислювача значень кута крену 11. З виходу першого суматора 2 сигнал поступає на вхід першого підсилювача 3, з якого подається на вхід приводу керма напрямку 4, з виходу якого знімається кут відхилення керма напрямку dн та 8 подається сигнал на вхід датчика положення керма напрямку 5. Перший суматор 2 сумує ви хідний сигнал другого мультіплексора 29, сигнал задатчика режиму руху ЛА UH, що подається на його другий вхід та сигнал з виходу датчика положення керма напрямку 5. Таким чином, введення до складу системи додатково другого та третього датчиків кутової швидкості крену, другого та третього датчиків кутової швидкості рискання, першого, другого, третього та четвертого порівнюючих пристроїв, першого та другого логічних пристроїв, першого та другого мультіплексорів дозволяє забезпечити відмовостійкість системи управління безпілотним літальним апаратом під час польоту та виконання ним маневрів за наявності відмов датчика кутової швидкості крену чи датчика кутової швидкості рискання. 9 35088 10 11 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 35088 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601