Назначение и принцип действия ИГ
Постановка задачи
Цель данной работы - математическое моделирование (с применением ЭВМ) свойств интегрирующего гироскопа (ИГ), а также краткое теоретическое описание его устройства, назначения, принципа действия и особенностей конструкции с приведением уравнений движения. Под моделированием здесь понимается построение графиков переходных процессов и логарифмических частотных характеристик. Кроме того, была поставлена задача моделирования не просто отдельного прибора, а системы из трех связанных ИГ, перекрестные связи между которыми были учтены при формировании входных сигналов соответствующих гироскопов.
Назначение и принцип действия ИГ Интегрирующий гироскоп предназначен для измерения малых углов поворота основания и применяется в качестве чувствительного элемента индикаторно-силового гиростабилизатора, а также в системах стабилизации и управления летательными аппаратами. Интегрирующий гироскоп представляет собой двухстепенный гироскоп с демпфирующим устройством, которое создает момент сил вязкого трения вокруг оси гироузла. Демпфирующие устройства бывают пневматическими, жидкостными и электрическими. Последние реализуются в виде системы с обратной связью, состоящей из датчика угла, усилителя, дифференцирующего звена, датчика момента (рис.1). Рис.1. Принципиальная кинематическая схема интегрирующего гироскопа. 1 - гиромотор; 2 - рама; 3 - пневматический демпфер; 4 - потенциометрический датчик угла; 5 - датчик момента; 6 - токоподводящее устройство; 7 - арретирующий электромагнит.
Наибольшее распространение получили ИГ с гидростатической разгрузкой опор гироузла, который выполняется в виде поплавковой камеры с гиромотором. Демпфирующий момент возникает в основном за счет момента сил вязкого трения при движении поплавка в жидкости; зазор между корпусом и поплавком выполняют малым: δ=0.1…0.2 мм. Такие ИГ называют поплавковыми (ПИГ). Принцип действия ИГ основан на использовании свойств двухстепенного гироскопа, у которого при вращении основания прибора с угловой скоростью Ωосн возникает гироскопический момент
,
под действием которого гироузел поворачивается относительно корпуса с угловой скоростью . Демпфирующее устройство создает вокруг оси гироузла момент , где D - удельный демпфирующий момент. В установившемся режиме измерений гироскопический момент уравновешивается демпфирующим моментом . При малых β справедливо равенство:
где Uвых - снимаемое с датчика угла напряжение; Кду - крутизна характеристики датчика угла; i=H/D - передаточное число ИГ; ∆Ψ - угол поворота основания; h=Кду Н/D - крутизна выходной характеристики, или чувствительность ИГ. При анализе погрешностей ИГ необходимо учитывать нестабильность ∆h чувствительности, величина которой зависит от нестабильности кинетического момента ∆Н, удельного демпфирующего момента ∆D, крутизны характеристики датчика угла ∆Кду и определяется выражением:
Для достижения стабильности чувствительности в ИГ используют синхронные гистерезисные гиромоторы с системой управления по частоте вращения ротора, обеспечивающей стабильность частоты его собственного вращения на уровне сотых долей процента, прецизионные датчики угла с разрешающей способностью, равной долям угловой секунды, а также применяют специальные меры по повышению стабильности величины удельного демпфирующего момента.
Уравнения движения ИГ
При анализе дифференциальных уравнений движения двухстепенного гироскопа выберем систему координат Оξηζ, связанную с его основанием; Оxyz - систему осей Резаля, связанную с гироузлом и являющуюся системой главных центральных осей инерции ротора и рамки (поплавка). В начальном положении считаем ; оси Oy (или Oy1 для платформы гиростабилизатора) и Оζ совпадают. Оси Oy и Ox - соответственно измерительная (входная) и ось (выходная) ИГ. Воспользуемся уравнениями движения двухстепенного гироскопа и запишем их для ИГ с абсолютной угловой скоростью Ωосн {Ωξ, Ωη, Ωζ}:
где А, С - экваториальный и осевой моменты инерции ротора; А1, В1, С1 - моменты инерции поплавка относительно осей Ox, Oy, Oz соответственно.
; ; ; ; - собственный кинетический момент гироскопа;
,
где - возмущающие (вредные) моменты, действующие вокруг оси Ох (моменты трения, сил тяжести и инерционных сил при разбалансировке гироузла, тяжения токопроводов и датчика угла и др.); - управляющий момент, развиваемый датчиком момента с целью компенсации погрешностей гироскопа или управления платформой ГС. Полагая в (3) , получим следующее дифференциальное уравнение движения ИГ:
где А0=А+А1 - момент инерции гироузла относительно оси Ох. Левая часть (4) характеризует собственное движение гироскопа. В правой части содержатся члены, определяемые моментами: возмущающими , гироскопическим от перекрестной угловой скорости Ωη, инерционными от , , , которые вносят погрешности в измерение угла ∆Ψ поворота основания вокруг оси Оζ. Рассмотрим движение гироскопа при малых β и отсутствии возмущающих и управляющих моментов:
Передаточная измерительная функция ИГ в соответствии с (5) имеет вид:
, (6) где T=A0 /D - постоянная времени ИГ как апериодического звена. При
представляет собой передаточную функцию интегрирующего звена. Амплитудные и фазовые частотные характеристики ИГ определяются в соответствии с выражением (6) для :
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (207)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |