RU2432592C1 - Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft - Google Patents
Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432592C1 RU2432592C1 RU2010141919/08A RU2010141919A RU2432592C1 RU 2432592 C1 RU2432592 C1 RU 2432592C1 RU 2010141919/08 A RU2010141919/08 A RU 2010141919/08A RU 2010141919 A RU2010141919 A RU 2010141919A RU 2432592 C1 RU2432592 C1 RU 2432592C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- simulator
- uav
- input
- output
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к комплексным моделирующим устройствам, используемым при проектировании и испытаниях сложных систем управления беспилотными летательными аппаратами.The invention relates to complex modeling devices used in the design and testing of complex control systems for unmanned aerial vehicles.
При проектировании и испытании сложных систем управления (СУ) беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) широко применяются методы моделирования. Важной проблемой моделирования является обеспечение требуемой высокой точности, повышение достоверности проверки аппаратуры. Так как основным устройством, обеспечивающим требуемое качество СУ БПЛА, является устройство выработки сигналов управления (или автопилот), то первостепенной задачей моделирования является проверка его алгоритмов, логики работы и исследование влияния его настраиваемых параметров на работоспособность всей системы управления. Для достоверной проверки процессов, протекающих в аппаратуре СУ, моделирующие комплексы оснащаются специализированными устройствами, обеспечивающими управление по заданной программе и контроль функционирования в процессе проверок, сбор и обработку данных для принятия решений о работоспособности СУ БПЛА.When designing and testing complex control systems (SU) by unmanned aerial vehicles (UAVs), simulation methods are widely used. An important modeling problem is the provision of the required high accuracy, increasing the reliability of the verification of equipment. Since the main device providing the required quality of the UAV control system is a control signal generation device (or autopilot), the primary task of modeling is to check its algorithms, operation logic, and study the influence of its adjustable parameters on the performance of the entire control system. To reliably verify the processes occurring in the control system equipment, the modeling systems are equipped with specialized devices that provide control according to a given program and control the functioning of the checks, data collection and processing to make decisions about the UAV control system performance.
Известен моделирующий комплекс аналогичного назначения, содержащий реальную аппаратуру СУ БПЛА (радиолокационный визир, датчики углов и угловых скоростей, рулевые механизмы и устройство выработки сигналов управления), имитационную аппаратуру, устройства отображения информации, устройство управления и вычислители. Устройство управления обеспечивает задание программы моделирования, управление и контроль функционирования. Имитационная аппаратура позволяет воспроизводить воздействие внешней среды и радиообстановку. В вычислителях реализуются модели процесса управления, что обеспечивает замыкание модели [1, рис.10.1, с.293].Known modeling complex for a similar purpose, containing real equipment SU UAV (radar sight, angle and angular velocity sensors, steering mechanisms and a device for generating control signals), simulation equipment, information display devices, control device and calculators. The control device provides the task of the simulation program, management and control of functioning. Simulation equipment allows you to reproduce the impact of the external environment and the radio environment. Models of the control process are implemented in calculators, which ensures the closure of the model [1, Fig. 10.1, p.293].
Недостатками известного моделирующего комплекса является избыточная сложность при проверке и отработке алгоритмов устройства выработки сигналов управления БПЛА, обусловленная использованием комбинации имитаторов и аппаратуры системы управления БПЛА, и, как следствие, невысокая точность и достоверность испытаний, а также отсутствие контроля и диагностики при проверке функционирования устройства выработки сигналов управления в процессе моделирования.The disadvantages of the known modeling complex is the excessive complexity in checking and testing the algorithms of the UAV control signal generation device due to the use of a combination of simulators and UAV control system equipment, and, as a result, the low accuracy and reliability of the tests, as well as the lack of control and diagnostics when checking the operation of the generation device control signals in the simulation process.
Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система [2] для прогнозирования результатов натурных испытаний беспилотного летательного аппарата, которая содержит имитатор беспилотного летательного аппарата, имитаторы радиовысотомера, измерителей углов и угловых скоростей, измерителей линейных ускорений, рулевых механизмов, имитатор измерителя координат объекта наблюдения, а также устройство управления, в состав которого входят пульт управления, задатчик параметров объекта наблюдения и блок формирования серии пусков, устройство обработки результатов испытаний и индикатор. В имитаторе БПЛА и имитаторе измерителя координат объекта наблюдения по исходным данным вырабатываются сигналы о положении БПЛА и объекта наблюдения в пространстве, их относительных скоростях движения. В соответствии с получаемыми сигналами в имитаторе измерителя координат объекта наблюдения вырабатываются сигналы измеренных углов азимута и места цели объекта наблюдения, которые вместе с сигналами, получаемыми на выходах датчиков угловых скоростей, измерителей углов, линейных ускорений и имитатора радиовысотомера поступают в устройство выработки сигналов управления. В устройстве выработки сигналов управления вырабатываются сигналы управления силовыми приводами рулевых механизмов БПЛА, которые через имитатор рулевых механизмов поступают на соответствующие входы имитатора беспилотного летательного аппарата, замыкая контур управления исследуемой системы управления БПЛА. Система останавливается в момент встречи БПЛА и объекта наблюдения, в который вычислителем вероятности встречи и вычислителем оценок точности (промаха) определяются вероятность попадания летательного аппарата в цель (объект наблюдения), а также значения среднеквадратического отклонения, дисперсии и математического ожидания величины промаха, по которым делаются выводы о качестве СУ БПЛА.The closest in technical essence analogue, adopted as a prototype of the invention, is a system [2] for predicting the results of full-scale tests of an unmanned aerial vehicle, which contains a simulator of an unmanned aerial vehicle, simulators of a radio altimeter, measuring angles and angular velocities, measuring linear acceleration, steering mechanisms , a simulator for measuring the coordinates of the object of observation, as well as a control device, which includes a control panel, parammeter moat of the observed object and block the formation of a series of launches, test results processing device and indicator. In the UAV simulator and the simulator of the coordinate measuring device of the observation object, the initial data are used to generate signals about the position of the UAV and the observation object in space, their relative speeds. In accordance with the received signals, the signals of the measured azimuth angles and the target location of the object of observation are generated in the simulator of the coordinates of the object of observation, which, together with the signals received at the outputs of the angular velocity sensors, angle meters, linear accelerations and the radio altimeter simulator, enter the control signal generation device. The control signal generating device generates control signals for the power drives of the UAV steering mechanisms, which, through the steering mechanisms simulator, go to the corresponding inputs of the unmanned aerial vehicle simulator, closing the control loop of the UAV control system under study. The system stops at the moment of the meeting of the UAV and the observation object, in which the probability calculator of the meeting and the calculator of accuracy (miss) estimates determine the probability of the aircraft getting into the target (observation object), as well as the mean-square deviation, variance and mathematical expectation of the miss value, according to which conclusions about the quality of SU UAV.
Недостатком системы по прототипу является недостаточно высокая достоверность моделирования ввиду отсутствия в процессе проведения испытаний диагностики правильности работы устройства выработки сигналов управления БПЛА. Качество СУ БПЛА оценивается только по конечному результату (промаху), и не оцениваются промежуточные показатели функционирования устройства выработки сигналов управления БПЛА. Кроме этого, в системе по прототипу моделирование проводится раздельно в боковой и продольной плоскостях, что не соответствует штатному режиму функционирования устройства выработки сигналов управления и может приводить к ошибочным результатам проверки.The disadvantage of the prototype system is the insufficiently high reliability of the simulation due to the lack of diagnostics during the testing of the correct operation of the UAV control signal generation device. The quality of the UAV UA is evaluated only by the final result (miss), and intermediate indicators of the functioning of the UAV control signal generation device are not evaluated. In addition, in the prototype system, modeling is carried out separately in the lateral and longitudinal planes, which does not correspond to the normal mode of operation of the control signal generating device and can lead to erroneous verification results.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности моделирования СУ БПЛА за счет введения процедур контроля и диагностики аппаратуры комплекса в процессе моделирования, а также более полного приближения к реальным режимам работы СУ БПЛА.The technical result of the invention is to increase the reliability of modeling UAV UAVs through the introduction of control procedures and diagnostics of the equipment of the complex in the modeling process, as well as a more complete approximation to the real operating modes of the UAV UAVs.
Известно, что проверка системы управления БПЛА на моделирующем комплексе требует проведения большой программы испытаний. Основными критериями оценки качества аппаратуры СУ БПЛА являются точность наведения БПЛА на объект наблюдения и вероятность попадания, которые количественно оценивают по величине промаха или пролета. Величина пролета зависит как от многих случайных факторов, характеризующих работу СУ БПЛА, так и от настраиваемых параметров устройства выработки сигналов управления (автопилота). Поэтому для повышения достоверности проверки на моделирующем комплексе СУ БПЛА предлагается формировать такую временную последовательность команд управления моделирующим комплексом, по которым осуществляется пошаговый переход комплекса из одного состояния в другое, и анализировать правильность выполнения каждого шага.It is known that testing a UAV control system at a modeling complex requires a large test program. The main criteria for assessing the quality of the UAV UA equipment are the accuracy of the UAV pointing at the target and the probability of impact, which are quantified by the magnitude of the miss or span. The span depends on many random factors characterizing the operation of the UAV UA, as well as on the adjustable parameters of the control signal generation device (autopilot). Therefore, in order to increase the reliability of the verification on the UAV UA simulator complex, it is proposed to form such a temporary sequence of commands to control the simulator complex, according to which a step-by-step transition of the complex from one state to another is carried out, and to analyze the correctness of each step.
В предлагаемом комплексе осуществляется проверка системы управления БПЛА с учетом воздействия на элементы системы как внешних возмущающих факторов, так и с учетом взаимного влияния (перекрестных связей) продольного и бокового каналов управления друг на друга, что обеспечивает функционирование основного управляющего прибора аппаратуры БПЛА - устройства выработки сигналов управления - в условиях, максимально приближенных к реальным.The proposed complex checks the UAV control system taking into account the impact on the system elements of both external disturbing factors, and taking into account the mutual influence (cross-links) of the longitudinal and lateral control channels on each other, which ensures the functioning of the main control device of the UAV equipment - signal generation device management - in conditions as close to real as possible.
Оценка точности СУ БПЛА осуществляется по величине промаха (пролета ЛА мимо объекта наблюдения) при многократном задании начальных условий и исходных данных с непрерывной пошаговой проверкой правильности выполнения операций.The UA UA accuracy is assessed by the magnitude of the miss (flight of the aircraft past the object of observation) when the initial conditions and initial data are specified multiple times with continuous step-by-step verification of the correct operation.
Введение в моделирующий комплекс автоматизации контроля работы автопилота в различных режимах движения БПЛА позволяет значительно повысить достоверность результатов испытаний за счет увеличения объема испытаний и при этом сэкономить ресурс реальной аппаратуры (который обычно ограничен).The introduction of autopilot operation control in a modeling complex of automation in various UAV motion modes can significantly increase the reliability of test results by increasing the volume of tests and at the same time save the resource of real equipment (which is usually limited).
Сущность изобретения заключается в том, что моделирующий комплекс для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата (БПЛА), содержащий устройство моделирования бокового движения БПЛА и устройство моделирования продольного движения БПЛА, входящие в состав имитатора БПЛА, имитатор рулевых механизмов, имитатор измерителя координат объекта наблюдения, имитатор датчиков угловых скоростей, имитатор измерителей углов, имитатор измерителей линейных ускорений, имитатор ветровых порывов, имитатор подстилающей поверхности, имитатор радиовысотомера, устройство выработки сигналов управления, блок контроля пролета, устройство обработки результатов испытаний, в состав которого входят счетчик конечного кода, вычислитель вероятности встречи и вычислитель оценок промаха, а также устройство управления испытаниями, в состав которого входят пульт управления, задатчик параметров объекта наблюдения и блок формирования серии пусков, при этом первый выход пульта управления соединен с входом запуска блока формирования серии пусков, выходы пульта управления, на которых формируются сигналы программных параметров траектории БПЛА, подключены к соответствующим входам устройства выработки сигналов управления, а выходы, на которых формируются сигналы начальной установки дальности и параметров относительного движения объекта наблюдения и БПЛА, - к соответствующим входам имитатора измерителя координат объекта наблюдения, выходы которого по сигналам измеренных углов места и азимута объекта наблюдения подключены к соответствующим входам устройства выработки сигналов управления, а выход по сигналу текущей дальности объекта наблюдения подключен к входу блока контроля пролета, выходы устройства моделирования продольного движения, на которых формируются сигналы скорости и угла наклона траектории БПЛА, соединены с соответствующими входами имитатора измерителя координат объекта наблюдения, выходы устройства моделирования бокового движения БПЛА, на которых формируются сигналы скоростей изменения углов крена и курса, и выход устройства моделирования продольного движения БПЛА, на котором формируется сигнал скорости изменения угла тангажа, подключены к соответствующим входам имитатора датчиков угловых скоростей, выходы устройства моделирования бокового движения, на которых формируются сигналы углов курса и крена, и выход устройства моделирования продольного движения, на котором формируется сигнал угла тангажа, соединены с входами имитатора измерителей углов, выходы устройств моделирования бокового и продольного движения БПЛА, на которых формируются сигналы соответствующих проекций линейных ускорений БПЛА в земной системе координат, соединены с входами имитатора измерителей линейных ускорений, выход устройства моделирования бокового движения БПЛА, на котором формируется сигнал бокового отклонения траектории БПЛА, соединен с соответствующими входами имитатора измерителя координат объекта наблюдения и устройства обработки результатов испытаний, выход устройства моделирования продольного движения БПЛА, на котором формируется сигнал высоты полета БПЛА, соединен с соответствующими входами имитатора измерителя координат объекта наблюдения, устройства обработки результатов испытаний и имитатора радиовысотомера, второй информационный вход которого соединен с выходом имитатора подстилающей поверхности, кроме этого, выходы устройства моделирования продольного движения БПЛА, на которых формируются сигналы угла атаки и угла тангажа, сигналы скорости и высоты полета БПЛА, а также его вход по сигналу угла крена БПЛА соединены с соответствующими входами и выходом устройства моделирования бокового движения БПЛА, выход имитатора ветровых порывов соединен с соответствующими входами устройств моделирования бокового и продольного движения БПЛА, выходы имитатора датчиков угловых скоростей, имитатора измерителей углов, имитатора измерителей линейных ускорений и имитатора радиовысотомера подключены к соответствующим входам устройства выработки сигналов управления, выходы которого по сигналам управления рулями высоты, направления и элеронами соединены с соответствующими входами имитатора рулевых механизмов, выход имитатора рулевых механизмов, на котором формируется сигнал угла закладки руля высоты, соединен с соответствующим входом устройства моделирования продольного движения БПЛА, а выходы, на которых формируются сигналы углов закладки руля направления и элеронов, - с соответствующими входами устройства моделирования бокового движения БПЛА, выход блока контроля пролета, на котором формируется сигнал окончания пуска, соединен с соответствующими входами устройства обработки результатов испытаний и блока формирования серии пусков, входы которых по сигналу количества пусков в серии соединены с соответствующим выходом задатчика параметров объекта наблюдения, а выходы задатчика параметров объекта наблюдения, на которых формируются сигнал высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения и сигналы размеров объекта наблюдения, соединены с соответствующими входами устройства обработки результатов испытаний, дополнительно содержит устройство регистрации информации, блок задания режимов, введенный в состав устройства управления испытаниями, вычислитель коэффициентов перекрестных связей, введенный в состав имитатора БПЛА, а также вычислитель оценок бокового промаха и индикатор, введенные в состав устройства обработки результатов испытаний, в котором вычислитель оценок промаха является вычислителем оценок вертикального промаха, при этом выходы вычислителя коэффициентов перекрестных подключены к соответствующим входам устройства моделирования бокового движения и устройства моделирования продольного движения БПЛА, а его входы соединены с выходами устройства моделирования бокового движения БПЛА, на которых формируются сигналы углов скольжения и крена и с выходами устройства моделирования продольного движения, на которых формируются сигналы углов атаки и тангажа, сигналы скорости и высоты полета БПЛА и сигнал скорости изменения угла тангажа, входы устройства регистрации информации соединены с выходами сигналов углов закладки рулей направления, высоты и элеронов имитатора рулевых механизмов, а также с выходом сигнала бокового отклонения траектории БПЛА устройства моделирования бокового движения БПЛА и с выходом сигнала высоты полета БПЛА устройства моделирования продольного движения БПЛА, блок задания режимов содержит задатчик циклограммы и такта вычислительных операций, три блока согласования и таймер, первый вход которого подключен к выходу блока формирования серии пусков, второй вход соединен с выходом сигналов задания циклограммы задатчика циклограммы и такта вычислительных операций, а третий вход, соединенный со вторыми входами блоков согласования, подключен к выходу тактовых сигналов задатчика циклограммы и такта вычислительных операций, первый выход таймера через первый блок согласования соединен с управляющими входами устройств моделирования бокового и продольного движения БПЛА, вычислителя коэффициентов перекрестных связей и имитатора измерителя координат объекта наблюдения, ко второму, третьему и шестому выходам таймера подключены соответственно управляющие входы имитатора ветровых порывов, имитатора подстилающей поверхности и устройства выработки сигналов управления, четвертый выход таймера через второй блок согласования соединен с управляющими входами имитатора радиовысотомера, имитатора датчиков угловых скоростей, имитатора измерителей углов и имитатора измерителей линейных ускорений, а его пятый выход через третий блок согласования соединен с управляющим входом имитатора рулевых механизмов, кроме этого, вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал окончания пуска, является управляющим входом счетчика конечного кода, а вход по сигналу количества пусков в серии соединен со счетным входом счетчика конечного кода и с первыми входами вычислителей оценок бокового и вертикального промаха и вычислителя вероятности встречи, вторые входы которых подключены к выходу счетчика конечного кода, третьи входы вычислителя оценок бокового промаха и вычислителя вероятности встречи образуют вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал бокового отклонения траектории БПЛА, третий вход вычислителя оценок вертикального промаха и четвертый вход вычислителя вероятности встречи образуют вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал высоты полета БПЛА, четвертый вход вычислителя оценок вертикального промаха образует вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения, входы с пятого по восьмой вычислителя вероятности встречи образуют входы устройства обработки результатов испытаний, на которые поступают сигналы размеров объекта наблюдения, а выход вычислителя вероятности встречи и выходы вычислителей оценок бокового и вертикального промаха подключены к индикатору.The essence of the invention lies in the fact that the modeling complex for testing the control system of an unmanned aerial vehicle (UAV), comprising a UAV lateral motion simulation device and a UAV longitudinal motion simulation device, which are part of the UAV simulator, steering gear simulator, simulator of the observation object coordinate meter, simulator angular velocity sensors, simulator of angle meters, simulator of linear acceleration meters, simulator of wind gusts, simulator of underlying surface, a radio altimeter mitator, a control signal generation device, a span control unit, a test result processing device, which includes a final code counter, a meeting probability calculator and a miss rating calculator, as well as a test control device, which includes a control panel, an object parameters monitor and a unit for forming a series of starts, while the first output of the control panel is connected to the start input of the unit for forming a series of starts, the outputs of the control panel, to which x the signals of the program parameters of the UAV trajectory are generated, connected to the corresponding inputs of the control signal generation device, and the outputs at which the signals of the initial setting of the range and the parameters of the relative motion of the observation object and the UAV are generated, to the corresponding inputs of the simulator of the measuring instrument of the coordinates of the observation object, the outputs of which are by signals the measured elevation and azimuth angles of the observation object are connected to the corresponding inputs of the device for generating control signals, and the output of the current signal the range of the monitoring object is connected to the input of the span control unit, the outputs of the longitudinal motion simulation device, on which the speed and angle signals of the UAV trajectory are generated, are connected to the corresponding inputs of the observation object coordinate measuring simulator, the outputs of the UAV lateral motion simulation device, on which speed signals are generated changes in roll angles and course, and the output of a device for modeling the longitudinal movement of a UAV, on which a signal of the rate of change of the angle of the tang is formed а, connected to the corresponding inputs of the simulator of angular velocity sensors, the outputs of the lateral motion simulation device, on which the heading and roll angle signals are generated, and the output of the longitudinal motion modeling device, on which the pitch angle signal is generated, are connected to the inputs of the simulator of angle meters, the outputs of the modeling devices the lateral and longitudinal movement of the UAV, on which the signals of the corresponding projections of the linear accelerations of the UAV are formed in the earth's coordinate system, are connected to the inputs of the simulator and linear acceleration gauges, the output of the UAV lateral motion simulation device, on which the UAV trajectory lateral deviation signal is generated, is connected to the corresponding inputs of the observer coordinate measuring instrument simulator and the test results processing device, the output of the UAV longitudinal motion simulation device, on which the UAV flight altitude signal is generated, connected to the corresponding inputs of the simulator of the measuring instrument of the coordinates of the object of observation, a device for processing test results and a simulator and a radio altimeter, the second information input of which is connected to the output of the underlying surface simulator, in addition, the outputs of the UAV longitudinal motion simulation device, on which the angle of attack and pitch angle signals, speed and altitude signals of the UAV, as well as its input by the UAV roll angle signal connected to the corresponding inputs and outputs of the UAV lateral motion simulation device, the output of the wind gust simulator is connected to the corresponding inputs of the lateral and longitudinal engine simulation devices the UAV, the outputs of the simulator of angular velocity sensors, the simulator of angle meters, the simulator of linear acceleration meters and the simulator of a radio altimeter are connected to the corresponding inputs of the device for generating control signals, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the steering gear simulator by the elevator, direction and aileron control signals, and the simulator output steering mechanisms, on which the elevation angle signal is generated, is connected to the corresponding input of the simulation device the unmanned UAV movement, and the outputs at which the angle signals of the rudder and ailerons are formed with the corresponding inputs of the UAV lateral motion simulation device, the output of the span control unit, on which the launch end signal is generated, is connected to the corresponding inputs of the test results processing unit and unit the formation of a series of starts, the inputs of which, according to the signal of the number of starts in the series, are connected to the corresponding output of the parameter setter of the monitoring object, and the outputs of the parameter setter are the observation object, on which the height signal of the radar center of reflection of the object of observation and the size signals of the object of observation are formed, connected to the corresponding inputs of the device for processing test results, further comprises an information recording device, a mode setting unit included in the test control device, a cross-link coefficient calculator, introduced into the UAV simulator, as well as a calculator of lateral miss ratings and an indicator introduced into the device Test results, in which the miss-score calculator is a vertical-miss-calculator, the outputs of the cross-coefficient calculator are connected to the corresponding inputs of the lateral motion simulation device and the UAV longitudinal motion simulation device, and its inputs are connected to the outputs of the UAV lateral motion simulation device, on which the signals of the slip and roll angles and with the outputs of the longitudinal motion simulation device are formed, on which the signal is formed The angles of attack and pitch, the speed and altitude signals of the UAV and the pitch of the pitch angle, the inputs of the information recording device are connected to the outputs of the corner signals of the rudders, heights and ailerons of the steering gear simulator, as well as the output of the side deviation signal of the UAV trajectory of the modeling device UAV lateral movement and with the output of the UAV flight altitude signal of the UAV longitudinal motion simulation device, the mode setting unit contains a cyclogram and clock calculator tions, three matching blocks and a timer, the first input of which is connected to the output of the block for forming a series of starts, the second input is connected to the output of the signals for setting the cyclogram of the setpoint of the cyclogram and the clock cycle of the computing operations, and the third input connected to the second inputs of the matching blocks is connected to the output of the clock signals cyclogram setter and clock cycle of computing operations, the first timer output through the first matching unit is connected to the control inputs of the UAV lateral and longitudinal motion simulation devices, calculated the cross-coupling coefficients and the coordinate measuring instrument simulator of the observation object, the control inputs of the wind gust simulator, the underlying surface simulator and the control signal generation device are respectively connected to the second, third and sixth timer outputs, the fourth timer output is connected to the control inputs of the radio altimeter simulator through the second matching unit, a simulator of angular velocity sensors, a simulator of angle meters and a simulator of linear acceleration meters, and its fifth output is the third matching block is connected to the control input of the steering gear simulator, in addition, the input of the test results processing device, to which the start end signal is received, is the control input of the final code counter, and the input by the number of starts signal in the series is connected to the counting input of the final code counter and with the first inputs of the calculators of estimates of lateral and vertical miss and the calculator of the probability of a meeting, the second inputs of which are connected to the output of the counter of the final code, the third inputs of the calculator Dividing the estimates of the lateral miss and the meeting probability calculator form the input of the test results processing device to which the UAV lateral deviation signal arrives, the third input of the vertical miss rating calculator and the fourth input of the meeting probability calculator form the input of the test results processing device, which receives the UAV flight altitude signal , the fourth input of the vertical miss estimator calculates the input of the test result processing device to which the signal l of the height of the radar center of reflection of the object of observation, the inputs from the fifth to eighth calculator of the probability of the meeting form the inputs of the device for processing test results to which the signals of the dimensions of the object of observation are received, and the output of the calculator of the probability of meeting and the outputs of the calculators of the lateral and vertical miss are connected to the indicator.
Благодаря введению в предлагаемый моделирующий комплекс блока задания режимов, более информативного устройства регистрации и индикатора, наглядно отображающего ошибки параллельно работающих каналов моделирования продольного и бокового движения БПЛА, обеспечивается более полный контроль и диагностика протекания процессов проверок СУ БПЛА.Thanks to the introduction of a mode setting unit, a more informative recording device and indicator into the proposed modeling complex, which visually displays the errors of parallel working channels for modeling the longitudinal and lateral UAV movement, more complete control and diagnostics of the process of checking UAV UA are provided.
Введение в имитатор БПЛА вычислительных блоков, обеспечивающих вычисление поправок, учитывающих перекрестные связи между устройствами моделирования продольного и бокового движения летательного аппарата, позволяет максимально приблизить условия испытания системы управления к реальным и моделировать пространственное движение БПЛА в условиях воздействия таких возмущений, как ветер и подстилающая поверхность, что особенно актуально при исследовании режимов полета ЛА на малой высоте, что повышает достоверность проверки СУ БПЛА.Introduction to the UAV simulator of computational units that allow for the calculation of corrections that take into account cross-connections between devices for modeling longitudinal and lateral motion of an aircraft allows one to maximally approximate the test conditions of the control system to real conditions and simulate the spatial movement of UAVs under the influence of disturbances such as wind and underlying surface, which is especially important when studying flight modes of aircraft at low altitude, which increases the reliability of checking the UAV UA.
Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by a further description and drawings, which show:
фиг.1 - структурно-функциональная схема моделирующего комплекса;figure 1 - structural and functional diagram of a modeling complex;
фиг.2 - структурно-функциональная схема имитатора измерителя координат объекта наблюдения;figure 2 is a structural-functional diagram of a simulator measuring the coordinates of the object of observation;
фиг.3 - структурно-функциональная схема имитатора летательного аппарата;figure 3 - structural-functional diagram of a simulator of an aircraft;
фиг.4 - структурно-функциональная схема устройства обработки результатов испытаний;figure 4 - structural-functional diagram of a device for processing test results;
фиг.5 - структурно-функциональная схема вычислителей оценок бокового и вертикального промаха;5 is a structural and functional diagram of the evaluators of the estimates of lateral and vertical miss;
фиг.6 - структурно-функциональная схема вычислителя вероятности встречи;6 is a structural and functional diagram of a meeting probability calculator;
фиг.7 - структурно-функциональная схема блока задания режимов;Fig.7 is a structural-functional diagram of a unit for setting modes;
фиг.8 - структурно-функциональная схема устройства управления испытаниями;Fig. 8 is a structural and functional diagram of a test control device;
фиг.9 - структурно-функциональная схема устройства выработки сигналов управления;Fig.9 is a structural-functional diagram of a device for generating control signals;
фиг.10 - структурно-функциональная схема пульта управления.figure 10 is a structural-functional diagram of the control panel.
На фиг.1 структурно-функциональной схемы моделирующего комплекса обозначены:Figure 1 structural and functional diagrams of the modeling complex are indicated:
1 - имитатор измерителя координат объекта наблюдения;1 - simulator measuring the coordinates of the object of observation;
2 - имитатор беспилотного летательного аппарата;2 - simulator of an unmanned aerial vehicle;
3 - блок контроля пролета;3 - span control block;
4 - устройство регистрации информации;4 - information recording device;
5 - устройство обработки результатов испытаний;5 - device for processing test results;
6 - блок задания режимов;6 - unit for setting modes;
7 - устройство управления испытаниями;7 - test control device;
8 - блок формирования серии пусков;8 - block forming a series of starts;
9 - задатчик параметров объекта наблюдения;9 - parameter setter of the object of observation;
10 - пульт управления;10 - control panel;
11 - имитатор ветровых порывов;11 - simulator of wind gusts;
12 - имитатор радиовысотомера;12 - simulator of a radio altimeter;
13 - имитатор подстилающей поверхности;13 - simulator of the underlying surface;
14 - имитатор рулевых механизмов;14 - a steering gear simulator;
15 - имитатор датчиков угловых скоростей;15 - simulator of angular velocity sensors;
16 - имитатор измерителя углов;16 - simulator of the angle meter;
17 - имитатор измерителя линейных ускорений;17 - simulator of a linear acceleration meter;
18 - устройство выработки сигналов управления.18 is a device for generating control signals.
Согласно фиг.1 в состав устройства 7 управления испытаниями входят блок 6 задания режимов, блок 8 формирования серии пусков, задатчик 9 параметров объекта наблюдения и пульт 10 управления.According to figure 1, the
Первый выход пульта 10 управления, на котором формируется сигнал запуска комплекса, соединен с третьим входом (запуска) блока 8 формирования серии пусков, первый вход которого, соединенный с первым входом устройства 5 обработки результатов испытаний, соединен с выходом блока 3 контроля пролета, на котором формируется сигнал окончания пуска, выход блока 8 формирования серии пусков соединен с входом блока 6 задания режимов, второй его вход, соединенный с четвертым входом устройства 5 обработки результатов испытаний, подключен к первому выходу задатчика 9 параметров объекта наблюдения, на котором формируется сигнал количества пусков в серии пусков,а второй выход и выходы с третьего по пятый задатчика 9 параметров объекта наблюдения, на которых формируется сигнал высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения и сигналы размеров объекта наблюдения, соединены с пятым входом и входами с шестого по девятый устройства 5 обработки результатов испытаний.The first output of the
Первый выход блока 5 задания режимов соединен с управляющими (первыми) входами имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения и имитатора 2 беспилотного летательного аппарата, второй и третий выходы соединены с управляющими входами имитатора 11 ветровых порывов и имитатора 13 подстилающей поверхности, выход которого подключен ко второму информационному входу имитатора 12 радиовысотомера. Пятый и шестой выходы блока 6 задания режимов соединены соответственно с четвертым (управляющим) входом имитатора 14 рулевых механизмов и двенадцатым (управляющим) входом устройства 18 выработки сигналов управления, а четвертый выход соединен с управляющим (третьим) входом имитатора 12 радиовысотомера и с управляющими входами имитатора 15 датчиков угловых скоростей, имитатора 16 измерителей углов и имитатора измерителей линейных ускорений.The first output of the
Выходы со второго по пятый пульта 10 управления, на которых формируются сигналы начальной установки дальности объекта наблюдения и параметров относительного движения объекта наблюдения и БПЛА, соединены с входами со второго по пятый имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, а выходы с шестого по одиннадцатый пульта 10 управления, на которых формируются сигналы программных параметров траектории БПЛА, соединены с входами с тринадцатого по восемнадцатый устройства 18 выработки сигналов управления.The outputs from the second to
К первому, второму и третьему входам устройства 18 выработки сигналов управления подключены выходы имитатора 16 измерителей углов, к третьему, четвертому и пятому входам подключены выходы имитатора 15 датчиков угловых скоростей, к седьмому и восьмому входам подключены первый и второй выходы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, на которых формируются сигналы измеренных угла азимута ΨA и угла места υA объекта наблюдения, к девятому и десятому входам подключены выходы имитатора 17 измерителей линейных ускорений, а к одиннадцатому входу подключен выход имитатора 12 радиовысотомера.The outputs of the
Выходы устройства 18 выработки сигналов управления, на которых формируются сигналы σВ, σН, σЭ управления рулями высоты, направления и элеронами, соединены с первым, вторым и третьим входами имитатора 14 рулевых механизмов, а первый, второй и третий выходы последнего, на которых формируются сигналы δВ, δН, δЭ углов закладки рулей высоты, направления и элеронов, соединены соответственно с третьими, четвертыми и пятыми входами устройства 4 регистрации информации и имитатора 2 БПЛА, второй вход которого подключен к выходу имитатора 11 ветровых порывов.The
Первый, второй и третий выходы имитатора 2 БПЛА, на которых формируются сигналы ωX, ωY, ωZ скоростей изменения углов курса, крена и тангажа БПЛА, соединены с входами имитатора 15 датчиков угловых скоростей, четвертый, пятый и шестой выходы, на которых формируются сигналы ψ, γ и ν углов курса, крена и тангажа БПЛА, соединены с входами имитатора 16 измерителей углов, девятый и десятый выходы, на которых формируются сигналы скорости V и угла θ наклона траектории БПЛА, соединены с шестым и седьмым входами имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, а одиннадцатый и двенадцатый выходы, на которых формируются сигналы aY и aZ линейных ускорений БПЛА в земной системе координат, соединены с входами имитатора 17 измерителей линейных ускорений.The first, second, and third outputs of the
Седьмой выход имитатора 2 БПЛА, на котором формируется сигнал Yg высоты полета БПЛА, соединен со вторым входом устройства 4 регистрации информации, третьим входом устройства 5 обработки результатов испытаний, первым информационным входом имитатора 12 радиовысотомера и с девятым входом имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, третий выход которого по сигналу D дальности объекта наблюдения соединен с входом блока 3 контроля пролета, а восьмой вход, соединенный с первым входом устройства 4 регистрации информации и со вторым входом устройства 5 обработки результатов испытаний, подключен к восьмому выходу имитатора 2 БПЛА, на котором формируется сигнал Zg бокового отклонения траектории БПЛА.The seventh output of the
Имитатор 1 измерителя координат объекта наблюдения предназначен для моделирования и выработки сигналов углового положения объекта наблюдения относительно строительной оси БПЛА: - ϑA - измеренного угла места, ΨA - измеренного угла азимута, которые в реальной аппаратуре вырабатываются радиолокационным визиром системы управления ЛА.The
Алгоритм работы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения описывается известной системой уравнений [3, 6]:The algorithm of the
где D - текущее расстояние (дальность) до объекта наблюдения; V - скорость полета БПЛА; zg и yg - координаты БПЛА (боковое отклонение и высота полета) в нормальной земной системе координат; Θ - угол наклона траектории; q - задаваемый курсовой угол БПЛА; DЦ, Vц к qц - задаваемые параметры движения объекта наблюдения (дальность, скорость, курсовой угол); ΨA=φц и ϑA=εц - углы визирования объекта наблюдения по азимуту и углу места.where D is the current distance (range) to the object of observation; V - UAV flight speed; z g and y g - UAV coordinates (lateral deviation and flight altitude) in the normal earth coordinate system; Θ is the angle of inclination of the trajectory; q - set heading angle of the UAV; D U, V p to q n - Asked observation object motion parameters (range, velocity, course angle); Ψ A = φ c and ϑ A = ε c are the viewing angles of the observation object in azimuth and elevation.
Структурная схема имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, реализующего указанный алгоритм, представлена на фиг.2, где обозначено:The structural diagram of the
19 - таймер,19 - timer
20, 21 - вычислители функции Cos,20, 21 - calculators of the Cos function,
22 - умножитель,22 - multiplier,
23 - вычислитель функции Cos,23 - Cos function calculator,
24, 25 - умножители,24, 25 - multipliers,
26 - делитель,26 is a divider
27 - сумматор,27 - adder
28 - делитель,28 - divider
29 - интегратор,29 - integrator
30, 31 - вычислители функции Sin,30, 31 - function calculators Sin,
32 - блок памяти.32 is a block of memory.
Первым (управляющим) входом имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения является вход таймера 19, первый и второй выходы которого подключены к первым и вторым входам всех вычислительных блоков 20,…, 32 имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, как показано на фиг.2.The first (control) input of the
Вторым входом имитатора 1 (по сигналу задаваемой дальности объекта наблюдения - DЦ) является третий вход блока 32 памяти, выход которого является третьим выходом имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, на котором формируется сигнал текущей дальности D объекта наблюдения. Четвертый вход блока 32 памяти, соединенный с четвертым входом делителя 26 и третьим входом делителя 28, подключен к выходу интегратора 29, третий вход которого подключен к выходу сумматора 27.The second input of the simulator 1 (by the signal of the set range of the observation object - D C ) is the third input of the
Третий вход сумматора 27 соединен с выходом умножителя 24, третий вход которого подключен к шестому входу имитатора 1 (по сигналу скорости полета летательного аппарата - V). Четвертый вход сумматора 27 соединен с выходом умножителя 22, третий вход которого подключен к третьему входу имитатора 1 (по сигналу задаваемой скорости объекта наблюдения - VЦ).The third input of the
Седьмой и пятый входы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения (по сигналам угла наклона траектории - θ и задаваемого курсового угла q БПЛА) через вычислители 20 и 21 функции Cos соединены с третьим и четвертым входами умножителя 25, а четвертый вход имитатора 1 (по сигналу qц задаваемого курсового угла объекта наблюдения) подключен к третьему входу вычислителя 23 функции Cos, выход которого соединен с четвертым входом умножителя 22.The seventh and fifth inputs of
Восьмой и девятый входы имитатора 1 (по сигналам Zg и Yg) через делители 26 и 28 подключены к третьим входам вычислителей 31 и 30 функции Sin, выходы которых являются первым и вторым выходами имитатора 1, на которых формируются сигналы ΨA, ϑA углов визирования объекта наблюдения по азимуту и углу места.The eighth and ninth inputs of simulator 1 (by signals Zg and Yg) are connected through
Имитатор 2 беспилотного летательного аппарата предназначен для выработки информации о моделируемом положении БПЛА в пространстве, его углах атаки и скольжения, угловых и линейных скоростях.
Известно [3, с.403-404, 473-474, 4], что для большинства беспилотных летательных аппаратов система дифференциальных уравнений, описывающих возмущенное движение, распадается на две группы уравнений, одна из которых описывает изменение параметров продольного движения, а другая - бокового движения, между которыми действуют перекрестные связи.It is known [3, pp. 404-404, 473-474, 4] that for most unmanned aerial vehicles, the system of differential equations describing the perturbed movement splits into two groups of equations, one of which describes the change in the parameters of longitudinal movement, and the other - of the lateral movements between which cross-connections are in effect.
Эта особенность учитывается и при построении имитатора БПЛА, что позволяет существенно упростить его реализацию.This feature is taken into account when constructing the UAV simulator, which allows to significantly simplify its implementation.
Согласно фиг.2 структурно-функциональной схемы имитатора 2 БПЛА в его состав входят устройство 33 моделирования бокового движения БПЛА, устройство 34 моделирования продольного движения БПЛА и вычислитель 35 коэффициентов перекрестных связей.According to figure 2 of the structural-functional diagram of the
Алгоритм работы устройства 33 моделирования бокового движения летательного аппарата описывается следующей системой уравнений:The algorithm of the
где l - характерный размер;where l is the characteristic size;
ψ, γ, ϑ - углы курса, крена и тангажа БПЛА;ψ, γ, ϑ - UAV heading, roll and pitch angles;
, , Cza, mx, my - аэродинамические характеристики БПЛА; , , C za , m x , m y - aerodynamic characteristics of the UAV;
ωx, ωy, ωy - угловые скорости БПЛА;ω x , ω y , ω y - angular velocity of the UAV;
Jx, Jy, Jxy - главные и центробежный моменты;J x , J y , J xy - the main and centrifugal moments;
β, βw - угол скольжения и составляющая угла скольжения от боковых порывов ветра;β, β w is the sliding angle and the component of the sliding angle from lateral gusts of wind;
a z - ускорение; a z is the acceleration;
α - угол атаки;α is the angle of attack;
δН, δВ, δЭ - углы закладки рулей направления, высоты и элеронов;δ Н , δ В , δ Э - bookmark angles rudders, heights and ailerons;
a(yg,T(yg) и ρ(yg,T(yg), ρ) - скорость звука и плотность воздуха, зависящие от распределения температуры воздуха по высоте и давления в точке местонахождения БПЛА; a (y g , T (y g ) and ρ (y g , T (y g ), ρ) - the speed of sound and air density, depending on the distribution of air temperature over altitude and pressure at the location of the UAV;
S - характерная площадь;S is the characteristic area;
bA - средняя аэродинамическая хорда;b A - average aerodynamic chord;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
m - масса БПЛА;m is the mass of the UAV;
ρ(yg,V) и mсек(yg,V) - высотно-скоростная и дроссельная характеристики маршевого двигателя;ρ (y g , V) and m sec (y g , V) are the high-speed and throttle characteristics of the marching engine;
, ,
, ,
, ,
Ρ1nc и Ρ2nc - поправки, учитывающие взаимное влияние продольного и бокового каналов управления.Ρ 1nc and Ρ 2nc are corrections that take into account the mutual influence of the longitudinal and lateral control channels.
Устройство 33 моделирования бокового движения БПЛА, в котором программно или аппаратно (с использованием умножителей, делителей, сумматоров, квадраторов, интеграторов и т.п.) производится вычисление вышеуказанных зависимостей, состоит из трех функциональных узлов, а именно:The UAV lateral
- вычислитель 36 параметров траектории БПЛА, в котором реализуются соотношения (2.1), (2.2), (2.8) и производится определение значения угла скольжения β (с поправкой, учитывающей порывы ветра) и значения линейного ускорения a z,- a
- вычислитель 37 угловых скоростей БПЛА, в котором реализуются соотношения (2.3), (2.4), (2.5), (2.6), (2.7) и производится определение значений скорости изменения углов крена ωX и курса ωY;- a calculator of 37 UAV angular velocities in which relations (2.3), (2.4), (2.5), (2.6), (2.7) are realized and the values of the rate of change of the roll angles ω X and the course ω Y are determined;
- вычислитель 38 кинематических соотношений и преобразования координат, в котором реализуются соотношения (2.9), (2. 10), (2.12) и производится определение значений бокового отклонения Zg, и углов ψ, γ курса и крена БПЛА.- a calculator of 38 kinematic relations and coordinate transformations in which relations (2.9), (2. 10), (2.12) are implemented and the lateral deviation Zg, and the angles ψ, γ of the heading and roll of the UAV are determined.
Алгоритм работы устройства 34 моделирования продольного движения летательного аппарата может быть описан следующей системой уравнений:The algorithm of the
где αw - составляющая угла атаки от вертикальных порывов ветра;where α w is the component of the angle of attack from vertical gusts of wind;
a x и a y - ускорения; a x and a y are accelerations;
Cxa, Cya, mz - аэродинамические характеристики БПЛА;C xa , C ya , m z - aerodynamic characteristics of the UAV;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
Jz - момент инерции ЛА;J z is the moment of inertia of the aircraft;
H - высота, измеряемая радиовысотомером;H is the height measured by a radio altimeter;
yм - текущая высота подстилающей поверхности под ЛА;y m - the current height of the underlying surface under the aircraft;
Ρ3n.c., Ρ4n.c. - поправки, учитывающие взаимное влияние продольного и бокового каналов управления.Ρ 3n.c. , Ρ 4n.c. - amendments taking into account the mutual influence of the longitudinal and lateral control channels.
Устройство 34 моделирования продольного движения БПЛА, программно или аппаратно реализующее указанные соотношения, состоит из вычислителя 39 параметров траектории БПЛА, в котором производится определение значений угла наклона траектории θ (соотношение 3.2), высоты полета Yg (соотношение 3.9) и угла атаки α (соотношение 3.11), и вычислителя 40 параметров движения БПЛА, в котором производится определение значений высоты полета V, линейных ускорений a X и a Y, угла тангажа υ и скорости изменения угла тангажа ωZ (соотношения (3.1, 3.3, 3.4, 3.5, 3.8, 3.11)).A
Вычислитель 35 коэффициентов перекрестных связей, который также может быть реализован программно или аппаратно, определяет значения величин поправок Ρ1n.c, Ρ2n.c (соотношения 2.12,2.14) и Ρ3n.c, Ρ4n.c (соотношения 3.12, 3.13).The
При этом, как показано на фиг.3, к первому входу имитатора 2 БПЛА, на который поступает сигнал запуска из блока 6 задания режимов, подключены входы таймеров, входящих в состав вычислительных блоков 35,…, 40 и задающих логико-временные зависимости производимых вычислительных операций.At the same time, as shown in Fig. 3, the inputs of the timers that are part of the
Ко второму входу имитатора 2, на который из имитатора 11 ветровых порывов поступает значение сигнала ветровых порывов W, подключены соответствующие входы вычислителя 36 параметров траектории устройства 33 моделирования бокового движения и вычислителя 40 параметров движения БПЛА устройства 34 моделирования параметров продольного движения БПЛА.To the second input of the
Третий вход имитатора 2 образован соответствующим входом вычислителя 40 параметров движения БПЛА по сигналу угла закладки руля высоты δВ, к четвертому входу имитатора 2, на который поступает сигнал угла закладки руля направления δН, подключены соответствующие входы вычислителя 36 параметров траектории БПЛА и вычислителя 38 кинематических соотношений, а к пятому входу, на который поступает сигнал угла закладки элеронов δЭ, подключен соответствующий вход вычислителя 37 угловых скоростей БПЛА.The third input of the
Выходы вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей, на которых формируются значения поправок Ρ1n.c, Ρ2n.c, соединены с соответствующими входами вычислителя 38 кинематических соотношений устройства 33 моделирования бокового движения, а выходы, на которых формируются значения поправок Ρ3n.c, Ρ4n.c., соединены с входами вычислителя 40 параметров движения устройства 34 моделирования продольного движения.The outputs of the
К выходу вычислителя 39 параметров траектории БПЛА устройства 34 моделирования продольного движения БПЛА, на котором формируется значение угла атаки α, подключены соответствующие входы вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей, а также вычислителя 36 параметров траектории и вычислителя 37 угловых скоростей, входящих в состав устройства 33 моделирования бокового движения БПЛА. Выход вычислителя 39, на котором формируется значение угла наклона траектории θ БПЛА, образует десятый выход имитатора 2 БПЛА, а его выход, на котором формируется значение высоты полета Yg, образует седьмой выход имитатора 2 БПЛА и, кроме этого, соединен с соответствующими входами вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей и вычислителя 36 параметров траектории устройства 33 моделирования бокового движения БПЛА.To the output of the
Выходы вычислителя 40 параметров движения БПЛА устройства 34 моделирования продольного движения БПЛА, на которых формируются значение скорости полета БПЛА V, и значения проекций a X, a Y линейных ускорений, соединены с входами вычислителя 39 параметров траектории БПЛА, кроме этого, выход вычислителя 40 по сигналу скорости V, образующий девятый выход имитатора 2 БПЛА, соединен также с соответствующими входами вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей, вычислителя 36 параметров траектории БПЛА и вычислителя 38 кинематических соотношений и преобразования координат, а выход вычислителя 40 по сигналу a Y образует одиннадцатый выход имитатора 2 БПЛА.The outputs of the
Выходы вычислителя 40 параметров движения БПЛА, на которых формируются значение угла тангажа υ и значение скорости изменения угла тангажа ωZ, образуют соответственно шестой и третий выходы имитатора 2 БПЛА, кроме этого, выход вычислителя 40 по сигналу υ соединен с соответствующими входами вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей и вычислителя 38 кинематических соотношений и преобразования координат, а выход по сигналу ωZ соединен с соответствующим входом вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей.The outputs of the
Выход вычислителя 36 параметров траектории БПЛА устройства 33 моделирования бокового движения, на котором формируется значение проекции a Z линейного ускорения, образует двенадцатый выход имитатора 2 БПЛА, а выход, на котором формируется значение угла скольжения β, соединен с соответствующими входами вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей, вычислителя 37 угловых скоростей БПЛА и вычислителя кинематических соотношений и преобразования координат.The output of the
Выходы вычислителя 37 угловых скоростей устройства 33 моделирования бокового движения БПЛА, на которых формируются значения скоростей изменения угла крена ωX и угла курса ωY, образуют первый и второй выходы имитатора 2 БПЛА и, кроме этого, соединены с соответствующими входами вычислителя 38 кинематических соотношений и преобразования координат.The outputs of the
Выход вычислителя 38 кинематических соотношений и преобразования координат, на котором формируется значение угла крена γ, образует пятый выход имитатора 2 БПЛА и, кроме этого, соединен с соответствующими входами вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей и вычислителя 40 параметров движения устройства 34 моделирования продольного движения БПЛА.The output of the kinematic relationship calculator 38 and coordinate transformation, on which the roll angle γ is generated, forms the fifth output of the
Блок 3 контроля пролета предназначен для фиксации момента времени, когда дальность D между ЛА и объектом наблюдения в алгоритмах (1) равна 0, что соответствует моменту пролета ЛА над (или под) объектом наблюдения в вертикальной плоскости и слева или справа от объекта наблюдения в боковой плоскости. В этот момент на выходе блока 3 контроля пролета формируется сигнал окончания пуска. Блок 3 контроля пролета выполнен в виде триггера Шмидта.The
Устройство 4 регистрации информации предназначено для визуального отображения траектории ЛА и основных регистрируемых при моделировании параметров - координат траектории и отклонений рулей - и представляет собой, например, видеотерминальный комплекс, на запоминающих устройствах которого организовано накопление массивов значений регистрируемых параметров с одновременным их выводом на экран устройства.The
Устройство 5 обработки результатов испытаний предназначено для статистической обработки результатов испытаний с целью получения достоверных оценок о величинах бокового и вертикального промаха и определения вероятности встречи БПЛА с объектом наблюдения в конкретной серии электронных пусков.The
Вычисление оценок осуществляется непосредственно по выходным сигналам имитатора 2 БПЛА, которыми являются в вертикальной плоскости величина Yg, а в горизонтальной - Zg. Для вертикальной плоскости вводится поправка на величину высоты над горизонтом радиолокационного центра отражения объекта наблюдения ygц. Таким образом, величины промахов равны:The estimates are calculated directly from the output signals of the
при D=0at D = 0
В качестве оценок величин вертикального промаха принимаются:As estimates of the vertical miss values are accepted:
математическое ожиданиеexpected value
дисперсияdispersion
среднеквадратичное отклонениеstandard deviation
Для оценки точности аппаратуры ЛА в боковой плоскости (величин бокового промаха) формулы аналогичны.To evaluate the accuracy of the aircraft equipment in the lateral plane (lateral miss values), the formulas are similar.
Вероятность встречи ЛА и объекта наблюдения при испытаниях определяется следующим образом. Фиксируются факты попадания ЛА в контуры объекта наблюдения nпоп и определяется вероятность встречи по известной формуле:The probability of meeting the aircraft and the object of observation during testing is determined as follows. The facts of the aircraft entering the contours of the observation object n pop are recorded and the probability of a meeting is determined by the well-known formula:
Устройство 5 обработки результатов испытаний (см. фиг.4) содержит счетчик 41 конечного кода, вычислитель 42 оценок бокового промаха, вычислитель 43 вероятности встречи, вычислитель 44 оценок вертикального промаха и индикатор 45.The test results processing device 5 (see FIG. 4) comprises a
Первый вход устройства 5 обработки результатов испытаний (по сигналу окончания пуска D=0) соединен со вторым (управляющим) входом счетчика 41 конечного кода, к выходу которого подключены вторые входы вычислителей 42 и 44 оценок бокового и вертикального промаха и вычислителя 43 вероятности встречи, первые входы которых и первый (счетный) вход счетчика 41 подключены к четвертому входу устройства 5 обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал количества пусков N.The first input of the test results processing device 5 (by the start end signal D = 0) is connected to the second (control) input of the
Третьи входы вычислителя 42 оценок бокового промаха и вычислителя 44 вероятности встречи образуют второй вход устройства 5 обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал Zg бокового отклонения траектории БПЛА. К третьему входу устройства 5 обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал Yg высоты полета БПЛА, подключены четвертый вход вычислителя 43 вероятности встречи и третий вход вычислителя 44 оценок вертикального промаха, четвертый вход которого образует пятый вход устройства 5 обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал Ygц высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения.The third inputs of the
К входам с шестого по девятый устройства 5 обработки результатов испытаний, на которые поступают сигналы, характеризующие размеры объекта наблюдения, подключены входы с пятого по восьмой вычислителя 43 вероятности встречи, выход которого по сигналу Р вероятности встречи ЛА с объектом наблюдения подключен к четвертому входу индикатора 45.The inputs from the sixth to the
Первый, второй и третий выходы вычислителей 42 и 44, на которых формируются сигналы математического ожидания (ZОТН и YОТН), дисперсии (DZОТН, DYОТН) и среднеквадратичного отклонения (σZОТН, σYОТН) величин бокового и вертикального промаха подключены к входам с первого по третий и входам с пятого по седьмой индикатора 45 соответственно.The first, second and third outputs of
Счетчик 41 конечного кода предназначен для подсчета количества произведенных пусков в серии и выдачи управляющего сигнала, когда на его управляющий (второй) вход поступает сигнал окончания пуска с блока 3 контроля пролета.The
Вычислители 42 и 44 оценок бокового и вертикального промаха идентичны по структуре (см. фиг.4) и различаются наличием дополнительного, четвертого, входа у вычислителя 44 оценок вертикального промаха.The
Каждый вычислитель 42 (44) оценок промаха содержит блок 46 формирования управляющих сигналов, таймер 47, вычислитель 48 среднеквадратичного отклонения, сумматор 49, квадратор 50, вычислитель 51 дисперсии, блок 52 памяти, сумматор 53, масштабный блок 54.Each calculator 42 (44) of the miss estimates contains a control
Вход блока 46 формирования управляющих сигналов соединен со вторым входом вычислителя 42 (44) оценок промаха, а к его выходам с первого по четвертый подключены первые входы блока 52 памяти, сумматора 53, масштабного блока 54 и таймера 47 соответственно. К третьему входу вычислителей 42, 44 оценок промаха (сигнал Zg или Yg) подключен второй вход блока 52 памяти, выход которого непосредственно соединен со вторым входом сумматора 49 и через сумматор 53 соединен со вторым входом масштабного блока 54. Третий вход блока 52 памяти образует четвертый вход вычислителя 44 оценок вертикального промаха (сигнал Ygц).The input of the control
Третий вход масштабного блока 54 и вторые входы вычислителя 51 дисперсии и таймера 47 соединены с первым входом вычислителей 42, 44 оценок промаха, на который поступает сигнал количества пусков N. К выходам таймера 47 с первого по четвертый подключены первые входы сумматора 49, квадратора 50, вычислителя 51 дисперсии и вычислителя 48 среднеквадратичного отклонения соответственно.The third input of the
Третий вход вычислителя 51 дисперсии соединен с выходом квадратора 50, второй вход которого соединен с выходом сумматора 49, а третий вход - с выходом масштабного блока 54, который одновременно является первым выходом вычислителей 42, 44 оценок промаха. Выход вычислителя 51 дисперсии, образующий второй выход вычислителей 42, 44 оценок промаха, соединен также со вторым входом вычислителя 48 среднеквадратичного отклонения, выход которого образует третий выход вычислителей 42, 44 оценок промаха.The third input of the
На выходах вычислителя 42 оценок бокового промаха формируются сигналы величин математического ожидания ZОТН (первый выход), дисперсии DZОТН (второй выход) и среднеквадратичного отклонения σZОТН) (третий выход) летательного аппарата относительно объекта наблюдения в горизонтальной плоскости, а на выходах вычислителя 44 вертикального промаха - аналогичные сигналы ZОТН, DYОТН, σYОТН, характеризующие промах в вертикальной плоскости.At the outputs of the
Вычислитель 43 вероятности встречи (см. фиг.6) содержит блок 55 формирования управляющих сигналов, блок 56 сравнения, блок 57 памяти и блок 58 деления.The meeting probability calculator 43 (see FIG. 6) comprises a control
Вход блока 55 формирования управляющих сигналов соединен со вторым входом вычислителя 43 вероятности встречи, его первый выход соединен с первым входом блока 56 сравнения, а второй и третий выходы - со вторыми входами блока 57 памяти и блока 58 деления соответственно. Первый вход вычислителя 43 вероятности встречи (по сигналу количества пусков N) соединен с третьим входом вычислителя 43 вероятности встречи, а третий, четвертый и пятый входы (сигналы Zg, Yg, Ygц), и входы с шестого по девятый (сигналы размеров объекта наблюдения) соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами и входами с пятого по восьмой блока 56 сравнения. Выход блока 56 сравнения соединен с первым входом блока 57 памяти, выход которого подключен к первому входу блока 58 деления, а выход блока 58 деления, на котором формируется сигнал вычисленной вероятности встречи P, является выходом вычислителя 43 вероятности встречи.The input of the control
Блок 6 задания режимов (фиг.7), входящий в состав устройства 7 управления испытаниями, содержит таймер 59, задатчик 60 циклограмм и такта вычислительных операций и блоки 61, 62, 63 согласования.The mode setting unit 6 (Fig. 7), which is part of the
Первый вход таймера 59 является входом блока 6 задания режимов, а его второй и третий входы соединены со вторым (по сигналу, задающему циклограмму) и первым (по сигналу, задающему такт) задатчика 60 циклограмм и такта вычислительных операций, выполненного в виде управляемого распределителя напряжений. К тактовому выходу задатчика 60 подключены также вторые входы блоков 61, 62 и 63 согласования. Первый, четвертый и пятый выходы таймера 59 соединены с первыми входами блоков 61, 62 и 63 согласования соответственно. Выходы блоков 61, 62 и 63 согласования являются соответственно первым, четвертым и пятым выходами блока 6 задания режимов. Второй, третий и шестой выходы таймера 59 образуют соответственно второй, третий и шестой выходы блока 6 задания режимов.The first input of the
Блок 8 формирования серии пусков, входящий в состав устройства 7 управления испытаниями (фиг.8), содержит формирователь 64 сигнала, устройство 65 задержки, ключ 66, счетчик 67 и формирователь 68 сигнала.
Третий вход устройства 8 управления (по сигналу запуска) является входом формирователя 68 сигнала, выход которого подключен к входу счетчика 67, выход которого соединен с входом ключа 66. Вторые входы ключа 66 и счетчика 67 служат первым входом устройства 8 управления испытаниями (по сигналу окончания пуска). Выход ключа 66 через устройство 65 задержки соединен с формирователем 64, выход которого является выходом устройства 8 управления испытаниями. Третий вход счетчика 67 является вторым входом устройства 8 управления испытаниями (по сигналу количества пусков).The third input of the control device 8 (by the start signal) is the input of the
Задатчик 9 параметров объекта наблюдения предназначен для ввода в моделирующий комплекс габаритных и радиотехнических характеристик объекта наблюдения, а также количества пусков для получения достоверных оценок системы. Задатчик 9 параметров объекта наблюдения представляет собой устройство, входным блоком которого является аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с блоками памяти. В каждом блоке памяти записаны значения начальных или программных величин.The
Имитатор 15 датчиков угловых скоростей, имитатор измерителей 16 углов и имитатор измерителей 17 линейных ускорений предназначены для имитации динамики реальных приборов исследуемой системы управления ЛА. Они реализуют хорошо известные передаточные функции [3, 4] и выполнены на основе программных или аппаратных средств.A simulator of 15 angular velocity sensors, a simulator of 16 angle meters and a simulator of 17 linear acceleration meters are designed to simulate the dynamics of real instruments of the aircraft control system under study. They implement well-known transfer functions [3, 4] and are based on software or hardware.
Имитатор 12 радиовысотомера предназначен для воспроизведения условий движения летательного аппарата над поверхностью и реализует известную передаточную функцию [3, 4]. Входным блоком имитатора 12 радиовысотомера является сумматор, другой вход которого соединен с имитатором 13 подстилающей поверхности. Сигнал, поступающий на первый вход сумматора имитатора 13 радиовысотомера, пропорциональный сигналу yg, вырабатываемому имитаторам 2 ЛА, складывается с сигналом yм, вырабатываемым имитатором 13 подстилающей поверхности. На выходе имитатора 12 радиовысотомера формируется сигнал высоты полета ЛА над подстилающей поверхностью - H (например, морем).The
Имитатор 13 подстилающей поверхности и имитатор 11 ветровых порывов представляют собой генераторы случайных сигналов.The
Имитатор 14 рулевых механизмов воспроизводит динамику рулевых приводов, приводящих в движение рули высоты, направления и элероны. Имитатор 14 рулевых механизмов содержит имитатор привода курса, имитатор привода крена и имитатор привода тангажа, выходы которых являются соответствующими выходами имитатора 14 рулевых механизмов, а входы образуют соответствующие входы имитатора 14 рулевых механизмов. Имитаторы приводов реализуют известные передаточные функции [6] и выполнены на основе программных или аппаратных средств.A simulator of 14 steering mechanisms reproduces the dynamics of steering drives that drive the elevators, directions and ailerons. The
Устройство 18 выработки сигналов управления предназначено для формирования сигналов управления рулевыми механизмами и является прибором исследуемой СУ ЛА. Устройство 18 выработки сигналов управления содержит три канала управления: рулями высоты, направления и элеронами, соответственно. Алгоритмы формирования законов управления для большинства беспилотных ЛА широко известны и имеют вид [3, с.78, рис.4.4]:The
где Kϑ, Kϑ, Tz, Kh, Th, Ksh, Kny, Kψ, Kψ', Tψ, Kγ, Kγ', Tγ передаточные коэффициенты; nz, ny, nz', - перегрузки; δпр, Hпр(t), ϑ1, ψ1 - программные значения соответствующих параметров, определяющие закон движения ЛА; знаком (') - помечены сигналы, поступающие с имитаторов приборов реальной аппаратуры СУ.where K ϑ , K ϑ , T z , K h , T h , K sh , K ny , K ψ , K ψ ' , T ψ , K γ , K γ' , T γ transfer coefficients; n z , n y , n z ' , - overloads; δ CR , H CR (t), ϑ 1 , ψ 1 - program values of the corresponding parameters that determine the law of motion of the aircraft; a sign (') - signals received from simulators of devices of real equipment of the control system are marked.
где Kϑy, Kωz - передаточные коэффициенты; ϑA0, ϑ0 - суть в момент начала наведения в "продольной задаче" на объект наблюдения; ϑпр и αуст - установочные значения параметров.where K ϑy , K ωz are gear ratios; ϑ A0 , ϑ 0 - the essence at the moment of starting the guidance in the "longitudinal task" on the object of observation; ϑ ol and α mouth - installation values of the parameters.
где Kψy - передаточные коэффициенты; ψA0 - малая константа (например, ψA0=0,5 град), ψ0 - угол курса в момент "упреждения".where K ψy - gear ratios; ψ A0 is a small constant (for example, ψ A0 = 0.5 deg), ψ 0 is the course angle at the time of the “lead”.
Структурная схема устройства 18 выработки сигналов управления представлена на фиг.11, где обозначены:The structural diagram of the control
69 - таймер,69 - timer
70 - сумматор,70 - adder
71 - блок памяти,71 is a memory block,
72 - дифференциатор,72 - differentiator,
73 - функциональный блок, выполненный в виде вычислителя, в котором производится вычисление соотношений (5.7) и (5.8);73 is a functional block made in the form of a computer in which the relations (5.7) and (5.8) are calculated;
74 - дифференциатор,74 - differentiator,
75 - сумматор,75 - adder
76, 77 - дифференциаторы,76, 77 - differentiators,
78 - интегратор,78 - integrator
79 - сумматор,79 - adder,
80 - функциональный блок, выполненный в виде вычислителя, в котором производится вычисление соотношений (5.10), (5.11) и (5.12);80 is a functional block made in the form of a computer in which the relations (5.10), (5.11) and (5.12) are calculated;
81 - сумматор,81 - adder,
82, 83 - масштабные блоки,82, 83 - scale blocks,
84 - сумматор,84 - adder
85 - функциональный блок, выполненный в виде вычислителя, в котором производится вычисление соотношения (5.9);85 - functional block, made in the form of a computer, in which the calculation of the ratio (5.9);
86, 87, 88 - сумматоры,86, 87, 88 - adders,
89 - масштабный блок,89 is a scale block,
90, 91 - сумматоры.90, 91 - adders.
Вход таймера 69 соединен с двенадцатым (управляющим) входом устройства 18 выработки сигналов управления, а к соответствующим выходам таймера подключены первые входы всех блоков, входящих в состав устройства 18. Девятый вход устройства 18 через масштабный блок 83 подключен ко второму входу сумматора 88, третий вход которого соединен с выходом сумматора 84. Третий вход сумматора 84 через функциональный блок 85 соединен с выходом функционального блока 73, а второй вход соединен с шестым входом функционального блока 73 и подключен к первому входу устройства 18 выработки сигналов управления.The input of the
Седьмой, восемнадцатый, четырнадцатый, тринадцатый и четвертый входы устройства 18 соединены соответственно с входами со второго по пятый и седьмым входом функционального блока 73, а пятнадцатый вход через масштабный блок 89 подключен к седьмому входу сумматора 88. Четвертый вход сумматора 88 подключен к выходу сумматора 86, третий вход которого подключен к выходу дифференциатора 76, выход которого соединен со вторым входом сумматора 88 и подключен к четвертому входу устройства 18 выработки сигналов управления.The seventh, eighteenth, fourteenth, thirteenth and fourth inputs of the
Шестнадцатый и одиннадцатый входы устройства 18 выработки сигналов управления соединены соответственно со вторым входом сумматора 70 и вторым входом блока 71 памяти, выход которого подключен к третьему входу сумматора 70. К выходу сумматора 70 непосредственно подключены вторые входы интегратора 78 и сумматора 87 и через дифференциатор 77 подключен третий вход сумматора 87, а выход сумматора 87 и выход интегратора 78 соединены соответственно с пятым и шестым входами сумматора 88, выход которого является первым выходом устройства 18 выработки сигналов управления (по сигналу управления рулем высоты - σВ).The sixteenth and eleventh inputs of the control
К восьмому, семнадцатому и восемнадцатому входам устройства 18 выработки сигналов управления подключены третий, четвертый и пятый входы функционального блока 80, шестой вход которого, соединенный со вторыми входами сумматора 81 и дифференциатора 74, подключен к пятому входу устройства 18 выработки сигналов управления. Выход дифференциатора 74 соединен с третьим входом сумматора 81, а выход функционального блока 80 соединен с третьим входом сумматора 79, второй вход которого и второй вход функционального блока 80 соединены со вторым входом устройства 18 выработки сигналов управления. Выходы сумматоров 79 соединены соответственно со вторым и третьим входами сумматора 90, четвертый вход которого через масштабный блок 82 соединен с десятым входом устройства 18 выработки сигналов управления, вторым выходом которого (по сигналу управления рулем направления - σН) является выход сумматора 90.The third, fourth and fifth inputs of the
Шестой вход устройства 18 выработки сигналов управления соединен со вторыми входами сумматора 75 и дифференциатора 72, выход которого соединен с третьим входом сумматора 75. Выход сумматора 75 подключен ко второму входу сумматора 91, третий вход которого соединен с третьим входом устройства 18 выработки сигналов управления, а выход образует третий выход устройства 18 (по сигналу управления элеронами - σЭ).The sixth input of the control
Пульт 10 управления (см. фиг.10), входящий в состав устройства 7 управления испытаниями, содержит кнопку 92 "Пуск", потенциометр 93 "Начальные условия" и задатчик 94 параметров, соединенные с источником питания. Выход кнопки 92 является первым выходом пульта 10 управления, выход потенциометра 93 подключен к входу задатчика 94 параметров, выходы которого являются выходами со второго по одиннадцатый пульта 10 управления.The control panel 10 (see figure 10), which is part of the
Задатчик 94 параметров представляет собой устройство, входным блоком которого является аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с блоками памяти. В каждом блоке памяти записаны значения начальных или программных величин.
Предлагаемый моделирующий комплекс работает следующим образом.The proposed modeling complex works as follows.
Вначале в соответствии с программой проведения моделирования осуществляется настройка комплекса.First, in accordance with the simulation program, the complex is set up.
Выбирается тип решаемой задачи, для чего движок потенциометра 93 пульта 10 управления устанавливается в положение, соответствующее выбранной задаче. При этом с выходов ячеек памяти задатчика 94 параметров в устройство 18 выработки сигналов управления поступают сигналы, соответствующие программным параметрам траектории движения БПЛА в алгоритмах (5), а в имитатор 1 измерителя координат объекта наблюдения - сигналы начальной установки дальности до объекта наблюдения и параметров относительного движения объекта наблюдения и БПЛА в алгоритмах (1).The type of the problem to be solved is selected, for which the
Из задатчика 9 параметров объекта наблюдения в устройство 5 обработки результатов испытаний вводятся параметры объекта наблюдения - длина, высота и высота радиолокационного центра отражения объекта наблюдения, а также количество пусков в серии испытаний, достаточных для получения достоверных оценок в алгоритмах (4). Длина и высота объекта наблюдения вводятся как проекции контура объекта наблюдения на плоскость, перпендикулярную строительной оси БПЛА, величинами длин влево, вправо, вверх и вниз относительно радиолокационного центра отражения объекта наблюдения.From the
Из задатчика 60 циклограмм и тактов вычислительных операций блока 6 задания режимов вводятся сигналы, задающие режим проведения моделирования. При этом в зависимости от априорной информации (полученной, например, с помощью математического моделирования СУ БПЛА) устанавливается или режим реального времени или "старт-стопный" режим.From the
В режиме реального времени имитаторы моделирующего комплекса вырабатывают сигналы, обеспечивающие возможность функционирования устройства 18 выработки сигналов управления в штатном режиме. В этом режиме оператор контролирует протекание процессов моделирования на экране устройства 4 регистрации информации и оценивает качество системы управления БПЛА по конечному промаху, расчетные значения которого - боковое отклонение летательного аппарата относительно объекта наблюдения и высота пролета над (под) ним - отображаются на индикаторе 45 устройства 5 обработки результатов испытаний. Правильность протекания процессов моделирования в простейшем случае визуально оценивается на экране устройства 4 регистрации информации по траектории движения ЛА (параметры yg и zg) и отклонениям рулей ЛА (сигналы δн, δВ, δЭ углов закладки рулей направления, высоты и элеронов), при этом контролируется их совпадение с траекторией, полученной в результате математического моделирования, а также неразрывность их графиков (т.к. как очевидно из физики процессов движения объектов, что они должны быть непрерывными).In real time, simulators of the modeling complex generate signals that enable the
В "старт-стопном" режиме моделирующий комплекс функционирует таким образом, что одному такту работы устройства 18 выработки сигналов управления соответствует несколько тактов работы имитаторов, т.е. блок 6 задания режимов вырабатывает такую последовательность команд, по которой осуществляется корректный запуск и остановка всех устройств комплекса.In the "start-stop" mode, the modeling complex operates in such a way that one clock cycle of the
Под корректной остановкой понимается такое прерывание процесса моделирования, когда завершены все операции решения системы уравнений, описывающих процессы работы того или иного устройства комплекса. При этом существенно повышается точность моделирования, т.к. известно, что за счет уменьшения шага решения уравнений (увеличения тактов работы вычислительных устройств имитаторов) можно существенно (на порядок) повысить точность их решения и соответственно существенно повысить точность моделирования по сравнению с работой в реальном времени. Кроме того, за счет замедления протекания всех процессов оператору легче контролировать их правильность (например, сравнивая с принятым за эталон математическим). В обоих режимах оператор может путем подачи команды со второго выхода задатчика 60 циклограмм и такта вычислительных операций корректно остановить процесс моделирования, проанализировать результат и запустить процесс вновь. При этом сигнал с первого выхода задатчика 60 (который задается оператором при настройке комплекса) определяет тактность работы вычислительных устройств имитаторов (замедление процессов моделирования).A correct stop refers to such an interruption of the modeling process when all operations of solving a system of equations that describe the processes of a particular device of the complex are completed. At the same time, the modeling accuracy is significantly increased, since It is known that by reducing the step of solving equations (increasing the clock cycles of simulator computing devices), it is possible to significantly (by an order of magnitude) increase the accuracy of their solution and, accordingly, significantly increase the accuracy of modeling compared to real-time operation. In addition, by slowing down the flow of all processes, it is easier for the operator to control their correctness (for example, comparing them with the mathematical standard). In both modes, the operator can, by issuing a command from the second output of the
При нажатии кнопки 92 "Пуск" пульта 10 управления осуществляется запуск комплекса. Вначале сигнал с первого выхода пульта 10 управления через формирователь 68 в блоке 8 формирования серии пусков (см. фиг.8) поступает на первый вход счетчика 67, на второй и третий входы которого поступают соответственно сигнал с выхода блока 3 контроля пролета (фиксирующий окончание пуска системы) и сигнал с первого выхода задатчика 9 параметров объекта наблюдения (определяющий количество пусков в цикле испытаний - N). Если количество произведенных пусков системы будет равно заданному количеству пусков, то сигнал на выходе счетчика 67 будет равен нулю. Так как в первый момент они не равны, то запускающий сигнал с выхода счетчика 67 через ключ 66, устройство 65 задержки и формирователь 64 поступает на вход блока 6 задания режимов, который задает циклограмму работы комплекса.When you press the
В блоке 6 задания режимов (см. фиг.7) этот сигнал поступает на первый вход таймера 59, который запускается с частотой, задаваемой сигналом, поступающим на его третий вход с первого выхода задатчика 60 циклограмм и такта вычислительных операций. На первом - шестом выходах управляемого таймера 59 появляется последовательность сигналов, определяющих циклограмму включения и работы приборов моделирующего комплекса.In
Вначале появляется сигнал на первом выходе таймера 59, который поступает на первый вход блока 61 согласования, на второй вход которого поступает сигнал, определяющий тактность решения системы уравнений (1)-(3), описывающих движение БПЛА и объекта наблюдения. На выходе блока 61 согласования из этих двух сигналов формируется кодовая последовательность, поступающая в имитаторе 1 измерителя координат объекта наблюдения на вход управляемого таймера 19, а в имитаторе 2 летательного аппарата - на входы управляемых таймеров, входящих в состав вычислителей 35,…, 40.First, a signal appears at the first output of the
В соответствии с этим сигналом на первых выходах вышеуказанных таймеров формируются сигналы, устанавливающие шаг решения уравнений (1)-(3), а затем на вторых выходах таймеров появляются сигналы, которые определяют порядок решения уравнений (1)-(3). Сигналы на первых выходах указанных таймеров являются кодовыми и определяют циклограммы работы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения и устройств 33 и 34 моделирования бокового и продольного движения БПЛА. Формируемые на вторых выходах таймеров последовательности управляющих сигналов обеспечивают согласованное выполнение всех вычислительных операций с учетом перекрестных связей между каналами продольного и бокового управления БПЛА.In accordance with this signal, signals are generated at the first outputs of the aforementioned timers, which establish the step for solving equations (1) - (3), and then signals appear on the second outputs of the timers that determine the order of solving equations (1) - (3). The signals at the first outputs of these timers are coded and determine the cyclograms of the work of the
После того как имитатором 1 измерителя координат объекта наблюдения и имитатором 2 БПЛА будут закончены решения уравнений (1)-(3) на одном такте, на втором и третьем выходах таймера 59 появятся сигналы, управляющие запуском имитатора 11 ветровых порывов и имитатора 13 подстилающей поверхности, а на его четвертом выходе появляется сигнал, поступающий на первый вход блока 62 согласования, в котором аналогично блоку 61 формируется кодовая последовательность, поступающая на управляющие входы имитатора 15 датчиков угловых скоростей, имитатора 16 измерителя углов, имитатора 17 измерителя линейных ускорений и имитатора 12 радиовысотомера. Вышеуказанные имитаторы также запускаются на один такт решения реализованных в них алгоритмов.After
Затем появляется сигнал на шестом выходе таймера 59, запускающий таймер 69 в устройстве 18 выработки сигналов управления, который обеспечивает выполнение жестко заданной циклограммы работы устройства 18, согласованной с циклограммой работы приборов СУ БПЛА.Then a signal appears on the sixth output of the
Завершается процесс появлением сигнала на пятом выходе таймера 59, который через блок 63 согласования запускает имитатор 14 рулевых механизмов также на один такт.The process ends with the appearance of a signal at the fifth output of the
Сигналы углов закладки рулей высоты, направления и элеронов с выходов имитатора 14 рулевых механизмов поступают на соответствующие входы имитатора 2 БПЛА, замыкая контур моделирования. Описанный выше процесс повторяется многократно по сигналам, вырабатываемым таймером 59, и таким образом имитируется в реальном времени процесс полета БПЛА и его сближения с объектом наблюдения при воздействии внешних возмущений (таких как, например, ветровые порывы и волнение моря).The signals of the elevation, rudder and aileron rudder bookmark angles from the outputs of the
В "старт-стопном" режиме циклограмма работы комплекса, формируемая таймером 59, организована таким образом, что нескольким тактам работы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, имитатора 2 ЛА, имитатора 15 датчиков угловых скоростей, имитатора 16 измерителя углов, имитатора 17 измерителя линейных ускорений, имитатора 12 радиовысотомера и имитатора 14 рулевых механизмов соответствует один такт работы устройства 18 выработки сигналов управления и, следовательно, процесс имитации полета ЛА и его сближения с объектом наблюдения растягивается во времени, причем основной исследуемый прибор СУ - устройство 18 выработки сигналов управления работает в режиме реального времени, но дискретно (то запускается, то останавливается).In the “start-stop” mode, the cyclogram of the complex’s operation, formed by the
В результате многократного повторения описанного процесса как в режиме реального времени, так и в "старт-стопном" режиме, в имитаторах 2 и 1 по исходным данным в соответствии с алгоритмами (1)-(3) вырабатываются сигналы о положении ЛА в пространстве и его относительной скорости движения, о текущей дальности объекта наблюдения, а также об углах ψA или ϑA визирования объекта наблюдения, которые поступают в устройство 18 выработки сигналов управления.As a result of repeated repetition of the described process both in real time and in the "start-stop" mode, in
Сигналы, пропорциональные углам поворота корпуса БПЛА, угловым скоростям и линейным ускорениям корпуса БПЛА, вычисляются с учетом воздействия на БПЛА внешних возмущающих факторов (ветровых порывов) и взаимного влияния (перекрестных связей) между каналами управления в результате скоординированного взаимодействия устройств 33 и 34 моделирования бокового и продольного движения ЛА через арифметические блоки вычислителя 35, реализующие поправки P1n.c, P2n.c, P3n.c, P4n.c в алгоритмах (2)-(3) бокового и продольного управления БПЛА.Signals proportional to the UAV hull rotation angles, angular velocities and linear accelerations of the UAV hull are calculated taking into account the impact on the UAV of external disturbing factors (wind gusts) and the mutual influence (cross connections) between the control channels as a result of the coordinated interaction of the lateral and the longitudinal movement of the aircraft through the arithmetic blocks of the
Выходные сигналы углов курса, крена и тангажа, скоростей изменения углов курса и крена и тангажа, линейных ускорений, вырабатываемые имитатором 2 летательного аппарата, поступают в имитаторы 15, 16 и 17, выходные сигналы которых поступают на соответствующие входы устройства 18 выработки сигналов управления.The output signals of heading angles, roll and pitch, rates of change of heading angles and roll and pitch, linear accelerations generated by the
Сигнал Yg, пропорциональный текущей высоте полета ЛА, поступает из имитатора 2 БПЛА на вход имитатора 12 радиовысотомера, в котором после его суммирования с сигналом, имитирующим подстилающую поверхность, формируется сигнал Н, пропорциональный текущей высоте полета ЛА над подстилающей поверхностью, который поступает в устройство 18 выработки сигналов управления.The signal Yg, proportional to the current flight altitude of the aircraft, comes from the
В устройстве 18 выработки сигналов управления в соответствии с алгоритмами (5) вырабатываются сигналы, управляющие силовыми приводами рулевых механизмов ЛА, которые через имитатор 14 рулевых механизмов поступают в имитатор 2 БПЛА и выводятся на экран устройства 4 регистрации информации.In the
В процессе испытаний сигналы, характеризующие движение БПЛА по траектории (yg и zg) с 7-го и 8-го выходов имитатора 2 ЛА, а также сигналы углов закладки рулей высоты, направления и элеронов с выходов имитатора 14 рулевых механизмов поступают на входы устройства 4 регистрации информации для визуального контроля траектории движения ЛА.During testing, the signals characterizing the UAV movement along the trajectory (y g and z g ) from the 7th and 8th outputs of the
Сигнал текущей дальности с третьего выхода имитатора 1 поступает на вход блока 3 контроля пролета. В момент встречи летательного аппарата с объектом наблюдения, когда текущая дальность D будет равна нулю, на выходе блока 3 контроля пролета появится сигнал окончания пуска, который поступает на первый вход блока 8 формирования серии пусков. По этому сигналу срабатывает ключ 66, и с выхода блока 8 снимается управляющий сигнал. При этом комплекс возвращается в исходное состояние. Если количество произведенных пусков еще не равно количеству заданных пусков N и существует сигнал на выходе счетчика 67, то после возвращения системы в исходное состояние и возвращения ключа 66 в исходное состояние (т.к. сигнал дальности D не равен 0) на выходе блока 8 формирования серии пусков, вновь появится сигнал, произойдет следующий запуск комплекса при тех же начальных условиях, и процесс повторится вновь.The current range signal from the third output of the
Процесс моделирования испытаний аппаратуры ЛА будет продолжаться до тех пор, пока количество проведенных пусков не будет равно количеству заданных пусков N. В этот момент исчезнет сигнал на выходе счетчика 67 и соответственно исчезнет сигнал на выходе блока 8 формирования серии пусков. На этом серия пусков завершается, а комплекс переходит в режим обработки результатов.The process of simulating tests of aircraft equipment will continue until the number of launches performed is equal to the number of given launches N. At this moment, the signal at the output of
Сигнал окончания пуска поступает также и на второй вход счетчика 41 конечного кода, на выходе которого в момент равенства количества проведенных пусков количеству заданных пусков N появляется сигнал, поступающий на входы блоков 46 формирования управляющих сигналов в вычислителях 42 и 44 оценок бокового и вертикального промаха и вход блока 55 формирования управляющих сигналов в вычислителе 43 вероятности встречи (см. фиг.4, 5, 6). В этот момент в блоке 52 памяти вычислителя 42 оценок бокового промаха фиксируется текущее значение бокового отклонения ЛА (Zg), в блоке 52 памяти вычислителя 44 оценок вертикального промаха фиксируется текущее значение высоты полета БПЛА (Yg), а в блоке 56 сравнения вычислителя 43 вероятности встречи обе указанные координаты сравниваются с координатами объекта наблюдения, задаваемыми задатчиком 9, после чего фиксируются в блоке 57 памяти.The start end signal also arrives at the second input of the
Далее в вычислителях 42, 44 оценок точности определяются по формулам (4.1)-(4.5) значения математического ожидания, дисперсии и среднеквадратичного отклонения величин бокового и вертикального промаха, а в вычислителе 43 вероятности встречи по формуле (4.6) определяется значение величины вероятности попадания в цель. Расчетные значения всех указанных величин индицируются на экране индикатора 45. На этом испытания в данной серии испытаний завершаются.Then, in
Предлагаемый моделирующий комплекс для проверки системы управления ЛА обеспечивает высокую точность и достоверность испытаний, возможность многократного (в сотни раз) увеличения объема испытаний реальной аппаратуры ЛА, по сравнению с натурными экспериментами, и получения объемов данных, достаточных для статистической обработки. При этом повышается достоверность проведения наземных испытаний при меньшей трудоемкости.The proposed modeling system for testing the aircraft control system provides high accuracy and reliability of tests, the possibility of multiple (hundreds of times) increase in the volume of tests of real aircraft equipment, compared with full-scale experiments, and obtaining volumes of data sufficient for statistical processing. This increases the reliability of ground tests with less labor.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый моделирующий комплекс может быть изготовлен на основании приведенного описания и чертежей при использовании известных комплектующих изделий и известного технологического оборудования и использован в качестве моделирующего комплекса для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата.The industrial applicability of the invention is determined by the fact that the proposed modeling complex can be manufactured on the basis of the above description and drawings using known components and known technological equipment and used as a modeling complex to verify the control system of an unmanned aerial vehicle.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY
1. Шалыгин А.С., Палагин Ю.И. Прикладные методы статистического моделирования. - Л.: Машиностроение, Ленинград. Отделение, 1986.1. Shalygin A.S., Palagin Yu.I. Applied methods of statistical modeling. - L .: Engineering, Leningrad. Branch, 1986.
2. Патент РФ №2163732, МПК G06G 7/72, G09B 9/08, публикация 27.02.2001 г., прототип.2. RF patent №2163732,
3. Лебедев А.А., Чернобровкин А.С. Динамика полета, Оборонгиз, М., 1962 г. с.403-404, 473-474.3. Lebedev A.A., Chernobrovkin A.S. Flight Dynamics, Oborongiz, M., 1962 p. 40-40-404, 473-474.
4. Кузовков Н.Г. Система стабилизации летательных аппаратов (баллистических и зенитных ракет). М.: Высшая школа, 1976 г.4. Kuzovkov N.G. Aircraft stabilization system (ballistic and anti-aircraft missiles). M .: Higher school, 1976
5. Справочник по радиоэлектронике. Под общ. ред. А.А.Куликовского. т.3. М., Энергия, 1970 г., с.558-565.5. Handbook of electronics. Under the total. ed. A.A. Kulikovsky. t.3. M., Energy, 1970, p. 558-565.
6. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. М., Машиностроение, 1976 г., с.11, рис.4.6. Gamynin N.S. Hydraulic drive control systems. M., Mechanical Engineering, 1976, p. 11, Fig. 4.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010141919/08A RU2432592C1 (en) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010141919/08A RU2432592C1 (en) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2432592C1 true RU2432592C1 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=44998176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010141919/08A RU2432592C1 (en) | 2010-10-14 | 2010-10-14 | Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2432592C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2489668C1 (en) * | 2012-03-26 | 2013-08-10 | Алексей Вячеславович Бытьев | Method of control over aircraft flight |
RU2522856C1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Device for programmed control signal generation by spatial movement of dynamic objects |
RU2595633C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method and apparatus for checking of information control systems operation logic |
RU2632546C1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-10-05 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Stand of complexing information-control systems of multifunctional aircraft |
RU2662331C1 (en) * | 2017-11-21 | 2018-07-25 | Акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" | Modeling complex for debugging control system of autonomous mobile unit |
CN110456663A (en) * | 2019-08-19 | 2019-11-15 | 哈尔滨工业大学 | Aircraft navigation control technology simulator and method based on Multi-source Information Fusion |
RU2757856C1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-10-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкопорация "Росатом") | Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor |
RU2781047C1 (en) * | 2022-01-17 | 2022-10-04 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Stand for testing and adjustment of unmanned aerial vehicles of various configurations |
-
2010
- 2010-10-14 RU RU2010141919/08A patent/RU2432592C1/en active IP Right Revival
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2489668C1 (en) * | 2012-03-26 | 2013-08-10 | Алексей Вячеславович Бытьев | Method of control over aircraft flight |
RU2522856C1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Device for programmed control signal generation by spatial movement of dynamic objects |
RU2595633C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method and apparatus for checking of information control systems operation logic |
RU2632546C1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-10-05 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Stand of complexing information-control systems of multifunctional aircraft |
RU2662331C1 (en) * | 2017-11-21 | 2018-07-25 | Акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" | Modeling complex for debugging control system of autonomous mobile unit |
CN110456663A (en) * | 2019-08-19 | 2019-11-15 | 哈尔滨工业大学 | Aircraft navigation control technology simulator and method based on Multi-source Information Fusion |
RU2757856C1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-10-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкопорация "Росатом") | Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor |
RU2781047C1 (en) * | 2022-01-17 | 2022-10-04 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Stand for testing and adjustment of unmanned aerial vehicles of various configurations |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2432592C1 (en) | Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft | |
CN103299308B (en) | Solid modelling is utilized to calculate the liquid level in arbitrary shape hermetic container | |
CN102393200B (en) | General inertial navigation test method based on flight simulation | |
Lu et al. | Real-time simulation system for UAV based on Matlab/Simulink | |
CN109635494A (en) | A kind of flight test and ground simulation aerodynamic data comprehensive modeling method | |
CN101650883B (en) | Simulation method of atmospheric turbulence on flight simulator | |
CN104077490A (en) | Aircraft navigation guidance and control ground simulation system performance evaluating method | |
CN104050318A (en) | Tactical missile weapon system precision simulation and verification method | |
Dai et al. | Simulation credibility assessment methodology with FPGA-based hardware-in-the-loop platform | |
CN103399986A (en) | Space manipulator modeling method based on differential geometry | |
CN103235545A (en) | Simulation testing method and device for photoelectric tracking system | |
RU103215U1 (en) | MODELING COMPLEX FOR CHECKING THE UNMANNED AIRCRAFT CONTROL SYSTEM | |
CN106774385A (en) | A kind of dirigible spot hover control method of use adaptive variable structure | |
CN116627157A (en) | Carrier rocket operation control method, device and equipment | |
Saderla et al. | Parameter estimation of UAV from flight data using neural network | |
CN109061586A (en) | A kind of target fine motion feature modeling method based on Dynamic RCS model | |
Leong | Development of a 6dof nonlinear simulation model enhanced with fine tuning procedures | |
RU2662331C1 (en) | Modeling complex for debugging control system of autonomous mobile unit | |
RU15046U1 (en) | SYSTEM FOR FORECASTING RESULTS OF NATURAL TESTS OF UNMANNED AIRCRAFT | |
Chen et al. | Flight dynamics modelling and experimental validation for unmanned aerial vehicles | |
RU2163732C1 (en) | System for prediction of fuel-scale test results of unmanned aircraft | |
RU2160927C1 (en) | System for predicting unmanned aircraft full-scale test results | |
RU2782035C2 (en) | Simulation model of system for control of air target based on unmanned aerial vehicle of target complex | |
RU2163387C1 (en) | System for predicting results of nature testing of drone aircraft | |
CN109583049A (en) | A kind of multi-channel laser detection simulator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121015 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140927 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161015 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190520 |