SE434190B - Anordning for att hoja foljenoggrannheten hos ett riktsystem till en pjes - Google Patents

Description

?sae14a-s 2 _ J' lingsorganen till två likströmmar vilkas skillnad"sedan får bestämma pjäsens rörelseriktning och acceleration.

Pjässtyrningen innefattar normalt två faser, dels en målfattningsmod och dels en målföljningsmod. Under målföljningsmoden eftersträvas en noggrann följning av ett mål med små vinkelfel.

Vid beräkning av följenoggrannhet är endast lågfrekventa förlopp av intresse. Lâgfrekventa variationer i den kommenderade vinkeln kan orsakas dels av målrörelser och dels av underlagsrörelser, exempel- vis rullning hos fartyg vid en marinpjäs eller rörelser hos ett fordon som rör sig i terrängen vid en fordonsbaserad pjäs. För en marinpjäs kan målrörelser med frekvenser upp till ca 0,5 Hz anses rimligt, medan underlagsrörelser förekommer med frekvenser upp till 0,2-0,3 Hz. För ett andra ordningens system kan det visas att vid mål- och underlags- rörelser bestäms följenoggrannheten approximativt av 2 _ w x x-y - Ka där x = eldledningens kommenderade vinkel, y = pjäsvinkeln, Ka= den s k accelerationskonstanten vilken utgör ett mått på kretsförstärkningen och I u2x= kommenderade vinkelaccelerationen Av detta uttryck framgår att en hög accelerationskonstant Ka är önsk- värd ur noggrannhetssynpunkt. Stabilitetskravet sätter dock en praktisk maximal gräns för Ka. Som exempel kan nämnas att för en tidigare känd pjäs uppgår accelerationskonstanten till Ka = 250 s_2. Pâ exempelvis ett fartyg som rullar med 0,2 Hz och 7° amplitud, kommer pjäsens höjd- riktsystem under målföljning i riktning styrbord eller babord att kommenderas med en vinkelvariation av 1 70 med frekvensen 0,2 Hz. Ut- trycket ovan ger då ett maximalt följefel på x-y=0,8 mrad.

För en fordonsbaserad pjäs, exempelvis en stridsvagn, som rör sig i terrängen kan underlagšrörelser med en frekvens upp till ba 1 Ht och med amplituder upp till 10° anses rimligt. 79081lr8-5 För att höja noggrannheten vid målföljning skulle i och för sig systemet kunna dimensioneras bredbandigt med en hög accelerations- konstant och med tillräcklig fasmarginal, men i praktiken är detta olämpligt eftersom pjäsens känslighet för störningar ökar i motsvar- ande grad. Med en sådan dimensionering skulle det bli nödvändigt att sänka gränsen för maximalt tillåten störnivâ i eldledningssignalerna till oacceptabla värden. Med eldledningsstörning brukar menas den ur mâlföljningssynpunkt ointressanta högfrekventa delen av eldled- ningens kommenderade vinkel. Störningarna mäts i vinkelacceleration, mrad/sz, eftersom det just är pjäsens acceleration som man styr.

Av flera anledningar måste störningarnas nivå begränsas. 1. Följenoggrannheten minskar på grund av överstyrning av förstärka- re och hydraulik. 2. vibrationer medför ökat slitage i servomotor och transmissioner. 3. Ryck och skakningar är mycket irriterande för pjäspersonalen. Ändmålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning av det ovan angivna slaget där systemförstärkningen kan höjas avse- värt utan att stabiliteten-vid högre frekvenser påverkas och utan att gränsen för maximalt tillåten störnivå i eldledningssignalerna be- höver sänkas.

Detta har åstadkommits genom att det stabiliserande och noggrann- hetshöjande nätet innefattar ett eller flera integrerande nät av det slag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i samband med bifogade ritningar vilka som exempel på en fördelaktig ut- föringsform visar ett riktsystem innefattande en marinpjäs och varvid figur 1 schematiskt visar pjässervots uppbyggnad, figur 2 med hjälp av ett blockschema visar förstärker- eller signalbehandlingsorganen, v9os14s-så figur 3 visar överföringsfunktionen hos det noggrannhetshöjande filtret med hjälp av Bode-diagram och figur 4 visar överföringsfunktionen hos hela riktsystemet dels med och dels utan det noggrannhetshöjande filtret.

Ett rikt- eller styrsystem för en pjäs omfattar i allmänhet både ett sidriktsystem och ett höjdriktsystem. Båda systemen arbetar på ett analogt sätt och helt fristående från varandra och i fortsättningen kommer därför endast ett av riktsystemen, sidriktsystemet, att be- skrivas närmare. Pjäsens riktning bestäms av sid- och höjdvinklar som kommenderas från en eldledningsanläggning, men anordningen kan även tillämpas vid styrning från pjäsens eget riktdon.

I figur 1 visas schematiskt hur sidriktsystemet, pjässervot, hos en pjäs 1, exempelvis en fartygsbaserad marinpjäs, är uppbyggt. Från en eldledningsanläggning (ej visad) matas på känt sätt två insignaler, den kommenderade grov-och finsidvinkeln x. Finsystemet innefattar en jämförarelgon 2 och grovsystemet en jämförarelgon 3, vilkas rotorläge på känt sätt via utväxlingar bestäms av pjäsens verkliga sidvinkel y.

Ut från elgonerna får man vinkelfelet, dvs felsignaler som motsvarar skillnaden mellan den kommenderade sidvinkeln och pjäsens vinkel. Pâ känt sätt har införts ett grov- och finsystem, där grovsystemets elgon 3 är utväxlad 1:1 och finsystemets elgon,2 n:1 i förhållande till pjäsens verkliga vinkel. Grovsystemet sköter styrningen långt från ensläget. medan finsystemet automatiskt tar över. när vinkelfelet blir litet .

De från elgonerna 2 och 3 avgivna felsignalerna (vinkelfelet) till- föres en förstärkaranordning 4 där signalerna omvandlas till lämplig form och storlek. Som framgår av figuren tillföras förstärkaranord- ningen också en referensspänning.

Förstärkaranordningen 4 avger en styrsignal till pjäsens styrorgan 5 och hydraulväxel 6 ansluten till en elmotor 7. Hydraulväxelns utgående axel får en rotationsrörelse som bestäms av vinkelfelet och kommer att via utväxlingar 8 och 9 driva pjäsen resp jämförelseelgonerna 2 och 3 tills vinkelfelet blir noll.

I figur 2 visas med hjälp av ett.blockschema uppbyggnaden av förstärk- aranordningen 4. Anordningen innefattar i huvudsak tvâ skilda signal- vägar, en för grovsignalen och en för finsignalen. Vinkelfelsignalerna från grov- och finelgonerna, 3 resp 2, omvandlas till lämplig spänn- 79081118-5 ingsnivå i anpassningsenheten 10 och 11. Aktuell signalväg bestäms av nivåavkännare 12, 13, anslutna till utgången på anpassningsenheterna 10 och 11, tillsammans med en styrlogik 14 genom omkopplare 15 och 16.

I både grov- och finkanalen ingår organ 17 och 18 för demodulering och filtrering av signalerna. Signalerna signalbehandlas därefter i ett servonät 19 (grovkanalen) resp i ett stabiliserande och noggrann- hetshöjande nät 20 (finkanalen). Servonätet 19 har stabiliserande funktion och är konstruerat för att ge pjäsen ett snabbt inbromsnings- förlopp. Det stabiliserande och noggrannhetshöjande nätet 20 kommer att beskrivas närmare nedan. Genom omkopplaren 16 matas sedan en av signalerna vidare till ett lastkompenserande nät 21 och ett drivsteg 22 och avges som styrsignal i form av två likströmmar till pjäsens styrmagnet 5.

Förstärkaranordningen 4 fungerar i princip på följande sätt. Under målfattningsfasen styrs pjäsen av grovkanalen, dvs styrlogiken 14 har omkopplarna 15 och 16 ställda i ett sådant läge att signalen passerar anpassningsenheten 10, organet 17 och servonätet 19. När grovsignalen antar ett visst värde, exempelvis 30 mrad, sker en omkoppling så att felsignalen istället tas från finelgonen 2, men fortfarande sker styr- ning via servonätet 19, dvs signalen passerar anpassningsenheten 11, organet 18, en ytterligare anpassningsenhet 23 och servonätet 19. När finfelsignalen understiger ett nytt värde, exempelvis 10 mrad, initi- eras en tidsfördröjning som efter t sekunder kopplar in finkanalens stabiliserande och noggrannhetshöjande nät 20 istället för servonätet 19. Om sedan felsignalen överskrider detta värde (10 mrad) kopplas nätet 20 bort igen utan tidsfördröjning.

I det följande bortser vi från målfattningsfasen och ser istället på vad som händer vid en noggrann följning av ett mål, dvs då vinkel- felet x-y är litet.

Genom i och för sig kända reglertekniska analyser av systemet, exempel- vis med Bode-diagram, vet man att en hög kretsförstärkning är nödvändig för att erhålla en god följenoggrannhet hos systemet, men att samtidigt kravet på stabilitet sätter en praktisk övre gräns för denna förstärk- ning. För att kunna höja kretsförstärkningen utan att samtidigt stabi- liteten påverkas vid högre frekvenser utnyttjas i finkanalen ett speciellt stabiliserande och noggrannhetshöjande nät 20, vilket ut- göres av ett stabiliserande nät 24, ett integrerande andragradsfilter 25 och ett last och faskompenserande nät 26. vaos1ua-sj Det stabiliserande nätet 24 har en överföringsfunktion GD som med hjälp av Laplace-transformen kan skrivas 1 + STÖ GD: 1+STf där TD och Tf är konstanter. jNätet 2ä ger grund- bidraget till den för systemets stabilitet nödvändiga fasmarginalen.

-Det integrerande andragradsfiltret 25 har en överföringsfunktion GR som med hjälp av Laplace-transformen kan skrivas 2 N29 _s_+ f.. 1001 60% GR = 2 1 + 2 _É_ + _§_ Pzwz wš där¿Q1 och Luz ligger strax över den förväntade frekvensen hos under- lagsrörelsen, exempelvis rullningsfrekvensen hos ett fartyg, och/eller målets rörelse och där j*1 och § 2 utgöres av konstanter, s k dämp- faktorer. Dämpfaktorerna tillsammans med w1 och 0.12 väljes så att filtrets överföringsfunktion GR får en lämplig fas och amplitudgång.

I figuren 2 visas endast ett integrerande andragradsfilter 25. Emeller- tid kan också ytterligare ett eller flera filter av samma typ vara in- kopplade i serie i nätet, alternativt kan ett nät med annorlunda över- föringsfunktiqn än GR, men med liknande fas- och amplitudgâng vara in- kopplat.

Filtrets 25 överföringsfunktion kan åskâdliggöras med hjälp av ett Bode-diagram, se figur 3, där amplituden och fasvinkeln har utritats som funktion av gg , och där brytfrekvenserna QJ1 och (L)2 har marker- atS .

I figur 5 visas, också med hjälp av Bode-diagram, hur överförings- funktionen hos hela riktsystemet förbättras genom införande av filtret 225. De heldragna linjerna anger amplituden, dels utan GR och dels med GR, medan de streckade linjerna anger fasmarginalen utan GR resp med GR. Med bibehållande av väsentligen identisk amplitud- och fasgång vid högre frekvenser kan man här genom införande av GR ha en flera gånger högre kretsförstärkning, exempelvis ett högre Ka-värde, och därmed åstadkomma motsvarande ökning av följenoggrannheten. ?9081l|8-5 Som framgår av figuren har dessutom "puckeln" i GR vid brytfrekvensen 0,2 ytterligare väsentligt ökat noggrannheten i systemet i området omkring denna frekvens. Detta frekvensområde är vanligen det mest kritiska området. Av kurvorna framgår också att en så kallad villkor- lig stabilitet uppstår vid frekvensen QJV. Försträkningsmarginalen måste vid denna frekvens vara så stor att olinjäriteten i systemet inte ger självsvängningar av synlig amplitud. Genom införande av filtret 26 ställs alltså större krav på linjäriteten hos de komponen- ter som ingår i riktsystemet.

Det last- och faskompenserande nätet 26 har samma konfiguration som filtret 25, men med brytfrekvenser i närheten av amplitudens över- korsningsfrekvens. Även det lastkompenserande nätet 21 har samma konfiguration som näten 25 och 26, men brytfrekvenserna är belägna i närheten av systemets resonansfrekvens. Näten 21 och 26 är av deriver- ande typ med en fas- och amplitudgâng som väsentligen liknar inversen till nät 25.

Claims (8)

7908148-5 “ 5 PATENTKRAV

1. Anordning för att höja följenoggrannheten hos ett ~ riktsystem till en pjäs e d innefattande ett pjässervo för inriktning av pjäsen mot ett mål varvid pjässervot innefattar ett stabiliserande och noggrannhetshöjande nät (20) k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda stabili- serande ochnoggrannhetshöjande nät (20) innefattar ett eller flera integrerande nät (25) så utformade att deras överförings- funktioner (GR) med hjälp av Laplace-transformen kan tecknas där f1 och P 2 utgör konstanter, s k dämpfaktorer, och u)1 °Ch0)2 frekvenser som ligger nära den förväntade fre- kvensen hos pjäsens underlagsrörelser och/eller målets rörel- S8.

2- Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k - n a d a v att riktsystemet innefattar en fartygsbaserad marinpjäs, radaranläggning, optiskt eller optroniskt sikte e d varvid frekvensernah)1 ochh)2,liqger nära fartygets rullningsfrekvens.

3. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att riktsystemet innefattar en fordonsbaserad pjäs, radar- ln . _ _ _ _ an aqgfllflgf optiskt eller optroniskt sikte e d varvid frekven- sernau)_ och U; ligger nära fordonets "rullningsfrekvens" - ~ 1 . n vid rorelse 1 terrangen. ?9081l|8'5

4. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k - n a d av att riktsystemet utgöres av ett landbaserat rikt- system varvid frekvensernau) ochu) ligger nära målets förväntade rörelsefrekvensområde.

5. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k - n a d av att pjässervot innefattar organ (15, 16) för in- koppling av det stabiliserande och noggrannhetshöjande nätet (20) först då pjässervots felsignal (x-y) understiger ett visst värde. A

5. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k - n a d av att det stabiliserande och noggrannhetshöjande nätet (20) förutom integrerande nät (25) även innefattar ett speciellt stabiliserande nät (24) vars överföringsfunktion (GD) med hjälp av Laplacetransformen kan tecknas GD = 1 + sTd 1 + sTf där Ta och Tf är konstanter.

7. Anordning enligt patentkrav 6 k ä n n e t e c k n a d av att det stabiliserande och noggrannhetshöjande nätet (20) även innefattar ett last- och faskompenserande nät (26) av samma konfiguration som de integrerande näten (25) men av deriverande typ och med brytfrekvenser i närheten av ampli- tudens överkorsningsfrekvens.

8. Anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att pjässervot förutom det stabiliserande och noggrannhets- höjande nätet (20) innefattar ett lastkompenserande nät (21) av samma konfiguration som de integrerande näten (25) men av deriverande typ och med brytfrekvenser i närheten av systemets resonansfrekvens.