WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


«Научно-технические разработки и их внедрение УДК 629.7.054 ДЕКОМПОЗИЦИЯ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ПРИНЦИП «НАВЕДЕНИЕ - СТАБИЛИЗАЦИЯ» В.И. Родионов ...»

Научно-технические разработки и их внедрение

УДК 629.7.054

ДЕКОМПОЗИЦИЯ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ

ПРИНЦИП «НАВЕДЕНИЕ - СТАБИЛИЗАЦИЯ»

В.И. Родионов

Предложен принцип «наведение - стабилизация» и структурная схема двухканальной трехуровневой гироскопической системы управления оптической линией визирования. Разработан метод исследования динамики системы наведения и стабилизации, использующий задающее воздействие в качестве опорной траектории.

Ключевые слова: наведение, стабилизация, гироскоп.

Развитие прицельных оптико-электронных приборов (ОЭП), работающих на подвижных объектах (ПО), направлено на повышение дальности, точности и уменьшения их габаритов. При этом совершенствование основных информационных каналов ОЭП предполагает использование цветных высокочувствительных камер видимого диапазона с «плавным»

трансфокатором, телевизионных зум-камер, лазерных дальномеров на безопасной длине волны, лазерных подсветчиков и обнаружителей пятна подсвета. Для того, чтобы изображение наблюдаемого объекта не смещалось в процессе движения ПО, оси визирования (ОВ) всех каналов ОЭП сопрягают со стабилизированным зеркалом, или все устройства устанавливают на единой платформе, которую размещают в кардановом подвесе.

Целью управления ОВ является стабилизированное угловое наведение зеркала или платформы с требуемой точностью в заданном поле обзора.

Такое управление осуществляется гироскопической системой стабилизации и наведения (ССиН), состоящей из оптико-электронных и гироскопических датчиков, электрических двигателей (ЭД) и усилительно-преобразующих устройств. Для уменьшения габаритов устройства создают совмещенные ССиН, в которых ЭД, установленные по осям карданова подвеса, осуществляют наведение ОВ с одновременной стабилизацией качки ПО.

При исследовании гироскопических ССиН широко используется принципы декомпозиции, в соответствии с которыми решение общей задачи исследования рассматривается как совокупность частично независимых задач меньшей сложности. Декомпозиция моделей не содержит готовых рецептов, однако, учитывая особенности систем, она позволят существенно упрощать вычислительные процессы. Наибольшего эффекта получают в тех случаях, когда общая модель движения разбивается на подмодели, исследуемые последовательно одна за другой. Менее строгий, но также широко применяемый прием декомпозиции состоит в ослаблении или полном исключении связей между осями или контурами системы. ДекомпозиИзвестия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 10 ция ССиН позволяет разделить их математические модели на независимые части, например, модели одноосных систем, модели невозмущенного и возмущенного движения, модели первого и второго приближения и др.

При исследовании гироскопических ССиН обычно используют два принципа управления: стабилизации и наведения. Принцип стабилизации заключается в сохранении неизменным положения ОВ при действии качки основания, а принцип наведения - в целенаправленном изменении углового положения ОВ. Наиболее просто эти принципы реализуются в силовых гиростабилизаторах (ГС), которые имеют два независимых контура регулирования (коррекции и разгрузки). Контур коррекции работает по принципу наведения ОВ, используя для этого гироскопический момент и момент ЭД наведения. Контур разгрузки работает по принципу стабилизации.

Он компенсирует возмущающий момент, вызванный качкой основания, за счет действия гироскопического момента и разгрузки, создаваемого ЭД стабилизации. Наличие двух ЭД (наведения и стабилизации) позволяет проводить раздельное управление ОВ по контурам стабилизации и наведения ССиН. При этом гироскопический момент участвует в работе обоих контуров регулирования. Он увеличивает точность стабилизации, и одновременно уменьшает скорость наведения ОВ, что ограничивает применение силовых ГС в быстродействующих ССиН. Увеличивать скорость наведения ОВ позволяют индикаторные ГС, построенные на двухстепенных и трехстепенных гироскопах с ограничением их прецессии с помощью упругих упоров, а также лазерных, волоконно-оптических и микромеханических гироскопах, которые не создают гироскопических моментов. При этом цель управления ОВ по каждой оси стабилизированного наведения достигается за счет одного ЭП, который должен работать по принципу «наведение-стабилизация».

В Тульском государственном университете в 1976 году под руководством д.т.н., профессора Карпова В.К. были начаты работы по созданию ССиН на базе управляемых ГС. За прошедшие 40 лет на кафедре «Приборы управления» разработаны основы теории, принципиальные схемы и методы проектирования совмещенных ССиН, работающих по принципу «наведение – стабилизация», изготовлены, прошли испытания и внедрены макетные образцы устройств, использующих силовые и индикаторные управляемые ГС.

Принцип «наведение - стабилизация» оси визирования. Принцип «наведение-стабилизация», обеспечивающий совмещение одним исполнительным органом функций стабилизации и наведения управляемых объектов, в настоящее время используется в системах управления летательными аппаратами (ЛА) [1]. Однако, он не нашел применения при анализе и синтезе гироскопических систем стабилизации, ориентации и навигации, установленных на ЛА. Этому способствовало использование Научно-технические разработки и их внедрение непосредственных, силовых и индикаторных ГС, в которых угловые скорости наведения (коррекции) намного меньше скоростей стабилизации, что давало возможность осуществлять декомпозицию их математических моделей с использованием принципа стабилизации или наведения. При такой декомпозиции уравнения ГС в первом приближении представляются в виде отдельных моделей стабилизации или наведения по каждой управляемой оси карданова подвеса. При необходимости учета взаимного влияния перекрестных связей между осями или между стабилизацией и наведением по каждой оси используются модели второго приближения. Однако, применение принципа стабилизации дает положительные результаты только при скоростях наведения, гораздо меньших скоростей качки ЛА, т.к.

модели стабилизации не учитывают процессы наведения ОВ. Применение же принципа наведения может быть использовано при угловых скоростях наведения, превышающих угловые скорости качки, т е. модели наведения не отражают изменения углов поворота ОВ, вызванных качкой ЛА.

Таким образом, при исследовании динамики совмещенных ССиН принцип стабилизации можно использовать только в режиме стабилизации или в режиме наведения ОВ с малыми угловыми скоростями, когда погрешность ССиН в основном определяется качкой ЛА. При скоростях наведения совмещенных ССиН, соизмеримых со скоростями качки ЛА, погрешности системы зависят как от качки ЛА, так и от наведения ОВ, а также от их совместного действия, поэтому в моделях совмещенных ССиН необходимо использовать принцип «наведение-стабилизация».

Декомпозиция математических моделей совмещенных систем стабилизации и наведения. Рассмотрим декомпозицию математической модели динамической системы, использующей принцип «наведениестабилизация», для двухосной совмещенной ССиН оптической линии визирования (ОЛВ), принципиальная схема которой приведена на рис. 1.

На рис. 1 проведены следующие обозначения: НП – направление полета; ЗЛВ – заданная линия визирования, связанная с наблюдаемым объектом; (а,b/x,y) и (3/2) – преобразователи напряжения из двухфазной вращающейся системы координат асинхронного ЭД в неподвижную трехфазную; Х0Y0Z0, Х1Y1Z1, Х2Y2Z2 – системы координат, связанные с основанием, наружной рамкой и платформой соответственно; У 2, Z 2, Y, Z - проекции абсолютной угловой скорости и пеленга ОЛВ;

ЛУ,ЛZ, A,B - проекции абсолютной угловой скорости и пеленга ЗЛВ;

, - проекции углового отклонения ОЛВ.

Математическая модель совмещенной ССиН, принципиальная схема которой приведена на рис. 1, имеет следующий вид [2, 3]:

J ( ) && + Bx H ( ) y + М ЭД ( ) = M В ( );

& & x J Г && + ВГ у + Н Г + К Г у = 0;

у & Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 10

–  –  –

Здесь М 0 () – вектор моментов, создаваемых качкой ЛА; М Л () – вектор моментов, вызванных наведением ОЛВ; М 0 Л () - вектор моментов от совместного действия качки и наведения.

В теории систем управления совмещенную ССиН можно рассматривать как многомерную (двухканальную) многоуровневую (трехуровневую) систему (ММС), регулируемым объектом которой является платформа, расположенная в двухосном кардановом подвесе, представляющем собой нелинейный структурно сложный объект (ССО), имеющий динамические связи в виде тригонометрических функций от обобщенных координат Y, Z (рис. 2).

На первом уровне контуры наведения формируют требуемые напряжения управления u угловым движением ОЛВ. Они работают по отклонениям,, вызванным возмущающими моментами М Л (), М 0 Л (). На втором уровне работают контуры стабилизации, которые являются внутренними по отношению к контурам наведения. Они облегчают наведение, обеспечивая компенсацию возмущающих моментов М 0 (). Третий уровень управления Научно-технические разработки и их внедрение образуют ЭД, охваченные обратными связями q по моменту и другим его параметрам с целью обеспечения требуемого быстродействия при отработке управляющих сигналов стабилизации и наведения v и u.

Рис. 1. Схема двухосной совмещенной ССиН:

1 – наружная рамка; 2 – платформа; 3 – ЭД переменного тока;

4 – азимутальный гироскоп; 5 – оптический прибор; 6 – гироскоп угла места; 7 – ЭД постоянного тока; 8, 10 – регулятор; 9, 11 – датчик угла

–  –  –

Рис. 3. Графики погрешностей азимутального канала наведения ССиН:

1 – с последовательной коррекцией; 2 – подчиненным управлением;

3 – косвенного измерения задающего воздействия Из графиков видно, что в установившемся режиме максимальная погрешность наведения ОЛВ составляет 4 угл. мин. При подчиненном управлении эта погрешность не превышает 0,5 угл. мин., а при косвенном измерении задающего воздействия достогает 1 угл мин. в диапазоне углов пеленга В = ±60°.

Для проверки результатов теоретических исследований на кафедре «Приборы управления» ТулГУ разработаны и изготовлены макетные и опытные образцы двухосных ССиН, построенные на стандартных гироскопах разных типов:

а) УСОВ-1 - на двухстепенных четырехгироскопных силовых ГУб) УСОВ-2 - на трехстепенном управляемом гироскопе МГТУ-02А;

в) УСОВ-3 - на двухстепенных дифференцирующих гироскопах ДУС ВЧ-18А.

Научно-технические разработки и их внедрение На рис. 4 изображены макеты ССиН, состоящие из гироскопов, зеркала и блока электроники, получившие Диплом второй степени ВДНХ СССР, а в таблице – приведены их технические характеристики.

–  –  –

Изделия вошли в состав лазерных дистанционных сканирующих волнографов ДСВ-1 и ДСВ-2, смонтированных и переданных в эксплуатацию на научно-исследовательских судах «Академик Сергей Вавилов» и «Академик Иоффе», оснащаемых Институтом океанологии им. П.П.

Ширшова АН СССР. Натурные испытания и приемка опытных образцов УСОВ-1 и УСОВ-2 были проведены в акватории Мирового океана в первых рейсах этих судов.

Список литературы

1. Оптимизация иерархической системы «наведение-стабилизация»

летательного аппарата с адаптацией системы стабилизации / А.В. Ванин, Е.М. Воронов, В.А. Серов, А.А. Карпунин, К.К. Любавский // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2015. №4. С. 14-33.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 10

2. Родионов В.И. Особенности математического описания и метод синтеза управляемых гиростабилизаторов // Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации: Юбилейная научно-техническая конференция. М:. Компьют. системы и сети МГТУ. 1998. С. 90-98.

3. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации и управления. Тула: ТулГУ, 2000. 192 с.

4. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации линии визирования оптических приборов // Изв. вузов. Приборостроение. 2001.

Т. 44. № 9. С. 36 - 41.

5. Родионов В.И. Анализ и синтез управляемого гиростабилизатора при переменных углах пеленга летательного аппарата // Авиакосмическое приборостроение. Вып 3. 2005. С. 2–6.

Родионов Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., tgupu@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

–  –  –

The article introduces a new principle of "guidance-stabilization" and a block scheme of a dual-channel three-level gyro control system of the optical axis of sight. A new method of investigating the dynamics of the system of guidance and stabilization using a reference-input signal as a reference trajectory is worked out.

Key words: guidance, stabilization, gyroscope.

Rodionov Vladimir Ivanovich, doctor of technical science, professor,

Похожие работы:

«ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2014 №4(13), С. 86–89 ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЭС УДК 621.86 МЕТОДИКА ПРИЁМОЧНОГО КОНТРОЛЯ СЕКЦИЙ ПОДКРАНОВОГО ПУТИ КРАНА КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ © 2014 г. В.А. Наугольнов, И.Ю. Пимшин Волгодонский инженерно-технический институт – филиал Национального исследовательск...»

«ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ПЛОСКИХ ДОМКРАТОВ ПРИ ИСПЫТАНИИ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ Зубков С. В., инженер Улыбин А. В., к.т.н., доцент (ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого) АННОТАЦИЯ В статье представлены некоторые результаты испытания кирпичной кладки на с...»

«ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Внесен в Государственный реестр средств измерений Генераторы сигналов произвольной Регистрационный номер, формы AWG7102, AWG7051, 3S6ОА -О? AWG7052, AWG7101, AWG5002, AWG5004, AWG5012, AWG5014 Взамен №...»

«Календарь знаменательных и юбилейных дат города Кирово-Чепецка на 2017 год Знаменательные даты города Кирово-Чепецка 165 лет (1852) назад в селе Усть–Чепецком была построена каменная церковь в честь Рождества Богородицы. В 1942 году церковь разобрали, используя кирпич и камень для строите...»

«ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА ДИВИЗИОНА ЖИМ ЛЕЖА В СОФТ ЭКИПИРОВКЕ "СОЮЗ ПАУЭРЛИФТЕРОВ РОССИИ" РЕДАКЦИЯ 2017 СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВОЗРАСТНЫЕ КАТЕГОРИИ ВЕСОВЫЕ КАТЕГОРИИ ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО СПЕЦИФИКАЦИИ КОСТЮМ И ПРЕДМЕТЫ ЛИЧНОЙ ЭКИПИРОВКИ. 7 ВЗВЕШИВАНИЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ УПРАЖНЕНИЯ СУДЕЙСТВО ПОРЯДО...»

«УДК 339.944; DOI 10.1872/MMF-2016-113 С.Е. Буханченко1, А.Е. Пугачёва2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АДДИТИВНО ПОЛУЧЕННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗДЕЛИЙ Сергей Евгеньевич Буханченко, к.т.н., заведующий...»

«1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Внешнеэкономическая деятельность (ВЭД) – это международно-экономические и торгово-политические отношения, в сферу которых входят: обмен товарами, специализация и кооперация производства, н...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.