СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО СИГНАЛА УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления существенно нестационарными объектами управления в условиях широкого диапазона их применения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ формирования сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, заключающийся в том, что задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют запаздывание сигнала углового положения, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования, преобразовывают цифровой сигнал рассогласования в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение А1 сигнала запаздывания в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, формируют ограничение А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, при этом цифровой сигнал рассогласования формируют как разность между сформированными ограниченными сигналами [1].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство угловой стабилизации нестационарного объекта управления, содержащее цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, датчик скоростного напора, выход которого соединен с первым входом первого и с первым входом второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, а выход - со входом цифрового блока сравнения, второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения [1].

Недостатками известных решений являются колебательность процессов, ограниченные функциональные возможности и невысокая точность управления.

Техническим результатом в предложенных способе и устройстве является расширение функциональных возможностей, повышение точности управления, уменьшение колебательности координат процессов управления и повышение показателей качества в условиях широкого диапазона параметров нестационарного объекта управления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, заключающийся в том, что задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют запаздывание сигнала углового положения, измеряют аналоговый сигнала угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования, преобразовывают цифровой сигнал рассогласования в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение А1 сигнала запаздывания в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора q, формируют ограничение А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора q, при этом цифровой сигнал рассогласования формируют как разность между сформированными ограниченными сигналами, дополнительно задают сигнал минимального скоростного напора q_min, формируют сигнал коммутации управляемого ключа и выставляют минимальный уровень сигнала ограничения суммарного сигнала при условии q≤q_min.

Технический результат достигается так же и тем, что в устройство формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, содержащее цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, датчик скоростного напора, выход которого соединен с первым входом первого и с первым входом второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, а выход - со входом цифрового блока сравнения, второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения, дополнительно введены последовательно соединенные однополярный релейный элемент, управляемый ключ, третий адаптивный ограничитель сигнала, второй вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя, а выход - со входом исполнительного устройства, и задатчик сигнала минимального скоростного напора, подключенный ко второму входу управляемого ключа, при этом вход однополярного релейного элемента соединен с выходом датчика скоростного напора.

Действительно, при этом решении обеспечивается отработка сигналов управления в широком диапазоне изменения высоты, скорости полета и массы нестационарного объекта управления посредством реализации части устройства управления на основе бортовой цифровой вычислительной машины с использованием полного ресурса рулей объекта управления.

Предлагаемые способ и устройство имеют цифровую и аналоговую части, и для их сочетания введен цифроаналоговый преобразователь.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства формирования сигнала угловой стабилизации с реализацией предложенного способа.

Устройство формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления содержит цифровой датчик угла 1 (ЦДУ), датчик угловой скорости 2 (ДУС), цифровой задатчик угла 3 (ЦЗУ), последовательно соединенные цифровой блок сравнения 4 (ЦБС), цифроаналоговый преобразователь 5 (ЦАП) и суммирующий усилитель 6 (СУ), второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости 2, исполнительное устройство 7 (ИУ). Вход элемента запаздывания обратной связи 8 (ЭЗОС) соединен с выходом цифрового датчика угла 1. Выход датчика скоростного напора 9 (ДСН) соединен с первым входом первого 10 (1АОС) и с первым входом второго 11 (2АОС) адаптивных ограничителей сигнала. Второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала 10 соединен с выходом цифрового задатчика угла 3, а выход - со входом цифрового блока сравнения 4. Второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала 11 соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи 8, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения 4. Устройство содержит последовательно соединенные однополярный релейный элемент 12 (ОРЭ), управляемый ключ 13 (УК), третий адаптивный ограничитель сигнала 14 (3АОС), вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 6, а выход - со входом исполнительного устройства 7. Выход задатчика сигнала минимального скоростного напора 15 (ЗСМСН) подключен ко второму входу управляемого ключа 13. Вход однополярного релейного элемента 12 соединен с выходом датчика скоростного напора 9.

Аналоговая часть устройства включает в себя датчик угловой скорости 2, исполнительное устройство 7 и суммирующий усилитель 6. Цифровые блоки основного контура - это датчик угла 1, задатчик угла 3, блок сравнения 4. Блок 5 - цифроаналоговый преобразователь.

Устройство формирования сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления работает следующим образом.

Сигнал управления σ для подачи на исполнительное устройство 7 формируется датчиками и блоками 1÷6, 8, 10 в соответствии с законом управления:

где К₁, К₂ - передаточные числа блока 6;

ω_ϕ - сигнал угловой скорости на выходе блока 2;

Δ_ϕ - сигнал рассогласования, формируемый в блоке 4:

здесь ϕ - сигнал на выходе блока 11;

ϕ_зад - сигнал задающего воздействия, подается от задатчика угла 3;

τ_эз - время задержки элемента запаздывания 8.

Сигнал угла выдается датчиком угла 1, сигнал угловой скорости ω_ϕ выдается датчиком угловой скорости 2, и сигнал задающего воздействия ϕ_зад формируется задатчиком угла 3. Коэффициенты К₁ и К₂ и сигнал σ формируются в суммирующем усилителе 6. Цифроаналоговый преобразователь 5 преобразует цифровой сигнал с выхода блока 4 в аналоговую форму.

Для надежного и корректного полного использования ресурса рулей формируется ограничение передаточного числа блока 14 на выходе суммирующего усилителя 6 при достижении значения скоростного напора q минимального значения q_min, заданного в блоке 15. При достижении q≤q_min блоком 12 вырабатывается сигнал, замыкающий контакт управляемого ключа 13, сигнал с выхода которого подается на блок 14 для ограничения сигнала с выхода блока 6. Благодаря изложенному в критической ситуации (при q≤q_min) сохраняется максимальное необходимое значение ограничения сигнала управления для исполнительного устройства 7 нестационарного объекта управления.

Исполнительное устройство 7 отрабатывает суммарный аналоговый управляющий сигнал σ, отклоняя рули объекта на величину δ. При достижении ограничений сигналов с блоков 10 и 11 в функции скоростного напора от датчика 9 рассогласование равно нулю, что обеспечивает уменьшение колебательности процессов и уменьшение времени переходного процесса.

Значительная часть устройства управления несложно реализуется алгоритмически, все звенья и блоки могут быть также реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например по [2].

Предложенные способ формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления и устройство для его осуществления позволяют расширить функциональные возможности устройства и повысить точность управления.

Источники информации

1. Патент РФ №2601089, G05D 1/08, 29.09.2015.

2. А.У. Ялышев, О.И. Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: Машиностроение, 1981, с. 107, 126.