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DE102016107438A1 - Control device for refilling a directable weapon - Google Patents

Control device for refilling a directable weapon Download PDF

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DE102016107438A1
DE102016107438A1 DE102016107438.1A DE102016107438A DE102016107438A1 DE 102016107438 A1 DE102016107438 A1 DE 102016107438A1 DE 102016107438 A DE102016107438 A DE 102016107438A DE 102016107438 A1 DE102016107438 A1 DE 102016107438A1
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DE
Germany
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weapon
measuring unit
tracking
control device
inertial
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Pending
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DE102016107438.1A
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German (de)
Inventor
Udo Stenzel
Florian Kroll
Jens Becker
Stefan Gerstadt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Publication date
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Priority to CH00549/17A priority patent/CH712422B1/en
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/24—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung zum Nachführen einer richtbaren Waffe (1), die auf einer bewegbaren Unterlage (5) sowohl um eine Elevationsachse (2) als auch um eine Azimutachse (3) schwenkbar gelagert ist, wobei zur Durchführung von Schwenkbewegungen der Waffe (1) entsprechend den Vorgaben eines eigenstabilisierten Zielgerätes (8) Nachführregelkreise (9, 10) vorgesehen sind, und dass den Nachführregelkreisen (9, 10) ein Waffenstabilisierungsregelkreis überlagert ist, um von der Unterlage (5) ausgelöste Störbewegungen auf die Elevationsachse (2) zu kompensieren, wobei die Sensierung der Störbewegung durch Inertialsensoren erfolgt. Um zu erreichen, dass die Inertialsensoren des Waffenstabilisierungskreises bei Schussabgabe möglichst geringen Belastungen ausgesetzt sind, schlägt die Erfindung vor, die Inertialsensoren an einem Teilbereich (4, 7) der Unterlage (5) zu befestigen.The invention relates to a control device for tracking a directional weapon (1), which is pivotally mounted on a movable base (5) both about an elevation axis (2) and about an azimuth axis (3), wherein for performing pivotal movements of the weapon (1 ) according to the specifications of an intrinsically stabilized target device (8) tracking control circuits (9, 10) are provided, and that the tracking control circuits (9, 10) a weapon stabilization control loop is superimposed to compensate for the underlay (5) caused interference on the elevation axis (2) , wherein the sensing of the disturbing movement by inertial sensors takes place. In order to achieve that the inertial sensors of the weapon stabilization circuit are subjected to the lowest possible loads during firing, the invention proposes to fasten the inertial sensors to a subregion (4, 7) of the base (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung zum Nachführen einer richtbaren Waffe, die auf einer bewegbaren Unterlage um eine Elevationsachse und um eine Azimutachse schwenkbar gelagert ist, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a control device for tracking a directional weapon, which is mounted pivotably on a movable base about an elevation axis and about an azimuth axis, with the features specified in the preamble of claim 1.

Zur Veränderung der Zielrichtung einer richtbaren Waffe, beispielsweise der Waffe eines Panzers, ist es bekannt, entsprechend den Vorgaben eines eigenstabilisierten Zielgerätes sowohl einen Nachführregelkreis für Schwenkbewegungen der Waffe um die Elevationsachse als auch einen Nachführregelkreis für Schwenkbewegungen um die Azimutachse vorzusehen. Dabei werden die Schwenkbewegungen der Waffe um die Elevations- bzw. Azimutachse mit Hilfe von Antriebsmotoren (Stellantrieben) bewirkt, wobei die Drehungen der Motorwellen mit Hilfe von Sensoren überwacht werden. Die gemessenen Sensorsignale (Istwerte) werden anschließend in Soll-Istwert-Vergleichern mit Sollwerten verglichen, welche von dem Zielgerät als analoge oder digitale Signale vorgegeben werden. Im Falle von Abweichungen zwischen den Soll- und Istwerten ermitteln Drehzahlregler dann entsprechende Korrektursignale, mittels welcher die Stellantriebe anschließend nachgeregelt werden.To change the direction of a directional weapon, such as the weapon of a tank, it is known to provide both a Nachführregelkreis for pivotal movements of the weapon about the elevation axis and a Nachführregelkreis for pivotal movements about the azimuth axis according to the specifications of a self-stabilized target device. The pivoting movements of the weapon about the elevation or azimuth axis are effected by means of drive motors (actuators), wherein the rotations of the motor shafts are monitored by means of sensors. The measured sensor signals (actual values) are then compared in setpoint-actual value comparators with nominal values, which are specified by the target device as analog or digital signals. In the case of deviations between the setpoint and actual values, speed controllers then determine corresponding correction signals, by means of which the actuators are subsequently readjusted.

Um ein Ziel auch während der Fahrt eines Panzers in unebenem Gelände zu erkennen und zu bekämpfen ist es ebenfalls bekannt, in die Regelungsvorrichtung zusätzlich zu den Nachführregelkreisen einen Waffenstabilisierungsregelkreis zu integrieren, der die von der Unterlage ausgelösten Störbewegungen auf die Elevationsachse kompensiert. Dabei werden zur Sensierung der Störbewegung Inertialsensoren an der Waffe selbst oder an der das Waffenrohr aufnehmenden Rohrwiege befestigt.In order to detect and combat a target while driving a tank on uneven terrain, it is also known to integrate into the control apparatus, in addition to the tracking control loops, a weapon stabilization loop which compensates for the jamming movements on the elevation axis caused by the pad. In this case, inertial sensors are attached to the weapon itself or to the barrel tube receiving tubular cradle for sensing the disturbing motion.

Nachteilig bei diesen bekannten Regelungsvorrichtungen ist unter anderem, dass die in der Regel aus Kreiseln bestehenden Inertialsensoren den beim Schießen auftretenden hohen Schockbelastungen ausgesetzt sind. Derartige Schockbelastungen führen aber bei einfachen kostengünstigen Kreiseln zum Driften und damit zu einer Verringerung der Genauigkeit (Regelgüte).A disadvantage of these known control devices, inter alia, that the inertial sensors usually made of gyros are exposed to the high shock loads occurring during firing. But such shock loads lead to drifting and thus to a reduction in accuracy (control quality) in simple low-cost gyroscopes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der die Inertialsensoren des Waffenstabilisierungsregelkreises gegenüber bekannten Vorrichtungen wesentlich geringeren Belastungen bei Schussabgabe ausgesetzt sind.The invention has for its object to provide a control device of the type mentioned, in which the inertial sensors of the weapon stabilization loop compared to known devices are exposed to much lower loads during firing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.This object is achieved by the features of claim 1. Further, particularly advantageous embodiments of the invention disclose the dependent claims.

Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, die Inertialsensoren nicht, wie bisher, an der Waffe oder der Rohrwiege zu befestigen, sondern an einem Teilbereich der Unterlage.The invention is based essentially on the idea not to attach the inertial sensors, as before, to the weapon or the cradle, but to a portion of the pad.

Dabei kann es sich bei dem Teilbereich der Unterlage um einen um die Azimutachse schwenkbaren Teilbereich (etwa dem Turmbereich eines Panzers) oder um den Teilbereich der Unterlage handeln, der nicht um die Azimutachse schwenkbar ist.In this case, the subregion of the base may be a partial area (for example the tower area of a tank) which can be swiveled about the azimuth axis, or the subarea of the base which is not pivotable about the azimuth axis.

Die Inertialsensoren bilden vorzugsweise eine inertiale Messeinheit mit drei orthogonal angeordneten Drehratensensoren (z. B. Drehratenkreisel). Dieser Messeinheit ist ein digitaler Rechner nachgeschaltet, der aus den drei Bewegungsrichtungen, die mit der inertialen Messeinheit messbar sind, zwei Vorsteuersignale für die zwei Nachführregel-kreise ermittelt.The inertial sensors preferably form an inertial measuring unit with three orthogonally arranged yaw rate sensors (eg yaw rate gyros). This measuring unit is followed by a digital computer, which determines from the three directions of movement, which can be measured with the inertial measuring unit, two pilot signals for the two tracking control circuits.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Inertialsensoren der inertialen Messeinheit Mikrostrukturkreisel verwendet werden, so dass die inertiale Messeinheit sehr platzsparend aufgebaut werden kann.It has proven to be advantageous if microstructure gyros are used as inertial sensors of the inertial measuring unit, so that the inertial measuring unit can be constructed in a very space-saving manner.

Da die Regelelektronik zur Durchführung der Nachführ- und Stabilisierungsregelung sich häufig in einem an der Unterlage befestigten Gehäuse befindet, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn auch die inertiale Messeinheit in dem Gehäuse der Regelelektronik angeordnet ist. Dadurch kann die inertiale Messeinheit ausreichend gegen äußere Umwelteinflüsse geschützt werden, und der Aufwand für die Verkabelung zwischen der Regelelektronik und der inertialen Messeinheit kann gering gehalten werden.Since the control electronics for carrying out the Nachführ- and stabilization control is often in a fixed to the pad housing, it has proved to be useful if the inertial measuring unit is arranged in the housing of the control electronics. As a result, the inertial measuring unit can be sufficiently protected against external environmental influences, and the cost of the wiring between the control electronics and the inertial measuring unit can be kept low.

Schließlich kann zum Herausfiltern der Gleichanteile der Signale der Inertialsensoren des Waffenstabilisierungsregelkreises ein Filter umfassen.Finally, to filter out the DC components of the signals from the inertial sensors of the weapon stabilization loop, a filter may be included.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand eines Blockschaltbildes erläuterten Ausführungsbeispiel.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following, explained with reference to a block diagram embodiment.

In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 schematisch die heckseitige Ansicht der richtbaren Waffe eines Panzerfahrzeuges bezeichnet. Die Waffe 1 ist um eine Elevationsachse 2 und um eine Azimutachse 3 auf einem ersten Teilbereich 4 einer Unterlage 5 schwenkbar gelagert. Dabei handelt es sich bei dem ersten Teilbereich 4 der Unterlage 5 um einen um die Azimutachse 3 schwenkbaren Bereich (Turmbereich des Panzers), der über Rollen 6 auf dem nicht schwenkbaren zweiten Teilbereich 7 der Unterlage 5 drehbar gelagert ist.In the figure, the reference numeral 1 schematically referred to the rear-side view of the directional weapon of an armored vehicle. The weapon 1 is about an elevation axis 2 and an azimuth axis 3 on a first section 4 a pad 5 pivoted. These are the first subarea 4 the underlay 5 around the azimuth axis 3 swiveling area (tower area of the tank), over rollers 6 on the non-pivoting second section 7 the underlay 5 is rotatably mounted.

Zur Veränderung der Zielrichtung der Waffe 1 entsprechend den Vorgaben eines eigenstabilisierten Zielgerätes 8 ist sowohl ein Nachführregelkreis 9 für Schwenkbewegungen der Waffe um die Elevationsachse 2 als auch ein Nachführregelkreis 10 für Schwenkbewegungen um die Azimutachse 3 vorgesehen. Dabei erfolgen die Schwenkbewegungen der Waffe 1 um die Elevations- bzw. Azimutachse 2 bzw. 3 mit Hilfe von Antriebsmotoren (Stell-antrieben) 11, 12, wobei die Drehung der Motorwellen (nicht dargestellt) der Stellantriebe 11, 12 mit Hilfe von Sensoren 13, 14 überwacht werden. Die gemessenen Sensorsignale (Istwerte) 15, 16 der Sensoren 13, 14 werden anschließend in Soll-Istwert-Vergleichern 17, 18 mit Sollwerten 19, 20 verglichen, welche von dem Zielgerät 8 als analoge oder digitale Signal vorgegeben werden.To change the direction of the weapon 1 according to the specifications of an intrinsically stabilized target device 8th is both a tracking loop 9 for pivotal movements of the weapon about the elevation axis 2 as well as a tracking loop 10 for pivoting movements about the azimuth axis 3 intended. The pivoting movements of the weapon take place 1 around the elevation or azimuth axis 2 respectively. 3 with the help of drive motors (actuator drives) 11 . 12 , wherein the rotation of the motor shafts (not shown) of the actuators 11 . 12 with the help of sensors 13 . 14 be monitored. The measured sensor signals (actual values) 15 . 16 the sensors 13 . 14 are then in setpoint-actual comparators 17 . 18 with setpoints 19 . 20 compared which of the target device 8th be specified as analog or digital signal.

Im Falle von Abweichungen zwischen den Soll- und Istwerten ermitteln Drehzahlregler 21, 22 entsprechende Korrektursignale, die über Leistungsverstärker 23, 24 den Stellantrieben 11, 12 zugeführt werden, so dass diese die Position der Waffe 1 entsprechend nachregeln.In the event of deviations between the setpoints and actual values, speed controllers determine 21 . 22 Corresponding correction signals via power amplifier 23 . 24 the actuators 11 . 12 be fed, so that this the position of the weapon 1 adjust accordingly.

Um von der Unterlage 5 ausgelöste Störbewegungen auf die Elevationsachse 2 zu kompensieren, werden die beiden Nachführregelkreise 9, 10 von einem Waffenstabilisierungsregelkreis überlagert. Dieser umfasst eine aus drei orthogonal angeordneten Drehratensensoren (vorzugsweise Mikrostrukturkreisel) bestehende inertiale Messeinheit 25, die erfindungsgemäß an dem ersten Teilbereich 4 der Unterlage 5 angeordnet ist.To get off the pad 5 triggered disturbing movements on the elevation axis 2 to compensate, the two tracking loops become 9 . 10 overlaid by a weapon stabilization loop. This comprises an inertial measuring unit consisting of three orthogonally arranged rotation rate sensors (preferably microstructured gyros) 25 according to the invention at the first portion 4 the underlay 5 is arranged.

Der inertialen Messeinheit 25 ist ein digitaler Rechner 26 nachgeschaltet, der aus den drei Bewegungsrichtungen, die mit der inertialen Messeinheit 25 messbar sind, zwei Vorsteuersignale 27, 28 ermittelt. Diese Vorsteuersignale 27, 28 dienen dann als Eingangssignale der beiden Nachführregelkreise 9, 10, so dass die Stellantriebe 11, 12 Schwenkbewegungen der Waffe 1 bewirken, die eine vorhandene Differenz zwischen der Richtung der Waffe 1 und der Richtung des Zielgerätes 8 verkleinern.The inertial measuring unit 25 is a digital calculator 26 downstream of the three directions of movement, which are connected to the inertial measuring unit 25 measurable, two pilot signals 27 . 28 determined. These pilot signals 27 . 28 then serve as input signals of the two tracking control loops 9 . 10 so that the actuators 11 . 12 Pivoting movements of the weapon 1 cause an existing difference between the direction of the weapon 1 and the direction of the target device 8th Decrease.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Waffeweapon
22
Elevationsachseelevation axis
33
Azimutachseazimuth axis
44
(erste) Teilbereich(first) subarea
55
Unterlagedocument
66
Rollerole
77
(zweite) Teilbereich(second) subarea
88th
Zielgerättarget device
9, 109, 10
NachführregelkreiseNachführregelkreise
11, 1211, 12
Antriebsmotoren, StellantriebeDrive motors, actuators
13, 1413, 14
Sensorensensors
15, 1615, 16
Sensorsignalesensor signals
17, 1817, 18
Soll-Istwert-VergleicherTarget actual value comparator
19, 2019, 20
Sollwertesetpoints
21, 2221, 22
DrehzahlreglerSpeed governor
23, 2423, 24
Leistungsverstärkerpower amplifier
2525
inertiale Messeinheitinertial measuring unit
2626
Rechnercomputer
27, 2827, 28
Vorsteuersignalepilot signals

Claims (10)

Regelungsvorrichtung zum Nachführen einer richtbaren Waffe (1), die auf einer bewegbaren Unterlage (5) sowohl um eine Elevationsachse (2) als auch um eine Azimutachse (3) schwenkbar gelagert ist, wobei zur Durchführung von Schwenkbewegungen der Waffe (1) entsprechend den Vorgaben eines eigenstabilisierten Zielgerätes (8) sowohl ein Nachführregelkreis (9) für Schwenkbewegungen der Waffe (1) um die Elevationsachse (2) als auch ein Nachführregelkreis (10) für Schwenkbewegungen der Waffe (1) um die Azimutachse (3) vorgesehen ist, und dass den Nachführregelkreisen (9, 10) ein Waffenstabilisierungsregelkreis überlagert ist, um von der Unterlage (5) ausgelöste Störbewegungen auf die Elevationsachse (2) zu kompensieren, wobei die Sensierung der Störbewegung durch Inertialsensoren erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertialsensoren eine inertiale Messeinheit (25) mit drei orthogonal angeordneten Drehratensensoren bilden, dass der inertialen Messeinheit (25) ein digitaler Rechner (26) nachgeschaltet ist, der aus den drei Bewegungsrichtungen, die mit der inertialen Messeinheit (25) messbar sind, zwei Vorsteuersignale (27, 28) für die zwei Nachführregelkreise (9, 10) ermittelt, und dass die inertiale Messeinheit (25) auf der Unterlage (5) befestigt ist.Control device for tracking a directional weapon ( 1 ) mounted on a movable base ( 5 ) about both an elevation axis ( 2 ) as well as an azimuth axis ( 3 ) is pivotally mounted, wherein for performing pivotal movements of the weapon ( 1 ) according to the specifications of an intrinsically stabilized target device ( 8th ) both a tracking loop ( 9 ) for pivoting movements of the weapon ( 1 ) around the elevation axis ( 2 ) as well as a tracking loop ( 10 ) for pivoting movements of the weapon ( 1 ) about the azimuth axis ( 3 ), and that the tracking control circuits ( 9 . 10 ) a weapon stabilization loop is superimposed to move from the pad ( 5 ) triggered disturbing movements on the elevation axis ( 2 ), wherein the sensing of the disturbing movement is effected by inertial sensors, characterized in that the inertial sensors comprise an inertial measuring unit ( 25 ) with three orthogonally arranged rotation rate sensors that form the inertial measuring unit ( 25 ) a digital computer ( 26 ), which consists of the three directions of movement with the inertial measuring unit ( 25 ) are measurable, two pilot signals ( 27 . 28 ) for the two tracking loops ( 9 . 10 ) and that the inertial measuring unit ( 25 ) on the base ( 5 ) is attached. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Inertialsensoren der inertialen Messeinheit (25) um Mikrostrukturkreisel handelt.Control device according to claim 1, characterized in that it is in the inertial sensors of the inertial measuring unit ( 25 ) is about microstructured gyros. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (5) eine um die Azimutachse (3) schwenkbaren ersten Teilbereich (4) aufweist und dass die inertiale Messeinheit (25) entweder an diesem Teilbereich (4) oder an einem nicht um die Azimutachse schwenkbaren zweiten Teilbereich (7) befestigt ist.Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the base ( 5 ) one about the azimuth axis ( 3 ) pivotable first portion ( 4 ) and that the inertial measuring unit ( 25 ) either at this subarea ( 4 ) or on a non-pivotable about the azimuth axis second portion ( 7 ) is attached. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Nachfuhr- und Stabilisierungsregelungen eine in einem Gehäuse angeordnete Regelelektronik vorgesehen ist, dass das Gehäuse der Regelelektronik auf der Unterlage (5) befestigt ist, und dass die inertiale Messeinheit (25) in dem Gehäuse der Regelelektronik angeordnet ist.Control device according to claim 3, characterized in that for carrying out the Nachfuhr- and stabilization regulations is arranged in a housing control electronics is provided that the housing of the control electronics on the pad ( 5 ) and that the inertial measuring unit ( 25 ) is arranged in the housing of the control electronics. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die intertiale Messeinheit (25) im Gehäuse von Stellantrieben (11, 12) zur Nachführung integriert ist. Control device according to claim 4, characterized in that the intertial measuring unit ( 25 ) in the housing of actuators ( 11 . 12 ) is integrated for tracking. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsregelkreis ein Filter zum Herausfiltern der Gleichanteile der Signale der Inertialsensoren der inertialen Messeinheit (25) umfasst.Control device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the stabilization control loop comprises a filter for filtering out the equal components of the signals of the inertial sensors of the inertial measuring unit ( 25 ). Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein eigenstabilisiertes Zielgerät (8) eingebunden ist.Control device according to one of claims 1 to 5, characterized in that an intrinsically stabilized target device ( 8th ) is involved. Regelungsverfahren für die Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Unterlage (5) für die Elevationsachse in drei senkrecht zueinander stehenden Achsen inertial mit Hilfe der Messeinheit (25) gemessen wird, wobei der Rechner (26) aus den Bewegungsrichtungen, die mit der Messeinheit (25) gemessen werden, Vorsteuersignale (27, 28) für die Nachführregelkreise (9, 10) ermittelt.Control method for the control device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the movement of the base ( 5 ) for the elevation axis in three mutually perpendicular axes inertially by means of the measuring unit ( 25 ), the computer ( 26 ) from the directions of movement associated with the measuring unit ( 25 ), pilot signals ( 27 . 28 ) for the tracking control circuits ( 9 . 10 ). Regelungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Stellantriebe (11, 12) der Nachführregelkreise (9, 10) Schwenkbewegungen der Waffe (1) bewirken, die eine vorhandene Differenz zwischen der Richtung der Waffe (1) und der Richtung des Zielgerätes (8) verkleinern.Control method according to claim 8, characterized in that actuators ( 11 . 12 ) of the tracking control circuits ( 9 . 10 ) Swiveling movements of the weapon ( 1 ), which is an existing difference between the direction of the weapon ( 1 ) and the direction of the target device ( 8th ). Regelungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Zielgerät (8) analoge und/oder digitale Signale vorgegeben werden.Control method according to claim 9, characterized in that from a target device ( 8th ) analog and / or digital signals are given.
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