close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY17589

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 05B 23/02 (2006.01)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ДАТЧИКОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ ВОЗДУШНОГО СУДНА
(21) Номер заявки: a 20101597/u20100550
(22) 2010.06.14
(43) 2012.02.28
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(72) Авторы: Санько Андрей Анатольевич; Малеронок Владимир Владимирович (BY)
BY 17589 C1 2013.10.30
BY (11) 17589
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(56) RU 2103718 C1, 1998.
RU 2106006 C1, 1998.
RU 2063647 C1, 1996.
RU 2265876 C1, 2005.
SU 782253 A1, 2005.
EP 0675420 A1, 1995.
(57)
Устройство для контроля технического состояния датчиков угловых скоростей воздушного судна, характеризующееся тем, что содержит шесть компараторов, блок контроля источника питания по частоте и уровню питающего напряжения, два логических
элемента И-НЕ, три датчика угловых скоростей воздушного судна, три вычислителя эталонных значений угловых скоростей воздушного судна, блок анализа и управления, вычислитель коэффициентов корреляции параметров углового положения воздушного судна
и курсовертикаль, причем второй, третий и четвертый входы блока анализа и управления
соединены с выходами первого, второго и третьего компараторов соответственно, первые
входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков угловых скоростей
воздушного судна, а вторые входы соединены с выходами соответствующих вычислителей эталонных значений угловых скоростей воздушного судна, входы которых соединены
с соответствующими выходами курсовертикали, пятый вход блока анализа и управления
Фиг. 1
BY 17589 C1 2013.10.30
соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ, первый, второй и третий входы
которого соединены с выходами четвертого, пятого и шестого компараторов соответственно, входы которых соединены с соответствующими выходами вычислителя коэффициентов корреляции параметров углового положения воздушного судна, входы которого
соединены с соответствующими выходами курсовертикали, первый вход блока анализа и
управления соединен с выходом второго логического элемента И-НЕ, первый и второй
входы которого соединены с соответствующими выходами блока контроля источника питания по частоте и уровню питающего напряжения.
Изобретение относится к области комплексного контроля основных датчиков пилотажно-навигационной информации, сигналы с которых поступают в различные системы
воздушного судна (ВС), например в систему автоматического управления. Оно предназначено для контроля датчиков угловых скоростей (ДУС) по осям связанной системы координат.
Изобретение может быть использовано для контроля ДУС легких и маневренных ВС,
которые по соображениям безопасности полетов не содержат избыточные одноименные
приборы.
Известно устройство контроля построителя курсовертикали и ДУС [1]. Устройство
основано на проверке равенства результата принятого выражения заданному значению,
которое равно нулю. В выбранных выражениях одним из составляющих являются сигналы
с ДУС и построителя курсовертикали, что позволяет говорить об объективности оценки
их технического состояния. Реализация выражений в устройстве контроля осуществляется
по средствам блока направляющих косинусов, ряда дифференциаторов, умножителей и
сумматоров, а проверка равенства результата выражений нулю достигается путем сравнения с "нулем" на компараторе, с учетом значения порогов срабатывания. Пороги срабатывания настроены на максимальные ошибки исправных курсовертикали и датчиков
угловых скоростей.
Достоинство: представленное устройство довольно просто и точно определяет отказ и
может быть использовано во всем диапазоне полета ВС. Недостатками данного устройства являются: 1) нечеткость результата контроля (устройство не способно определить, что
неисправно: ДУС или построитель курсовертикали); 2) нет возможности оценки технического состояния ДУС по параметрам источника питания; 3) нет возможности дублирования функционирования ДУС.
Известно устройство контроля гиромоторов ДУС [2]. Оно применяется для контроля
ДУС, используя показатели качества источников питания гиромоторов. Контроль построен путем логического соединения компараторов (пороговых элементов) и реле, а в некоторых случаях электродвигателя с возвратной пружиной.
Данное устройство включается в цепь питания проверяемого датчика. В случае обрыва провода сети постоянного или переменного тока или снижение уровня питающего напряжения выдается потребителю сигнал отказа.
Достоинствами данного устройства являются: простота, относительная дешевизна,
малое энергопотребление и габариты.
Основным недостатком данного устройства является отсутствие возможности резервирования работы ДУС.
Известно устройство мажоритарного контроля ДУС [2]. Его использование подразумевает наличие трех ДУС, расположенных по каждой оси измерения угловой скорости
ВС, подключаемых к кворум-элементу. В кворум-элементе с помощью компаратора происходит сравнение полученного значения угловой скорости с ДУС с ее усредненным значением угловой скорости, полученным с 3-х одноименных ДУС. Если значение разностей
между входным сигналом и усредненным значением превышает заданную величину, возникают сигналы на выходах соответствующих компараторов.
2
BY 17589 C1 2013.10.30
Достоинством данного устройства является возможность резервирования отказавшего
датчика. Основным недостатком данного метода контроля является необходимость трехкратного аппаратного резервирования, что приводит к увеличению ее стоимости, веса и
габаритов аппаратуры.
Также известно устройство контроля трех одинаково ориентированных датчиков угловых
скоростей - блок контроля вращения гиромоторов [2]. Оно включает три импульсных
трансформатора и транзисторную схему совпадения, выход которой через транзистор
подключен к реле. Объектом контроля является значение скорости вращения гиромоторов. Контроль основан на сравнении скоростей вращения трех гиромоторов одноименных
ДУС. В случае несовпадения скоростей гиромоторов (происходит не одновременный приход импульсов с вторичных обмоток трансформаторов) транзистор закрывается, что приводит к размыканию контактов реле и является признаком неисправности.
Недостатками данного устройства является: 1) узконаправленность (оно контролирует
только скорости вращения гиромоторов одинаково ориентированных ДУС); 2) нет резервирования работы ДУС.
Наиболее близким устройством, поиск отказа в котором схож по принципу, используемому в заявленном устройстве, является устройство комплексного контроля, предназначенное для проверки датчиков системы автоматического управления [3]. Устройство
состоит из четырех сумматоров, пяти умножителей, трех квадраторов, функционального
преобразователя, компараторов и блока извлечения квадратного корня. С помощью электрической схемы, составленной из данных элементов, происходит расчет эталонной перегрузки и дальнейшее ее сравнение со значением измеренной перегрузки:
2
2
2

  n x − ν& x + ν y ω z  +  n y − ν x ω z − ν& y  +  n z + ν x ω y − ν y ω x   = 1,
(1)

g
g
g
g 
g 
g




где ωx , ωy , ωz - угловые скорости ВС;
ν x ,ν y - проекции воздушной скорости ВС;
nx, ny, nz - продольная, нормальная и боковая перегрузка, полученная по выходным
сигналам датчика перегрузки.
При невыполнении равенства (1) происходит срабатывание компаратора, сигнализирующее об отказе ДУС.
Соответственно, если равенство выполняется, то ДУС исправны.
Достоинствами рассмотренного устройства являются: 1) отсутствие аппаратной избыточности; 2) нет ограничений по режимам полета ВС.
Недостатками устройства, выбранного за прототип, являются: 1) нет возможности определить, по какой оси измерения угловой скорости ДУС отказал и по какой причине;
2) не осуществляется контроль источника питания; 3) не осуществляется контроль курсовертикали, чем снижается безопасность полета ВС в целом.
Решаемая изобретением техническая задача заключается в комплексировании информации, получаемой при сравнении двух значений сигналов, одним из которых является
оцифрованный сигнал с ДУС, а вторым - расчетное значение угловой скорости, вычисленное с использованием параметров углового положения ВС, получаемых от курсовертикали, а также информации получаемой при контроле основных параметров источника
питания ДУС (напряжение и частота) и правильности функционирования курсовертикали.
На фиг. 1 представлена блок-схема разработанного устройства для осуществления полетного контроля ДУС.
Устройство содержит шесть компараторов, блок контроля источника питания по частоте и уровню питающего напряжения, два логических элемента И-НЕ, три ДУС, три вычислителя эталонных значений угловых скоростей ВС, блок анализа и управления, вычислитель коэффициентов корреляции параметров углового положения ВС и курсовертикаль.
3
BY 17589 C1 2013.10.30
На схеме введены следующие обозначения: 1-1, 1-2, 1-3 - вычислители эталонных значений угловых скоростей ВС; 2-1, 2-2, 2-3 - ДУС, расположенные по осям связанной системы координат с ВС; 3, 4, 5, 10, 11, 12 - компараторы; 6 - курсовертикаль; 7 вычислитель коэффициентов корреляции параметров углового положения ВС; 8 - блок
контроля источника питания; 9, 13 - логические схемы "И-НЕ" на два и три входа соответственно; 14 - блок анализа и управления; 15 - устройство для полетного контроля датчиков угловых скоростей, построенное на базе микроконтроллера Atmega 16.
Второй, третий и четвертый входы блока анализа и управления соединены с выходами
первого, второго и третьего компараторов соответственно, первые входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков угловых скоростей ВС, а вторые входы соединены с выходами соответствующих вычислителей эталонных значений угловых
скоростей ВС, входы которых соединены с соответствующими выходами курсовертикали,
пятый вход блока анализа и управления соединен с выходом первого логического элемента
И-НЕ, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами четвертого, пятого
и шестого компараторов соответственно, входы которых соединены с соответствующими
выходами вычислителя коэффициентов корреляции параметров углового положения ВС,
входы которого соединены с соответствующими выходами курсовертикали, первый вход
блока анализа и управления соединен с выходом второго логического элемента И-НЕ,
первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами блока контроля источника питания по частоте и уровню питающего напряжения.
На фиг. 2 представлена схема блока контроля источника питания, где обозначено: 17 источник питания; 18 - триггер; 19 - селектор; 20 - счетчик; 21 - триггер строба; 22 - кварцевый генератор; 23 - блок эталонных значений; 24-1, 24-2 - компараторы; 25 - выпрямитель; 8 - блок контроля источника питания; 9 - логическая схема "И-НЕ".
Структура, представленная на фиг. 1, показана для пояснения работы микроконтроллера Atmega 16, который для своей работы использует программу, записанную в его постоянном запоминающем устройстве.
Алгоритм работы предлагаемого устройства.
Сигналы ДУС снимаются в связанной системе координат, а значения углов курса - ψ ,
крена - γ , тангажа - υ снимаются с курсовертикали относительно земной системы координат (фиг. 3). Следовательно, для расчета эталонных значений угловых скоростей необходимо выполнять пересчет их значений из связанной системы координат в земную
систему координат. Данный пересчет выполняется с помощью выражений, полученных
для режима горизонтального полета:
&

ϑ
;
ωz =
cos γ


ψ& cos ϑ
(2)
;
ωy =
cos γ

ωx = γ& + ψ
& sin ϑ.


Дополнительно для контроля правильности функционирования курсовертикали проводится расчет коэффициентов корреляции, характеризующих степень связи между параметрами, характеризующими угловое положение ВС ( ψ, γ и υ ). Значения коэффициентов
корреляции рассчитываются по формуле (для углов крена - γ и тангажа - υ ):
∑∑ (ϑ − m )(γ
N
N
i
M
γ, ν
r
=
ϑ
i =1 j =1
j
− mγ )
,
σ ϑσ γ
где γ j , ϑi - значения угла крена и тангажа, поступающие от курсовертикали;
4
(3)
BY 17589 C1 2013.10.30
m ϑ , m γ - математические ожидания углов тангажа и крена;
σϑ , σ γ - средние квадратические отклонения углов γ и υ от своего среднего значения;
M - количество интервалов значений параметров углового положения ВС, выбранных
для анализа (M = 3-4);
i = 1, N , N - количество изменений углов за заданный интервал времени (для самолетов
истребительной авиации N = 20), величина N выбирается исходя из количества записей
значений, характеризующих угловое положение ВС в секунду, и динамических характеристик маневренного самолета.
При условии попадания текущего значения коэффициента корреляции в доверительный интервал, границы которого находятся из выражения:
~
D γ, υ
(4)
ξ γ, υ = t β
,
M
курсовертикаль считается технически исправной, что является основанием для принятия
решения о правильности рассчитанных значений угловых скоростей по параметрам углового положения ВС, полученных от курсовертикали.
Затем выполняется комплексирование информации получаемой при сравнении двух
значений сигналов, одним из которых является оцифрованный сигнал с ДУС, а вторым расчетное значение угловой скорости, вычисленное с использованием параметров углового
положения ВС относительно ЗСК, получаемых от курсовертикали, а также информации,
получаемой при контроле основных параметров источника питания ДУС (напряжение и
частота), и правильности функционирования системы курсовертикали.
Принцип работы разработанного устройства контроля ДУС (фиг. 1). Выражения (2)
реализованы путем программирования микроконтроллера в вычислителях эталонных значений угловых скоростей ВС 1-1, 1-2, 1-3. Входными сигналами для вычислителей являются значения курса - ψ , крена - γ , тангажа - υ , выдаваемые курсовертикалью 6 по трем
каналам. Рассчитанные эталонные значения угловых скоростей с вычислителей 1-1, 1-2, 1-3
подаются на вторые входы компараторов 3, 4, 5 соответственно, на первые входы которых
подаются сигналы угловых скоростей с ДУС 2-1, 2-2, 2-3, установленных по трем осям
измерения x, y, z. В компараторах 3, 4, 5 происходит сравнение этих двух сигналов угловой скорости с допустимым порогом срабатывания, составляющим ± 20 % от сигнала угловой скорости выдаваемым ДУС 2-1, 2-2, 2-3. На выходе компараторов 3, 4, 5
формируется логическая "1" или "0", в зависимости от состояния ДУС: "отказ" или "исправен", соответственно. Информация о состояниях ДУС 2-1, 2-2, 2-3 подается на 2, 3, 4
входы блока анализа и управления 14. Значения курса ψ , крена γ и тангажа υ и также
поступают на входы вычислителя коэффициентов корреляции параметров углового положения ВС 7, где происходит попарный расчет коэффициентов корреляции, характеризующий степень взаимосвязи случайных значений углового положения ВС. Расчетные
значения попарных коэффициентов корреляции поступают на входы компараторов 10, 11,
12. В компараторах 10, 11, 12 происходит сравнение значений коэффициентов корреляции
с допустимым порогом срабатывания, равным границе доверительного интервала, полученного расчетным путем. На выходе компараторов 10, 11, 12 формируются сигналы логической "1" или "0", которые подаются на первый, второй и третий вход логической
схемы "И-НЕ" 13, на выходе которой в зависимости от состояния курсовертикали: "отказ"
или "исправна", формируется логический уровень "1" или "0" соответственно. Сигнал с
выхода логической схемы "И-НЕ" 13 поступает на 5 вход блока анализа и управления 14.
В блоке анализа и управления происходит передача информации о состояниях датчиков и
систем на индикатор, а так же передача управляющих сигналов на реле для подключения
системы к вычислителям эталонных значений угловых скоростей ВС, дублирующих отка5
BY 17589 C1 2013.10.30
завшие ДУС или отсутствие сигналов управления в случае неисправности курсовертикали
или источника питания.
Принцип работы блока контроля источника питания (фиг. 2). Блок контроля источника питания реализован двумя схемами: контроля уровня напряжения и контроля частоты
питания.
Контроль частоты. Выход источника питания 17 подключен к входу триггера 18, где
происходит преобразование синусоидального сигнала переменного тока 400 Гц в последовательность прямоугольных импульсов двух полярностей, которые поступают на первый вход селектора 19. Используется кварцевый генератор 22, выдающий единичный
импульс каждую секунду, который поступает на вход триггера строба 21. Первым импульсом, поступающим от кварцевого генератора 22, триггер строба 21 открывается, а
вторым импульсом, через одну секунду, закрывается. Таким образом, триггер строба 21
имеет на выходе положительный импульс, продолжительностью равны одной секунде.
Выход триггера строба 21 подключен ко второму входу селектора 19 и обеспечивает его
открытие положительным импульсом на одну секунду. За это время через селектор 19
проходит последовательность импульсов на вход счетчика 20, подсчитывающего положительные импульсы. Значение, посчитанное счетчиком 20, и будет частотой питающего напряжения. Сигнал со счетчика 20 поступает на первый вход компаратора 24-2, на второй
вход которого поступает эталонное значение частоты, равное 400 Гц. Компаратор 24-2
сравнивает значения с допустимым уровнем срабатывания, определяемым техническими
требованиями ДУС, и составляет ± 8 Гц. На выходе компаратора 24-2 формируются сигналы логической "1" или "0" (частота в допуске или нет).
Блок контроля уровня питающего напряжения. Выход источника питания 17 соединен
с выпрямителем 25, где происходит преобразование синусоидального сигнала в постоянный уровень напряжения. Выход выпрямителя соединен с первым входом компаратора
24-1, на второй вход которого подается эталонное значение, равное 36 В. Компаратор 24-1
сравнивает эти два значения с допустимым порогом срабатывания, определяемым техническими требованиями ДУС и равным ± 3,6 В. На выходе компаратора 24-1 формируются
сигналы логической "1" или "0" (напряжение в допуске или нет).
Сигнал с компараторов 24-1, 24-2 поступает первый и второй вход логической схемы
"И-НЕ" 9, на выходе которой формируется логический уровень "1" или "0", что определяет "отказ" или "исправность" источника питания соответственно.
Разработанное устройство может быть реализовано на всех типах маневренных ВС.
Источники информации:
1. RU 2122230, 1998.
2. Алтухов В.Ю., Стадник В.В. Гироскопические приборы, автоматические бортовые
системы управления самолетом и их техническая эксплуатация. - М.: Машиностроение,
1991. - С. 26, 42, 38, 13.
3. RU 2103718, 1998.
4. Бюшгенс Г.С., Студнев Р.В. Динамика продольного и бокового движения. - М.:
Машиностроение, 1979.
5. Мельник И.И., Чигирев Ю.В., Бусько Д.П., Паршин И.П. Применение информации
бортовых регистраторов для анализа режимов и динамики полета самолетов при расследовании летных происшествий и предпосылок к ним. Изд. ВВС, 1987. № 5667.
6
BY 17589 C1 2013.10.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
128 Кб
Теги
by17589, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа