О. А. Сущенко, канд техн наук icon

О. А. Сущенко, канд техн наук




Скачати 101.02 Kb.
НазваО. А. Сущенко, канд техн наук
Дата16.08.2012
Розмір101.02 Kb.
ТипДокументи



I SSN 1813–1166. Вісник НАУ. 2004. №4

УДК 531.383

О.А. Сущенко, канд. техн. наук


ОСОБЛИВОСТІ УПРАВЛІННЯ СИСТЕМОЮ ВИЗНАЧЕННЯ КУРСУ

В РЕЖИМІ ТОЧНОГО ПРИВЕДЕННЯ ДО ГОРИЗОНТУ

Інститут електроніки та систем управління НАУ, e-mail: fsu@nau.edu.uа

Проаналізовано кінематичні схеми побудування систем визначення курсу. Розглянуто особливості управління системою визначення курсу в режимі точного приведення до горизонту. Запропоновано вирази для формування управляючих та коректувальних моментів.

Вступ


Стрімкий розвиток сучасних транспортних засобів потребує суттєвого вдосконалення засобів навігації й орієнтації рухомих об’єктів. Серед останніх широкого розповсюдження набули гіроскопічні системи орієнтації, перевагами яких є стійкість до зовнішніх впливів і автономність. За принципом побудування гіроскопічні системи визначення просторової орієнтації можна поділити на платформні та безплатформні. У першому випадку чутливі елементи розміщують на платформі, встановленій у кардановому підвісі. У другому випадку чутливі елементи встановлюють безпосередньо на борту рухомого об’єкта, а визначення параметрів орієнтації здійснюється в бортовому обчислювачі. Кожен із цих принципів має свої переваги.

Розробка платформних засобів визначення просторової орієнтації є доцільною у разі необхідності досягнення високої точності. Як гіроскопічні чутливі елементи в сучасних системах визначення просторової орієнтації використовують поплавкові, лазерні та гіроскопи з динамічним настроюванням. До переваг останніх належать висока стабільність характеристик, низькі масогабаритні характеристики, споживана потужність, висока точність, малий час готовності, низька чутливість до змінювання температури навколишнього середовища та водночас відносно низька вартість.

На сьогодні гіроскопічним системам визначення курсу приділяється значна увага. Це зумовлюється необхідністю одержання безперервної та точної інформації про курс під час розв’язання задач точної та надійної навігації. Найбільше поширення мають системи визначення курсу, що можуть використовуватись як гірокомпаси та як гіроазимути.

Останнім досягненням у визначенні просторової орієнтації рухомих об’єктів є створення систем, що об’єднують гірокомпас і гіровертикаль та забезпечують отримання інформації про лінійну швидкість об’єкта.

За своїми функціональними можливостями такі системи наближаються до інерціальних навігаційних систем, але відрізняються від них значно нижчою вартістю.

^ Аналіз останніх досліджень і публікацій

Існують різні кінематичні схеми побудування систем визначення курсу, у т. ч. схема з гіроскопом з динамічним настроюванням, розташованим на платформі, що знаходиться в тривісному кардановому підвісі. Стабілізація платформи за двома осями здійснюється за сигналами відповідних датчиків кутів гіроскопа, а за третьою віссю – за допомогою маятникових вантажів [1]. При використанні цієї схеми кут нахилу платформи щодо площини горизонту вимірюється акселерометром. На підставі цього сигналу формуються моменти корекції гіроскопа.

Відома також схема побудування систем визначення курсу з використанням двовісної горизонтальної платформи в кардановому підвісі, на якій розташовуються два гіроскопи з динамічним настроюванням і два акселерометри [2]. Плат-форма стабілізується в горизонтальній площині за сигналами гіроскопа, який виконує функції гіровертикалі. У свою чергу, гіровертикаль приводиться до площини горизонту за сигналами акселерометрів із використанням інтегральної корекції. Для реалізації курсового приладу на платформі встановлюється додаткова одновісна платформа, на якій розміщується курсовий гіроскоп. Курсовий прилад може використовуватись як гіроазимут або гірокомпас.

У теперішній час складнощі практичної реалізації засобів визначення курсу потребують розгляду нових кінематичних схем, які, з одного боку, більш відповідають технології створення складних гіроскопічних приладів, а з другого – дозволяють задовольнити сучасні вимоги щодо точності визначення курсу. До складу розглядуваної платформної системи визначення курсу в тривісному кардановому підвісі належать два гіроскопи з динамічним настроюванням, що виконують функції гіровертикалі та курсового гіроскопа, і три акселерометри. Характерною відмінністю такої системи є те, що вісь зовнішнього кільця карданового підвісу орієнтується не за вертикаллю, а за подовжньою віссю рухомого об’єкта. Стабілізація платформи здійснюється за сигналами гіроскопа з динамічним настроюванням (гіровертикалі), який коректується за допомогою акселерометрів із використанням інтегральної корекції.

Отже, особливістю цієї схеми є те, що осі чутливості акселерометрів і гіроскопів із динамічним настроюванням, які розміщаються на платформі, розгорнуті щодо осей карданового підвісу платформи в площині горизонту на кут курсу. Відмінністю розглянутої схеми є використання акселерометра, вісь чутливості якого розташована за вертикаллю. Наявність цього акселерометра дозволяє компенсувати похибку від вертикальної складової прискорення об’єкта під час виконання інтегральної корекції, що дозволяє підвищити точність приведення до горизонту. Наведені відмінності в побудуванні кінематичної схеми визначення курсу призводять до деяких особливостей в організації управління такою системою.
^

Постановка завдання


Метою статті є дослідження особливостей управління в режимі точного приведення до горизонту системи визначення курсу, до складу якої належать два гіроскопи з динамічним настроюванням, що виконують функції гіровертикалі та курсового гіроскопу, і три акселерометри, що розташовуються на платформі в тривісному кардановому підвісі.
^

Особливості управління та коректування


Будемо вважати, що осі гіростабілізованої платформи збігаються із осями чутливості розташованих на ній чутливих елементів, а саме – гіроскопів із динамічним настроюванням і акселерометрів. Осі тривісного карданового підвісу платформи збігаються із траєкторною системою координат. При цьому подовжня вісь об’єкта спрямована за віссю OY. У цьому випадку взаємне розташування системи координат, зв’язаної з платформою, та траєкторної і географічної систем координат ілюструється рис. 1.



Рис. 1. Взаємне розташування систем координат

Для траєкторної системи координат OXYZ вісь OY спрямована за подовжньою віссю рухомого об’єкта, вісь OZ – за вертикальною віссю. Для географічної системи координат OXгYгZг вісь OYг спрямована на північ, вісь OXг – на схід відпо-відно.

Система координат OXпYпZп зв’язана з платформою і розгорнута щодо траєкторної системи координат на кут 0. З погляду особливостей алгоритмів управління слід враховувати, що під час приведення до меридіана система координат, зв’язана з платформою, є розгорнутою щодо географічної системи координат на розрахунковий кут курсу .

Після завершення цього процесу згадана вище система координат збігається із географічною.

Відповідно спочатку кут курсу визначається як

, ,

а потім

, ,

де – вимірюване змінювання курсу.

За умови ідеальної роботи слідкуючих систем у режимі точного приведення до горизонту здійснюється побудова вертикалі з похибками [3], як це показано на рис. 2.



Рис. 2. Послідовність поворотів під час

побудування вертикалі

Cистема координат OXпYпZп зв’язана із платформою, система координат OXзYзZз – з зовнішнім кільцем карданового підвісу гіроскопа, що виконує функції гіровертикалі, система координат OXвYвZв – з внутрішнім кільцем карданового підвісу цього самого гіроскопа.

Точне приведення до горизонту здійснюється за принципом побудування незбуреної інерці-альної вертикалі з інтегральною корекцією.

Моменти управління, що прикладаються до двигунів, установлених на осях підвісу платформи, мають вигляд

;

;

, ,

, ,

де – коефіцієнти передачі; – сигнали з кутів датчиків гіроскопа, що виконує функції гіровертикалі; – швидкість приведення до меридіана.

Моменти інтегральної корекції визначимо в узагальненому вигляді, який відповідає і режиму приведення до меридіана, і режиму визначення курсу. Звичайно в останньому випадку необхідно покласти .

Відповідно до рис. 2 показання акселерометрів , розташованих на платформі, з урахуванням наявності акселерометра, встановленого за вертикальною віссю, визначаються виразами [3]:

;;

,

де – проекції повного прискорення рухомого об’єкта на осі системи координат, зв’язаної з платформою; – прискорення вільного падіння.

Якщо подати повні прискорення у вигляді

;

,

моменти інтегральної корекції набувають вигляду:

;

,

де – проекції відносної швидкості рухомого об’єкта на осі системи координат, зв’язаної з платформою; – поправки, що враховують переносні та коріолісові прискорення, вертикальну складову швидкості об’єкта та несферичність Землі; – коефіцієнт інтегральної корекції.

Отже, для визначення моментів інтегральної корекції необхідно мати вирази для проекцій
повного прискорення рухомого об’єкта на осі, зв’язані із платформою. Відповідно до праці [4] можливі два способи визначення проекцій повного прискорення: через відносні та абсолютні лінійні швидкості рухомого об’єкта. Останній спосіб є кращим, оскільки він дозволяє повною мірою врахувати складові, зумовлені несферич-ністю Землі, якими не можна нехтувати за умови наявності високих точнісних вимог.

Таким чином, для визначення повного прискорення рухомого об’єкта скористаємося виразом [4]

,

де – повне прискорення; – абсолютна швидкість рухомого об’єкта; – кутова швидкість системи координат, зв’язаної із платформою.

Проекції кутової швидкості платформи на її власні осі з урахуванням обертання Землі та руху об’єкта по її поверхні визначимо через проекції кутової швидкості географічної системи координат:

;

; (1)

,

де – поточний розрахунковий курс:

.

Підставивши в співвідношення (1) відомі вирази для проекцій швидкості географічної системи координат [3], отримаємо:

;

; (2)

,

де – головний радіус кривизни поверхні земного еліпсоїда в площині меридіана; – швидкість Землі; – головний радіус кривизни по-верхні земного еліпсоїда в площині першого
вертикала.

Відповідно до рис. 1 північна та східна складові лінійної швидкості об’єкта мають вигляд:

;

, (3)

де – швидкості відносно Землі.

Підставивши у вираз (2) співвідношення для північної та східної складових лінійної швид-кості (3), отримаємо проекції абсолютної швидкості системи координат, зв’язаної з платформою:



;

(4)

;

.

Співвідношення (4) збігаються з виразами, наведеними в праці [2]. Тепер можна отримати співвідношення для повних прискорень у проекціях на осі системи координат, зв’язаної з платформою, які, якщо записати похідну від R1 відповідно до праці [3], набувають вигляду:









;











;









,

де e – ексцентриситет земного сфероїда.

Коректувальні моменти, що враховують обертання Землі, мають вигляд [3]:

; ,

де Н – кінетичний момент гіроскопа.

У режимі приведення до горизонту доцільно здійснювати компенсацію систематичної складової від дрейфу

; ,

та виконувати корекцію за зовнішніми засобами [5]:

; ,

де , – коефіцієнти передачі;
– складові дрейфу – лінійна швидкість об’єкта, визначена за зовнішніми засобами
корекції.

Висновки

Розглянуто основні принципи управління системою визначення курсу в режимі точного приведення до горизонту. Отримано вирази для визначення моментів інтегральної корекції для варіанта побудови системи, в якому осі чутливості датчиків не збігаються із осями підвісу стабілізованої платформи.

Список літератури

1. Нестеренко О.И., Аврутов В.В. Математическая модель малогабаритного корректируемого гирокомпаса с динамически настраиваемым гироскопом // Вестн. приборостроения. – К., 1995. – С. 24–33.

2. Збруцький О.В., Нестеренко О.І., Шевчук А.В. Математична модель однієї схеми курсокренопокажчика // Механіка гіроскопічних систем. – К.: – 2001–2002. – Вип. 17–18. – С. 154–167.

3. Ривкин С.С. Теория гироскопических устройств. Т. ІІ. – Л.: Судостроение, 1964. – 548 с.

4. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. – М.: Наука, 1979. – 296 с.

5. Сущенко О.А., Кохан Ю.М., Сайфетдінов Р.А. Особливості управління стабілізованими засобами визначення курсу // Матеріали міжнар. конф. “Авіа–2004”, 26–28 квіт. 2004. – К.: – С.45–48.

Стаття надійшла до редакції 22.09.04.

О.А. Сущенко

Особенности управления системой определения курса в режиме точного приведения к горизонту

Проанализированы кинематические схемы построения систем определения курса. Рассмотрены особенности управления системой определения курса в режиме точного приведения к горизонту. Предложены выражения для формирования управляющих и корректирующих моментов.

O.A. Sushchenko

Peculiarities of course fixing system control for mode of precise setting in horizon

Some kinematical schemes of course fixing systems are analysed. Peculiarities of course fixing system control for mode of precise setting in horizon are considered. Relationships for control and correction moments are suggested.






Схожі:

О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср конструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...
О. А. Сущенко, канд техн наук iconСтроительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование сниП 04. 05-91*
Ссср (д-р техн наук Е. Е. Карпис, М. В. Шувалова), вниипо мвд СССР (канд техн наук И. И. Ильминский), мниитэп (канд техн наук М....
О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср трапы чугунные эмалированные технические условия гост 1811-81
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. И. Горбунов, канд техн наук
О. А. Сущенко, канд техн наук iconПо делам строительства москва разработан министерством промышленности строительных материалов СССР исполнители
В. А. Лопатин, канд техн наук; Н. Н. Бородина, канд техн наук; Т. А. Мелькумова; В. И. Голикова; Л. Г. Грызлова, канд техн наук;...
О. А. Сущенко, канд техн наук iconВ. М. Азарсков, д-р техн наук Л. С. Житецький, канд техн наук О. А. Сущенко
Під-регулятор І адаптивний регулятор, де використовуються поточні оцінки невідомих параметрів об’єкта. Для зменшення помилки системи...
О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним сортамент гост 6942. 1-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд., техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним отступы конструкция и размеры гост 6942. 11-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд., техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним отводы конструкция и размеры гост 6942. 9-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд., техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Ревизии конструкция и размеры гост 6942. 24-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
О. А. Сущенко, канд техн наук iconТрубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Раструбы и хвостовики фасонных частей типы, конструкции и размеры гост 6942. 2-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
О. А. Сущенко, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Муфты конструкция и размеры гост 6942. 22-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи