Устройство для управления поисково-осветительным прожектором
Устройство обеспечивает программную установку ограничения углов поворота прожектора, их оперативное изменение, формирование безопасной траектории перемещения луча и может быть использовано при размещении прожектора на транспортном средстве, преимущественно на вертолете. Устройство содержит электропривод 1 азимутальный и электропривод 2 угломестный, которые содержат соответственно двигатель 8 (15), драйвер двигателя 7 (14), датчик 5 (12) угла поворота азимутальной 9 (угломестной 16) оси прожектора, цифровой сигнальный процессор 6 (13), электромагнитный тормоз 11 (18), драйвер 10 (17) электромагнитного тормоза, а также задатчик 3 углов поворота прожектора и блок 4 датчиков команд управления и с их связями. 5 з.п. ф-лы.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для управления лучом поисково-осветительного прожектора при его размещении на транспортном средстве, преимущественно вертолете.
Прожекторы, предназначенные для проведения авиационных работ, должны обеспечивать формирование высокоинтенсивного светового излучения с дистанционным разворотом светового луча по азимуту (влево/вправо) и по углу места (вверх/вниз).
Известен поисковый прожектор с креплением на поисково-спасательном гидросамолете, содержащий карданную вилку с двумя электроприводами (SU 1762510 А1, оп. 10.11.2004). Указанное устройство обладает недостаточной надежностью тросовых связей привода с корпусом прожектора.
Известна прожекторная система SX-16 Nightsun фирмы Spectrolab (Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию. http//www.spectrolab.com). Устройство поворотное данной прожекторной системы содержит два электропривода: по азимуту и углу места, каждый из которых содержит двигатель, подключенный к драйверу двигателя. Электропривод азимутальный обеспечивает подвижность прожектора влево и вправо, а электропривод угломестный обеспечивает движение прожектора вверх и вниз. Управление направлением вращения прожектора по обеим осям обеспечивается с помощью разовых аналоговых команд, поступающих от переключателя, расположенного на пульте управления.
При размещении прожекторной системы под фюзеляжем вертолета, имеющиеся ограничители перемещения углов поворота прожектора не исключают возможность сильного теплового воздействия на элементы конструкции вертолета из-за попадания на них луча прожектора.
В прожекторной системе (RU 2235046 С2, оп. 27.08.2004) устранена возможность попадания луча прожектора на элементы конструкции вертолета при установке на нем описанной выше прожекторной системы путем механического ограничения углов поворота прожектора в угломестной плоскости в зависимости от угла поворота в азимутальной плоскости. Данная прожекторная система принята за прототип заявляемого устройства.
Недостатком устройства-прототипа является необходимость изменения конструкции механизма ограничения углов поворота прожектора при установке на различные носители.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей устройства по управлению лучом прожектора.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящей полезной модели, является обеспечение программной установки ограничения углов поворота прожектора, их оперативного изменения и формирование безопасной траектории перемещения луча.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в устройство для управления поисково-осветительным прожектором, содержащее электропривод азимутальный и электропривод угломестный, причем каждый из них содержит двигатель, подключенный к выходу драйвера двигателя, введены блок датчиков команд управления и задатчик углов поворота прожектора, а в каждый электропривод введены датчик угла поворота оси прожектора, цифровой сигнальный процессор, электромагнитный тормоз, подключенный к выходу драйвера электромагнитного тормоза и кинематически связанный с осью прожектора, при этом вход/выход датчика угла поворота оси прожектора связан с первым входом/выходом цифрового сигнального процессора, второй вход/выход которого связан с входом/выходом драйвера двигателя, третий выход соединен с входом драйвера электромагнитного тормоза, а четвертый вход/выход связан с первым входом/выходом задатчика углов поворота прожектора, второй вход/выход которого связан с входом/выходом блока датчиков команд управления.
Технический результат достигается также тем, что:
задатчик углов поворота прожектора содержит вычислитель углов поворота, первый вход/выход которого является первым входом/выходом задатчика углов поворота прожектора, второй вход/выход связан с входом/выходом блока памяти запрещенных углов поворота, третий вход/выход связан с первым входом/выходом интерфейсного блока, второй вход/выход которого является вторым входом/выходом задатчика углов поворота прожектора;
цифровой сигнальный процессор выполнен с возможностью управления азимутальной (угломестной) осью прожектора по принципу подчиненного
регулирования в составе трех контуров регулирования: контура регулирования тока двигателя, контура регулирования скорости поворота оси прожектора и контура регулирования положения оси прожектора;
блок датчиков команд управления содержит комбинацию из датчиков ручного управления и/или датчиков автоматического управления;
в качестве датчиков ручного управления используют дистанционные пульты управления и/или кнопки на ручках управления вертолетом;
в качестве датчика автоматического управления используют нашлемную систему целеуказания и/или командную систему более высокого уровня.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена структурная электрическая схема заявляемого устройства.
Устройство для управления поисково-осветительным прожектором содержит электропривод 1 азимутальный, электропривод 2 угломестный, задатчик 3 углов поворота прожектора и блок 4 датчиков команд управления.
Электропривод 1 азимутальный содержит драйвер 7 двигателя, выход которого соединен с входом управления двигателя 8, который вращает азимутальную ось 9 прожектора. На оси 9 установлен датчик 5 угла поворота азимутальной оси, вход/выход которого связан с первым входом/выходом цифрового сигнального процессора 6, второй вход/выход которого связан с входом/выходом драйвера 7 двигателя, третий выход через драйвер 10 электромагнитного тормоза соединен с входом управления электромагнитного тормоза 11, который связан кинематически с азимутальной осью 9, а четвертый вход/выход связан с первым входом/выходом задатчика 3 углов поворота прожектора, второй вход/выход которого связан с входом/выходом блока 4 датчиков команд управления.
Электропривод 2 угломестный аналогичен по структуре электроприводу 1 азимутальному и содержит драйвер 14 двигателя, выход которого соединен с входом управления двигателя 15, который вращает угломестную ось 16 прожектора. На оси 16 установлен датчик 12 угла поворота угломестной оси, вход/выход которого связан с первым входом/выходом цифрового сигнального процессора 13, второй вход/выход которого связан с входом/выходом драйвера 14 двигателя, третий выход через драйвер 17 электромагнитного тормоза соединен с входом управления электромагнитного тормоза 18, который связан кинематически
с угломестной осью 16, а четвертый вход/выход связан с первым входом/выходом задатчика 3 углов поворота прожектора.
Задатчик 3 содержит вычислитель 3-1 углов поворота, первый вход/выход которого является первым входом/выходом задатчика 3, второй вход/выход связан с входом/выходом блока 3-2 памяти запрещенных углов поворота, третий вход/выход связан с первым входом/выходом интерфейсного блока 3-3, второй вход/выход которого является вторым входом/выходом задатчика 3.
Блок 4 датчиков команд управления содержит комбинацию из датчиков ручного управления и датчиков автоматического управления. Датчики ручного управления выдают разовые команды в аналоговом или цифровом виде и могут быть выполнены в виде дистанционных пультов управления и/или в виде кнопок на ручках управления вертолетом.
Датчиками автоматического управления являются сопрягаемые с прожектором системы, в качестве которых используют, например нашлемную систему целеуказания и/или командную систему более высокого уровня.
Датчик 5 угла поворота оси прожектора формирует сигналы для определения текущего абсолютного положения азимутальной оси 9 прожектора.
Цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) 6 и 13 аналогичны по принципу действия. Их работу рассмотрим на примере ЦСП 6.
ЦСП 6 обеспечивает управление азимутальным приводом 1 по принципу подчиненного регулирования в составе трех контуров регулирования: контура регулирования тока двигателя, контура регулирования скорости поворота оси прожектора и контура регулирования положения оси прожектора (см., например С.С.Старостин. Оптимизация цифровых систем регулирования электроприводов с широтноимпульсными преобразователями, 2001. lalls.narod.ru/Statji/ATD/Optimiz_chifrov_s-m_regulirov_elektropriv_s_CHIM p..).
Для этого ЦСП 6:
принимает сигналы от датчика 5 угла поворота азимутальной оси, и рассчитывает по ним текущую скорость поворота и текущее абсолютное положение азимутальной оси 9;
принимает команды от задатчика 3 углов поворота прожектора;
измеряет текущий ток двигателя 8 по сигналам от драйвера 7 двигателя:
формирует сигналы управления драйверами двигателя 7 и электромагнитного тормоза 11;
выдает текущую скорость поворота и текущее абсолютное положение азимутальной оси 9 в задатчик 3 углов поворота прожектора;
Драйвер 7 двигателя:
преобразует сигналы управления двигателем, поступающие от ЦСП 6, в напряжение, подаваемое на двигатель 8;
формирует сигнал, пропорциональный току двигателя 8, для обеспечения работы контура регулирования тока двигателя, реализуемого ЦСП 6.
Драйвер 10 электромагнитного тормоза преобразует сигнал управления электромагнитным тормозом, поступающий от ЦСП 6, в напряжение, подаваемое на электромагнитный тормоз 11.
Драйвер 7 двигателя и драйвер 10 электромагнитного тормоза могут быть построены по схеме полного моста на базе микросхем управления силовыми ключами, например, фирмы National Semiconductors L5101. В качестве ключей могут быть использованы, например, ключи фирмы International Rectifier IFR3412.
Электромагнитный тормоз 11 используется для снижения влияния механических вибраций на азимутальную координату прожектора при остановленном двигателе 8.
Работу устройства для управления поисково-осветительным прожектором рассмотрим при его размещении под фюзеляжем вертолета.
Предварительно для данного вертолета определяют сочетания углов поворота прожектора, при которых луч прожектора попадает на конструктивные элементы вертолета, и заносят их в блок 3-2 памяти запрещенных углов поворота. В блоке 3-2 хранятся также значения предельных углов поворота прожектора по каждой из координат.
При установке прожектора на другой тип вертолета или при необходимости задания других предельных углов поворота требуется только внесение новых данных в блок 3-2 памяти.
Команды на управление положением прожектора поступают от датчиков, входящих в блок 4 датчиков команд управления, на интерфейсный блок 3-3, где определяется действующий датчик команд управления, например, по следующей логике:
если на датчиках ручного управления не включен режим «ручное», и при этом датчик автоматического управления включен и выдает данные, то прожектор управляется отдатчика автоматического управления;
если режим «ручное» включен на одном из датчиков ручного управления, то прожектор управляется только от этого датчика;
если режим «ручное» включен на датчиках ручного управления одновременно, то команды от них воспринимаются с равным приоритетом;
если режим «ручное» всюду выключен, а датчик автоматического управления не работает, то команды из датчиков ручного управления воспринимаются с равным приоритетом.
Команды управления от действующего датчика поступают на второй вход вычислителя 3-1, на третий вход которого поступают значения текущих углов поворота осей и скорость их изменения. Вычислитель 3-1 преобразует команды управления в команды задания углов поворота для каждой из осей прожектора, обеспечивая при этом обход лучом прожектора запрещенных улов поворота, поступающих на его первый вход, то есть формируя безопасную траекторию движения луча. Задания углов поворота по азимуту 
i+1 и углу места 
i+1 формируются путем увеличения или уменьшения соответствующей текущей координаты i и i на заданное приращение 
и , где приращения определяются скоростью поворота осей. За время поворота осей на углы приращения вычислитель 3-1 рассчитывает новые задания углов поворота.
После расчета углов задания поворота осей, задатчик 3 передает их в привод 1 азимутальный и привод 2 угломестный. Цифровые сигнальные процессоры 6 (13) принимают углы задания положения осей и осуществляют формирование сигналов отработки углов задания, которые поступают на двигатели 8 (15). При равенстве углов поворота осей 9 (16) углам задания, ЦСП 6 (13) останавливают соответственно двигатели 8 (15).
В опытном образце привода в качестве цифрового сигнального процессора используется микроконтроллер фирмы Texas Instruments TMS320LF2403A (см., например http://www.el-drive.com.ua/index.php?adr=3_TMS03Control). Микроконтроллер рассчитывает скорость вращения и положение оси прожектора на основе сигналов от энкодера (датчика угла поворота оси) фирмы Netzer RE2-037008-A-032D-S. Полный мост для управления электродвигателем постоянного тока фирмы Махоn выполнен на базе драйверов управления силовыми ключами фирмы National Semiconductors L5101. Обмен данных с задатчиком 3 углов поворота прожектора реализован на базе интерфейса RS-485.
Возможность программной установки ограничения углов поворота прожектора, их оперативного изменения и формирование безопасной траектории перемещения луча существенно расширяют функциональные возможности прожекторной поисково-осветительной системы.
Разработан опытный образец заявляемого устройства для управления поисково-осветительным прожектором, который может быть многократно воспроизведен.
1. Устройство для управления поисково-осветительным прожектором, содержащее электропривод азимутальный и электропривод угломестный, причем каждый из них содержит двигатель, подключенный к выходу драйвера двигателя, отличающееся тем, что введены блок датчиков команд управления и задатчик углов поворота прожектора, а в каждый электропривод введены датчик угла поворота оси прожектора, цифровой сигнальный процессор, электромагнитный тормоз, подключенный к выходу драйвера электромагнитного тормоза и кинематически связанный с осью прожектора, при этом вход/выход датчика угла поворота оси прожектора связан с первым входом/выходом цифрового сигнального процессора, второй вход/выход которого связан с входом/выходом драйвера двигателя, третий выход соединен с входом драйвера электромагнитного тормоза, а четвертый вход/выход связан с первым входом/выходом задатчика углов поворота прожектора, второй вход/выход которого связан с входом/выходом блока датчиков команд управления.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровой сигнальный процессор выполнен с возможностью управления азимутальной (угломестной) осью прожектора по принципу подчиненного регулирования в составе трех контуров регулирования: контура регулирования тока двигателя, контура регулирования скорости поворота оси прожектора и контура регулирования положения оси прожектора.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задатчик углов поворота прожектора содержит вычислитель углов поворота, первый вход/выход которого является первым входом/выходом задатчика углов поворота прожектора, второй вход/выход связан с входом/выходом блока памяти запрещенных углов поворота, третий вход/выход связан с первым входом/выходом интерфейсного блока, второй вход/выход которого является вторым входом/выходом задатчика углов поворота прожектора.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок датчиков команд управления содержит комбинацию из датчиков ручного управления и/или датчиков автоматического управления.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве датчиков ручного управления применяют дистанционные пульты управления и/или кнопки на ручках управления вертолетом.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве датчиков автоматического управления применяют нашлемную систему целеуказания и/или командную системы более высокого уровня.
