RU2394263C1 - Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion - Google Patents
Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394263C1 RU2394263C1 RU2009125351/28A RU2009125351A RU2394263C1 RU 2394263 C1 RU2394263 C1 RU 2394263C1 RU 2009125351/28 A RU2009125351/28 A RU 2009125351/28A RU 2009125351 A RU2009125351 A RU 2009125351A RU 2394263 C1 RU2394263 C1 RU 2394263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- summing amplifier
- meter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к функциональным устройствам для бортовых систем автоматического управления и стабилизации аэродинамических летательных аппаратов (ЛА).The invention relates to functional devices for airborne systems for automatic control and stabilization of aerodynamic aircraft (LA).
Известны системы управления угловым положением ЛА, содержащие датчик угла, датчик угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика угла, и суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости [1].Known control systems for the angular position of the aircraft, containing an angle sensor, an angular velocity sensor, serially connected control signal generator, a comparison unit, the second input of which is connected to the output of the angle sensor, and a summing amplifier, the second input of which is connected to the output of the angular velocity sensor [1].
Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей управления и невысокая точность при больших значениях углов атаки, поскольку значительная часть сигнала управления расходуется на переходные процессы с учетом балансировочного значения угла атаки.A disadvantage of the known device is the limited control functionality and low accuracy at large values of the angle of attack, since a significant part of the control signal is spent on transients, taking into account the balancing value of the angle of attack.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство формирования сигнала управления, которое содержит измеритель углового положения, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, и первый суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, и первый ограничитель сигнала, и второй суммирующий усилитель [2].Closest to the proposed invention is a control signal generating device that comprises an angular position meter, an angular velocity meter, serially connected control signal adjuster, a comparison unit, the second input of which is connected to the output of the angular position meter, and a first summing amplifier, the second input of which is connected to the output of the angular velocity meter, series-connected integrating amplifier, the input of which is connected to the output of the comparison unit, and the first ogre a signal suppressor, and a second summing amplifier [2].
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются повышенная динамичность канала балансировки летательного аппарата, обусловливающая дополнительное движение относительно осредненных параметров балансировки балансировочного канала, что в условиях нестационарности летательного аппарата, например, по скорости и высоте, ограничивает функциональные возможности устройства в целом.The disadvantages of the known device adopted for the prototype are the increased dynamism of the balancing channel of the aircraft, which causes additional movement relative to the averaged balancing parameters of the balancing channel, which, under conditions of non-stationary aircraft, for example, in speed and height, limits the functionality of the device as a whole.
Указанные недостатки особенно заметно проявляются в реальных условиях при управлении летательным аппаратом, рулевые поверхности которого задействуются во всех каналах управления (по тангажу, крену).These shortcomings are especially noticeable in real conditions when controlling an aircraft, the steering surfaces of which are involved in all control channels (pitch, roll).
Решаемой в предлагаемом устройстве технической задачей является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности управления.Solved in the proposed device, the technical task is to expand the functionality of the device and improve control accuracy.
Указанный результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее измеритель углового положения, измеритель угловой скорости, последовательно соединенные задатчик сигнала управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения, и первый суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости, последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока сравнения, и первый ограничитель сигнала, и второй суммирующий усилитель, дополнительно введены последовательно соединенные измеритель скоростного напора и апериодический фильтр, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала, а выход - со входом второго суммирующего усилителя, и второй ограничитель сигнала, вход которого соединен с выходом второго суммирующего усилителя, а выход является выходом устройства, при этом выход измерителя скоростного напора соединен со вторыми входами интегрирующего усилителя и первого ограничителя сигнала, а выход первого суммирующего усилителя соединен с вторым входом второго суммирующего усилителя, при этом величина постоянной времени апериодического фильтра Тф составляет Тф=(0,2÷0,5) Тϑ, где Тϑ - постоянная времени канала тангажа летательного аппарата.The specified result is achieved by the fact that in the known device comprising an angular position meter, an angular velocity meter, serially connected control signal adjuster, a comparison unit, the second input of which is connected to the output of the angular position meter, and a first summing amplifier, the second input of which is connected to the output of the meter angular velocity, series-connected integrating amplifier, the input of which is connected to the output of the comparison unit, and the first signal limiter, and the second summing a amplifier, in addition a series-connected pressure head meter and an aperiodic filter are introduced, the second input of which is connected to the output of the first summing amplifier, and the output to the input of the second summing amplifier, and the second signal limiter, the input of which is connected to the output of the second summing amplifier, and the output is the output devices, while the output of the pressure head meter is connected to the second inputs of the integrating amplifier and the first signal limiter, and the output of the first summing amplifier I am connected to the second input of the second summing amplifier, while the time constant of the aperiodic filter T f is T f = (0.2 ÷ 0.5) T ϑ , where T ϑ is the time constant of the pitch channel of the aircraft.
Введенный в канал балансировки апериодический фильтр определяет необходимое замедление процесса в этом канале по сравнению с более динамичным процессом в основном канале управления. По предложенному решению корректно распределены функции ограничения выходных сигналов в каналах управления по физическому смыслу, исходя из ограничения ресурса рулевых органов и расчетного значения балансировки для балансировочного канала. Таким образом, отработка сигналов управления по основному каналу производится функционально - без предварительного избыточного ограничения. Введены средства адаптации - перестройка требуемых параметров балансировочного канала: коэффициента усиления интегрирующего усилителя, ограничения и постоянной времени апериодического фильтра - в функции скоростного напора как наиболее характерной функции условий полета ЛА: скорости V и высоты H.The aperiodic filter introduced into the balancing channel determines the necessary slowdown of the process in this channel in comparison with a more dynamic process in the main control channel. According to the proposed solution, the functions of limiting the output signals in the control channels according to the physical meaning are correctly distributed based on the resource limit of the steering organs and the calculated value of the balancing for the balancing channel. Thus, the processing of control signals along the main channel is carried out functionally - without preliminary excessive restriction. Adaptation tools have been introduced — the restructuring of the required parameters of the balancing channel: the gain of the integrating amplifier, the limitation and the time constant of the aperiodic filter — as a function of the pressure head as the most characteristic function of the flight conditions of the aircraft: speed V and altitude H.
На чертеже представлена структурная схема адаптивного устройства формирования сигнала управления продольно-балансировочным движением летательного аппарата.The drawing shows a structural diagram of an adaptive device for generating a control signal for the longitudinally-balanced movement of the aircraft.
Адаптивное устройство формирования сигнала управления продольно-балансировочным движением летательного аппарата содержит измеритель углового положения 1, измеритель угловой скорости 2, последовательно соединенные задатчик сигнала управления 3, блок сравнения 4, второй вход которого соединен с выходом измерителя углового положения 1, и первый суммирующий усилитель 5, второй вход которого соединен с выходом измерителя угловой скорости 2, последовательно соединенные интегрирующий усилитель 6, вход которого соединен с выходом блока сравнения 4, и первый ограничитель сигнала 7, и второй суммирующий усилитель 8, последовательно соединенные измеритель скоростного напора 9 и апериодический фильтр 10, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя сигнала 7, а выход - с первым входом второго суммирующего усилителя 8, и второй ограничитель сигнала 11, вход которого соединен с выходом второго суммирующего усилителя 8, а выход является выходом устройства, при этом выход измерителя скоростного напора 9 соединен со вторыми входами интегрирующего усилителя 6 и первого ограничителя сигнала 7, а выход первого суммирующего усилителя 5 соединен с вторым входом второго суммирующего усилителя 8.The adaptive device for generating a control signal for the longitudinally-balanced movement of the aircraft contains an angular position meter 1, an angular velocity meter 2, serially connected control signal adjuster 3, a
Устройство сформировано для канала тангажа и работает следующим образом.The device is formed for the pitch channel and operates as follows.
Задатчиком сигнала управления 3 формируется сигнал управления ϑзад.(t), составными компонентами которого являются:The control signal generator 3 generates a control signal ϑ back. (t), the constituent components of which are:
- балансировочная, медленная компонента ϑзад.м(t), соответствующая изменениям балансировочных углов атаки αбал. и отклонениям рулей δбал. - balancing, slow component ϑ ass.m (t), corresponding to changes in balancing angles of attack α ball. and steering deviations δ ball.
- текущая, быстрая компонента ϑзад.б(t), соответствующая управляемым разворотам ЛА.- current, fast component ϑ ass.b (t), corresponding to controlled turns of the aircraft.
Таким образом,In this way,
Закон регулирования формируется по сигналам управления ϑзад.(t) углового положения ЛА ϑ(t) и угловой скорости ЛА ωz(t). Основная, базовая компонента сигнала управления σб(x) формируется в первом суммирующем усилителе 5 в виде:The regulation law is formed by control signals ϑ back. (t) the angular position of the aircraft ϑ (t) and the angular velocity of the aircraft ω z (t). The main, basic component of the control signal σ b (x) is formed in the first summing amplifier 5 in the form:
где Δϑ(t) - сигнал рассогласования,where Δϑ (t) is the error signal,
формируемый блоком сравнения 4 по сигналам ϑзад.(t) от задатчика сигнала управления 3 и ϑ(t) от измерителя углового положения 1;formed by the
Kϑ, Кωz - передаточные числа по рассогласованию и угловой скорости, соответственно;K ϑ , K ωz - gear ratios for mismatch and angular velocity, respectively;
ωz(t) - сигнал угловой скорости ЛА, поступающий от измерителя угловой скорости 2, ωz(t)=(t).ω z (t) is the aircraft angular velocity signal coming from the angular velocity meter 2, ω z (t) = (t).
Сигнал σб(t) поступает на второй суммирующий усилитель 8. Сигнал σб(t), сформированный в соответствии с базовым законом управления (2), дополняется сигналом интегральной компоненты σu(t), который формируется интегрирующим усилителем 6 по сигналу рассогласования (3):The signal σ b (t) is supplied to the second summing amplifier 8. The signal σ b (t), formed in accordance with the basic control law (2), is supplemented by the signal of the integral component σ u (t), which is generated by the integrating amplifier 6 according to the mismatch signal ( 3):
где Ки - масштабный передаточный коэффициент интегрирующего усилителя 6.where K and is the scaled gear ratio of the integrating amplifier 6.
Сигнал σи(t) ограничивается первым ограничителем сигнала 7, уровень ограничения σогр и(t) которого соответствует рассчитанному значению балансировочного отклонения рулей δбал. Сигнал σогр и(t) с первого ограничителя 7 поступает через апериодический фильтр 10 в виде сигнала σф(t) на второй суммирующий усилитель 8, сигнал на выходе которого равен:The signal σ and (t) is limited by the first signal limiter 7, the restriction level σ ogre and (t) of which corresponds to the calculated value of the steering wheel balancing deviation δ ball . The signal σ ogre and (t) from the first limiter 7 enters through the
Далее сигнал σвых(t) ограничивается по уровню вторым ограничителем сигнала 11, полученный ограниченный сигнал (t) и является выходным сигналом устройства. Уровень ограничения, установленный на втором ограничителе сигнала 11, определяет величину сигналов рассматриваемого канала управления по тангажу, необходимую для отработки их соответствующими рулевыми поверхностями, с учетом бездефицитности отработки этими же рулями сигналов смежных каналов (курса и крена, здесь не рассматриваемых). При этом величина постоянной времени апериодического фильтра 10 Тф, с точки зрения компромисса по эффективности интегральной компоненты и обеспечения устойчивости контура управления, определяется в пределах Тф=(0,2÷0,5Тϑ, где Tϑ - постоянная времени канала тангажа ЛА.Next O signal σ (t) is limited by the level of a second limiter signal 11 obtained by the limited signal (t) and is the output signal of the device. The restriction level set on the second signal limiter 11 determines the value of the signals of the pitch control channel under consideration necessary for working out by their respective steering surfaces, taking into account the lack of deficiency of the processing of adjacent channel signals (heading and bank, not considered here) by the same rudders. In this case, the value of the time constant of the aperiodic filter is 10 T f , from the point of view of a compromise on the effectiveness of the integral component and ensuring the stability of the control loop, is determined within the range of T f = (0.2 ÷ 0.5T ϑ , where T ϑ is the time constant of the aircraft pitch channel .
Введение интегральной компоненты в балансировочный канал - блоки 6, 7, 10, 8 - обеспечивает отработку балансировочной, медленной компоненты сигнала управления ϑзад.м(t). Действительно, пусть ϑзад.б=0, ϑзад.м≠0. Тогда в силу того, что закон формирования выходного сигнала представленного устройства является астатическим законом нулевого порядка, установившееся значение сигнала рассогласования для такого режимаThe introduction of the integral component into the balancing channel -
Тогда, в соответствии с (3) установившееся значение ϑуст:Then, in accordance with (3), the established value of ϑ mouth :
Очевидно также, что для этого режима Следовательно, и установившееся значение интегральной компоненты σи уст соответствует балансировочному значению угла отклонения рулевых поверхностей ЛА:It’s also obvious that for this mode Therefore, the steady-state value of the integral component σ and lips corresponds to the balancing value of the angle of deviation of the steering surfaces of the aircraft:
Поскольку для рассматриваемого режима Δϑуст=0, ωzуст=0, то и σб уст=0 и .Since for the considered mode Δϑ set = 0, ω zust = 0, then σ b set = 0 and .
При поступлении на вход основного канала (блоки 4, 5, 8, 11) быстрой компоненты сигнала управления ϑзад.б(t), например, для управления маневром ЛА, отработка его будет осуществляться относительно балансировочного движения ЛА и будет симметричным для сигналов ϑзад.б(t) разных знаков, т.е. будет производиться относительно нуля характеристики второго ограничителя 11 (ограничителя прямой цепи формирования управляющего сигнала σвых(t)), что повышает точность отработки управляющих воздействий на ЛА в целом.Upon entering the main channel input (
Введение ограничения сигнала интегральной компоненты и последующей фильтрации позволяет уменьшить колебательность в замкнутом контуре регулирования и значительные выбросы в переходных процессах.The introduction of a signal limitation of the integral component and subsequent filtering can reduce the oscillation in the closed loop control and significant emissions in transients.
Таким образом, предложенное адаптивное устройство формирования сигнала управления продольно-балансировочным движением летательного аппарата позволяет расширить функциональные возможности управления летательным аппаратом в целом и повысить точность.Thus, the proposed adaptive device for generating a control signal for the longitudinally balanced movement of the aircraft allows you to expand the control capabilities of the aircraft as a whole and improve accuracy.
Положительный эффект подтвержден результатами анализа и математического моделирования.The positive effect is confirmed by the results of analysis and mathematical modeling.
Все составные звенья и блоки устройства управления могут быть выполнены на современных элементах автоматики и вычислительной техники, а также и программно-алгоритмически в бортовых вычислительных машинах ЛА.All the components and blocks of the control device can be performed on modern elements of automation and computer technology, as well as software and algorithm in on-board computers of the aircraft.
Источники информацииInformation sources
1. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. Под ред. Г.С.Бюшгенса. М.: Наука, Физматлит, 1998, с.411.1. Aerodynamics, stability and controllability of supersonic aircraft. Ed. G.S. Byushgens. M.: Science, Fizmatlit, 1998, p. 411.
2. Полезная модель РФ №56663, кл. G05D 1/08, 25.05.2006 г.2. Utility model of the Russian Federation No. 566663, class. G05D 1/08, 05/25/2006
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125351/28A RU2394263C1 (en) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125351/28A RU2394263C1 (en) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2394263C1 true RU2394263C1 (en) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009125351/28A RU2394263C1 (en) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2394263C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460113C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating integral adaptive signal for stabilising gliding motion of unmanned aircraft and apparatus for realising said method |
RU2487052C1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Method of generating drone stabilisation system control signal |
RU2490686C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating signal to control aircraft angular flight and device to this end |
RU2491600C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating digital/analogue adaptive signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method |
RU2491602C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating digital/analogue signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method |
RU2784884C1 (en) * | 2022-05-19 | 2022-11-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Method for automatic control of the longitudinal movement of an unmanned aerial vehicle in the presence of a wind disturbance |
-
2009
- 2009-07-03 RU RU2009125351/28A patent/RU2394263C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460113C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating integral adaptive signal for stabilising gliding motion of unmanned aircraft and apparatus for realising said method |
RU2487052C1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Method of generating drone stabilisation system control signal |
RU2490686C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating signal to control aircraft angular flight and device to this end |
RU2491600C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating digital/analogue adaptive signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method |
RU2491602C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating digital/analogue signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method |
RU2784884C1 (en) * | 2022-05-19 | 2022-11-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Method for automatic control of the longitudinal movement of an unmanned aerial vehicle in the presence of a wind disturbance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2394263C1 (en) | Adaptive device to generate signal controlling aircraft lengthwise-equalising motion | |
CN102707624B (en) | Design method of longitudinal controller region based on conventional aircraft model | |
RU2310899C1 (en) | Method for normalization of control and stabilization signal of longitudinal-balancing motion of flight vehicle and device for its realization | |
CN105652880B (en) | Non-linear anti-saturation for the big spatial domain flight of aircraft highly instructs generation method | |
Jia et al. | Accurate high-maneuvering trajectory tracking for quadrotors: A drag utilization method | |
RU2569580C2 (en) | Method of formation of adaptive signal of control and stabilisation of angular movement of aircraft, and device for its implementation | |
CN113985901A (en) | Hypersonic aircraft preset performance control method and device based on disturbance estimation | |
CN102692928B (en) | Controller region design method based on quaternion model of aircraft | |
RU2391694C1 (en) | Board digital-analogue adaptive system of aircraft control | |
Theis et al. | Observer-based LPV control with anti-windup compensation: A flight control example | |
CN102707722B (en) | Omni-dimensional controller area designing method based on normal aircraft model | |
RU2460113C1 (en) | Method of generating integral adaptive signal for stabilising gliding motion of unmanned aircraft and apparatus for realising said method | |
CN109270840B (en) | Time-varying correction network discretization method for missile control system | |
RU86326U1 (en) | ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM | |
Jiang et al. | Tensor product model-based gain scheduling of a missile autopilot | |
RU182886U1 (en) | ANGULAR STABILIZATION SYSTEM | |
RU2459744C1 (en) | Method of generating integral signal of drone gliding stabilisation and device to this end | |
RU2305308C1 (en) | Onboard digital-analog adaptive system for controlling banking movement of aircraft | |
RU186492U1 (en) | ANGULAR STABILIZATION SYSTEM | |
RU56663U1 (en) | DEVICE FORMING THE CONTROL SIGNAL AND STABILIZING THE LONGITUDINAL-BALANCING MOVEMENT OF THE AIRCRAFT | |
RU2367993C1 (en) | Adaptive device of aircraft coordinated control | |
RU2647405C1 (en) | Adaptive system with reference model for control of aircraft | |
CN103197560A (en) | Design method for wide adaptability of aircraft three-dimensional aviating area controller | |
CN110209197B (en) | Aircraft control system design method | |
RU2303805C1 (en) | Control unit of flight vehicle pitch channel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200704 |