Повышение точности трехосного гиростабилизатора устранением боковой чувствительности поплавкового гироскопа

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Здшснюеться aHaMi3 можливостi змен-шення дрейфу mpueicHoi гiростабiлiзованоi платформи шляхом використання в кожному каналi стаб^заци заметь одного -двох поплавцевих гiроскопiв, як з'-еднат електромехатчно. Доведена ефективтсть метода двохканальностi за кутового руху фюзеляжа
Ключовi слова: гiростабiлiзована платформа, двохканальна автокомпенсащя,
поплавцевий гiроскоп
?-?
Проводится анализ возможности уменьшения дрейфа трехосной гиростабилизиро-ванной платформы использованием по каждому каналу стабилизации вместо одного
— двух поплавковых гироскопов, соединенных электромеханически. Доказана эффективность метода двухканальности при угловом движении фюзеляжа
Ключевые слова: гиростабилизированная платформа, двухканальная автокомпенсация, поплавковый гироскоп
?-?
The analysis of possibility of diminishing of drift of triaxial gyrostabilized platform using on every channel of stabilizing in place of one
— two float gyroscopes, united electromechani-cs, is conducted. Efficiency of method of double channel at angular motion of fuselage is well-proven
Keywords: gyrostabilized platform, double
channel autoindemnification, float gyroscope -? ?-
УДК 629.7. 054
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ТРЕХОСНОГО ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА УСТРАНЕНИЕМ БОКОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПОПЛАВКОВОГО ГИРОСКОПА
О.Я. Ковалец
Ассистент
Кафедры биотехники и инженерии Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» пр-т Победы, 37, г. Киев, Украина, 3 056 Контактный тел.: (044) 454−94−51 E-mail: karachun1@gala. net
1. Введение
Исследования относятся к области прикладной гироскопии и посвящены анализу уменьшения величины дрейфа трехосной гиростабилизированной платформы использованием по каждому каналу схем со структурной избыточностью на основе прямого применения принципа двухканальности Б. Н. Петрова. В предлагаемом аспекте изучения явления, исследования не проводились.
Сосредотачивается внимание на главном факторе ухудшения параметров ГСП — наличии боковой чувствительности гироскопов по каждому каналу стабилизации. Особо выделено явление присутствия постоянной составляющей сигнала чувствительных элементов при детерминированном характере угловых колебаний корпуса летательного аппарата.
2. Анализ состояния проблемы и постановка задачи исследований
Гиростабилизированные платформы нашли широкое применение на подвижных объектах различного
класса. Это ракеты-носители, спутники, тактическая палубная авиация, стратегическая бомбардировочная авиация, надводные и подводные корабли, боевые машины, палубная артиллерия и многие другие, в том числе, средства обороны. Основная задача, решаемая ГСП, состоит в построении на подвижном объекте, в общем случае, триортогональной системы координат заданной привязки и требуемой точности. Особенно важны эти характеристики для устанавливаемых на них оптико-электронных приборов, гирокомпасов, гиротеодолитов, приборов ночного видения, оптических головок инфракрасного самонаведения и многих других.
Вместе с тем, в работах Б. И. Назарова и других авторов с очевидностью доказано, что трехосная стабилизированная платформа все же подвержена действию внешних, гармонических или случайных, возмущений, приводящих к собственным уходам относительно всех трех осей, что порождено, главным образом, наличием перекрестных связей между каналами стабилизации [1]. Наиболее существенное влияние на величину дрейфа платформы оказывают перекрестные связи по гироскопическим моментам (-Н1оюу, -Н2тюх, -Н3%юу), возникающие при отклонении гиромоторов относительно осей их
подвеса. Ограничимся, поэтому, изучением вопроса повышения точности ГСП именно в этом аспекте — уменьшением влияния перекрестных связей.
Как известно, влияние перекрестной угловой скорости может быть в известной мере устранено использованием двухроторных приборов, либо гироскопов с принудительным возвратом на нуль, а также применением электрической пружины [2]. Недостатки этих методов достаточно подробно проанализированы в литературе.
Оценим возможности методов автокомпенсации для повышения точности ГСП. Очевидно, что использование метода принудительного вращения опор кар-данова подвеса гироскопа, строго говоря, нецелесообразно, т.к. исключает возможность использования поплавковых приборов. Метод принудительного вращения двухстепенных гироскопов также непригоден из-за возникновения в этом случае гироскопических моментов, приводящих к дополнительным погрешностям приборов. К тому же, компенсация этих моментов усложняет практическое применение метода [3]. Основным же недостатком метода реверсирования вектора кинетического момента является компенсация уходов гироскопов лишь в среднем за период реверса.
Возможность повышения точности построения стабилизированной в пространстве площадки оценим путем уменьшения погрешностей ее гироскопических чувствительных элементов. Средством достижения поставленной цели выберем метод двухканальности [4, 5]. Кроме несомненных достоинств, этот метод, к сожалению, не лишен и недостатков, которые проявляются, с одной стороны, в виде двукратного увеличения габаритов и веса, с другой — всего лишь в осреднении проявления внутренних помех гироскопов. Второй недостаток, между тем, легко устраняется известными конструкторско-технологическими методами, например, использованием поплавкового подвеса и точной балансировкой гироузла.
3. Уравнения движения ГСП и приближенные решения.
Гироскопы с дифференциальным выходом
Известно [1], что гироскопические стабилизаторы, построенные на базе поплавковых интегрирующих гироскопов, имеют уходы, значительно превышающие собственный уход таких гироскопов в условиях неподвижного основания. Такое увеличение объясняется, в первую очередь, влиянием на них угловых колебаний стабилизированной платформы. Как было установлено Б. И. Назаровым [6] и С. С. Арутюновым [7], особенно значительными уходы интегрирующих гироскопов становятся в случае угловых колебаний основания вокруг двух или трех его осей с близкими или одинаковыми частотами.
Проанализируем схемную возможность уменьшения влияния угловых колебаний стабилизированной платформы на величину собственного ухода интегрирующего гироскопа и, следовательно, стабилизатора.
Детерминированные возмущения. Кинематическая схема трехосной гиростабилизированной платформы с использованием двух гироскопов в каждом канале стабилизации приведена на рис. 1.
В соответствии с этой схемой, линеаризованные уравнения движения платформы имеют вид [1, 8]:
Аю х + х- н11° 1 + н12° 2- к1р1 (а1- а2) = мх-
С'-1сг1 +а 1 + Ниюх = Мг11 — Н11о1юу-
С'-2°2 + 2 — Н12® х = МЙ2 + Н12°2®у —
ВЮу + ?уЮу + Н21Т1 — Н22Т 2 + к2р2 (т — Т2) = Му-
С2Л + - н21® у = Ч21- н21т1®х- С22т2 + ?, 2т2 + Н22юу = Мг22 + Н22т2юх-
СЮz + + Н31% 1 — Н32%2 + к3р3 (%1 — %2) = М2-
с31%1 +х 1- н31^ = Мх31- н31%1® у-
2 + ^322 + Н32® = Мх32 + Н32У2®у, (1)
где А, В, С- моменты инерции платформы совместно с подвесом относительно осей X ^ ^ соответственно- 4, 4, ^ (1 = 1,2) — коэффициенты моментов вязкого трения на осях платформы и осях подвеса гироскопов- юх, юу, юz — проекции угловой скорости платформы на оси X ^ ^ - а, т,%-углы прецессии гиромоторов- С'-1,С21,С31 — моменты инерции гиромоторов относительно осей прецессии- Н11, Н21, Н31 — кинетические моменты роторов гиромоторов- Mx, My, Mz — проекции внешних моментов на оси стабилизации-
Рис. 1. Кинематическая схема трехосной гиростабилизированной платформы с двухканальной автокомпенсацией влияния внешних помех
Мх11, Му21,Мй1 — проекции внешних моментов на оси прецессии- (а1 -а2), Б2(т1 -т2), Б3 (%1 -%2) — функции, характеризирующие зависимость между моментами стабилизирующих двигателей и соответствующими углами прецессии-
М^ = - С'-Д — МТ1^па1 + М 11-
Mz2i = -С2^ - MT2isignTi + М 21-
Мх31 = -С31®х — Мт3да1 + М 31- 1 = 1,2. (2)
Считаем Mx, My, Mz заданными гармоническими функциями времени:
Mx = MXsinYjt- My = Mjsin (y2t + n) — Mz = M0sin (y 3t + e).
Ограничимся рассмотрением только двух связанных каналов стабилизации, которым соответствуют первые шесть уравнений системы (1). Решения их будем искать методом последовательных приближений в виде:
шх = шХ + %j +…- а2 = G0 + 5& quot-+… -
Шу =шу + #1 +…- Tj =т0 +… -
СТ1 = а0 +5J +…- т2 =T0 … (4)
Первое приближение. В первом приближении уравнения двух каналов стабилизации распадаются на следующие две несвязанные подсистемы:
АшХ + ГхшХ — НцС? + Hj2c2 — kjFj (а? — о") = Mx-
Cijd? + fjjO? + НишХ = 0-
С1о02 + fiooS — HX = 0 —
12^Х •0
Вшу + (ушу + H2jT? — H22t2 + k2F2 (t? — T0) = M
-y+W
C2jT0 + I2iT? — H2X = 0- C22T2 + (22T2 + Н22Шу = 0.
(5)
(6)
Решения систем уравнений (5) и (6) при гармонических воздействиях легко получить используя частотные характеристики системы —
шХ = МХА1 (y 1) Sin
о0 = МХА2 (y 1) sin о2 = МХА3 (y 1) sin
Y 1t + Ф1 (Y 1]
Y 1t + Ф2 (Y
Y 1t + Ф3 (Y шу = муА4 (y 2 Wy 2t + Ф4 (Y 2
t0 = МуА5 (y 2) sin t2 = МуАб (y 2) sin
¦ni-
Y 2t + Ф5 (Y 2) + П
Y 2t + Фб (Y 2) + П
(7)
где А1 (у 1), А1 (у2), ф1 (у 1), ф1 (у2) — соответственно амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики тракта между входным воздействием и рассматриваемой выходной величиной (1 = 1,2,3,4,5,6).
Структурные схемы платформы в линейном приближении представим на рис. 2. Связи, обозначенные пунктиром — общая жесткая отрицательная обратная связь.
Рис. 2. Блок-схема двух каналов стабилизации. Первое приближение
В соответствии со структурными схемами, передаточные функции платформы имеют вид:
шх _ (С1Р2+^(с2+М.
мх (р) а
О0 _-Нц (C'-2P2 + I12P).
мх (р)
H12 (CI1P2 + fup).
Мх (р) а
шу =(C21P2 + f21P)(C22P2 + f22P) —
Му (р) = в
T0 = H21 (C22P2 + I22P) — Му (р) в
т0 _ H22 (C21P2+f21p)
Ф1(р) = Ф2(Р) = Фз (Р) = Ф4(Р) =
Ф5(Р) =
Ф6(р) = = & quot-22v~21r -ж,, (8)
^ Му (р) в ^
где
а = ACI1C2P5 +(ACI1I12 + ACf + CI1C121-)p4 + + (Af11f12 + СиУх +
+^2^ + C2H1 — C'-H)p3 + [1 111 121Х + C'-12H11k1W1'-(p) —
-c11H12k1w-(p)± f^] p2 ± +[I12k1w-(p)H11 — fnk1wr (p)H12 ]p в = BC21C22p5 + (ВС22 + BC22f21 + C21C22fc) p4 +
+ (Bf21f22 + C21f22fC +
+C22f21fC + C22H21 — C21H22) p3 + [f21f22fC + C22H21k2W'-(p) —
-C'-21H22k2WI (p) + f22H21 — f21H22 ] p2 + - + [f22k2W2(p)H21 — ^W^^]p
(9)
^1(р), ^(р), W2/(p) , — передаточные функ-
ции цепей стабилизации, являющиеся изображениями функций Fl (а0), Fl (а2), F2 (т0), F2 (т2) — передаточные функции (8) составлялись в предположении линейности характеристик стабилизирующих двигателей.
Из выражений (7) следует, что постоянных составляющих угловых скоростей шх и шу первое приближение не дает.
Второе приближение. С учетом соотношений (4), уравнения второго приближения запишем в виде:
А%1 + 4%1 — Ни§ 1 + H12S1'- - k1F1 (51 — 51'-) = Мх- C1151 + fn51 + Ни%1 = MZ11 — Нцо0шу- C1251'- + f125& quot-- H12%1 = Mz12 + Н12о2шу- ву + fyy, + H2lt, 1 — H22^'-+ k2F2 (^ - ^ = My — C2& amp- + f21i--- H2ly = Mz21 — H21T0"X — C'-JZ+ Н22У1 = Mz22+н22т0шХ.
(10)
Подставляя значения (2), (7), в уравнения (10) и выделяя постоянные составляющие моментов, обусловленные наличием перекрестных связей, определим угловые скорости ухода платформы относительно осей стабилизации —
у
& lt-=х- =
1
— 2Н11МХМУА2 (Y i) A4 (Y 2) C0S (ф2 -ф4-n)-C1A -- MT11signo0 + МдИ ] Ф7(0) —
-humxa (y !) а4 (y 2) x
cos (фз-ф4-n)-О, —signo2 + МД12] ф8(0) — (11) 1
H^M^A, (y ,)A5 (y 2) cos (ф, -ф5 -n) — C2, cb z —
ю* = y- =
2
-MT21signt0 + Мд21 ] Ф9(0) —
1
— 2H22MxA6 (y 2) Ai (Y1)x
cos^ -Фб-n)-C22™z — MT22signT2 + Мд22] Фи (0), (12) где
Фу (Р) =
Ф8(Р) =
= X1(p) =(C'-2P2 + f12P)[H11P + k1W1(P)].
мПН (Р) а
X1(p) (о2 + fnp)[-H12P + к^Др)]
Mzn12(p) а
У (p) (q2p2+f22p) [-H21p+k2w2(p)]
M? i (P) ?
_ У (p) _ (C2iP2 + f2! P)[H22p + k2W2& quot-(p)]
мп22(р) р
МП, = мг11 + ЫцоЭД- МП21 = мг21 + Ы^" — (1 = 1, 2). (13)
Формулы (11) и (12) получены в предположении равенства частот у1 и у 2 возмущающих моментов Мх и Му. При большом различии у 1 и у2 уходы платформы имеют характер колебаний разностной и суммарной частот.
Как видно из выражений (11) и (12), применение двух гироскопов по каждой оси стабилизации позволяет значительно уменьшить собственные уходы платформы, обусловленные перекрестными связями по гироскопическому моменту. В случае равенства параметров гироскопов (за исключением знаков кинематических моментов, т. е. Ы11 = -Ы12 = Ы1) первые слагаемые в выражениях (11) и (12) превращаются в
нули и погрешности ГСП будут определяться лишь вредными моментами, действующими по осям прецессии гироскопов.
4. Выводы
Построенные расчетные модели позволяют не только проанализировать и численно оценить степень влияния перекрестных связей по каналам стабилизации, но и обобщить выводы в плане целесообразности применения того, или иного, метода автокомпенсации вообще.
Литература
1. Назаров, Б.И. О погрешностях гиростабилизаторов [Текст] / Б. И. Назаров // Техническая кибернетика. — 1963. — № 2. — С. 71−75.
2. Ткачев, Л. И. Системы инерциальной ориентировки
[Текст]: уч. пособие / Л. И. Ткачев: МЭИ, 1973. — 213 с.
3. Ковалец, О. Я. Влияние дифракционных явлений на по-
грешность системы коррекции гирогоризонта [Текст] / О. Я. Ковалец // Вюник НТУУ «КП1»: Серiя ПРИЛА-ДОБУДУВАННЯ. — 2009. — Вип. 38. — С. 10−16.
4. А.с. 256 045 СССР, МПК G01p. Гиротахометр [Текст] /
Одинцов А. А. (СССР). — 1 200 779/18−10- заявл. 22. 11. 67- опубл. 04. 11. 69, Бюл. № 34. — 1с.: ил.
5. Мельник, В. Н. Нелинейные колебания в полиагрегатном
подвесе гироскопа [Текст]: моногр. / В. Н. Мельник, В.В. Карачун- Нац. техн. ун-т Украины «КПИ». — К.: «Корнейчук», 2008. — 104с. — Библиогр.: с. 80−82. — ISBN 978−966−7599−48−5.
6. Назаров, Б. И. О погрешностях двухстепенного интегри-
рующего гироскопа, вызванных колебаниями основания [Текст] / Б. И. Назаров // Изв. ВУЗов СССР, «Приборостроение». — 1960. — Т. 3, № 6. — С. 17−24.
7. Арутюнов, С.С. О погрешностях двухстепенного интегри-
рующего гироскопа, вызванных угловыми колебаниями объекта [Текст] / С. С. Арутюнов // Изв. ВУЗов СССР, «Приборостроение». — 1959. — № 2. — С. 15−19.
8. Одинцов, А. А. Об уменьшении погрешностей гиростаби-
лизаторов от перекрестных связей [Текст] / А. А. Одинцов, В. В. Карачун // Прикл. механика. — 1973. — Т. IX, вып. 10 — С. 112−118.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой