Автореферат (Теоретическое и экспериментальное исследование системы термостатирования прецизионного измерителя вектора угловой скорости на поплавковых гироскопах), страница 4

Сравнение результатов эксперимента и моделирования(Рис. 11) показало, что ихотличие не превысило 1 %для значений температурного поля в установившемся режиме.На Рис. 12 представлены результаты экспериментальных исследованийзависимости нулевого сигнала ω0 измерительного канала от температуры основания прибора Тосн. Конечное изменение ω0 относительно исходного значениясоставило 0,009 °/ч, чтобольше требуемого значения на 0,005 °/ч, при этомстабильность поддержания1212Р 1, P 2, ВтТ осн, °СР 1=11 ВтТ осн=35°С10Р135Т осн842Р 2=6,4 ВтР 1=7,00 Вт 286214Р22Р 1=1,09 ВтР 2=0,22 Вт00400,20,414Р 2=1,25 Вт 7Т осн=0°С00,60,811,2Время, ч1,41,61,82Т осн, °С∆Т кр,∆Т чэ,°С0,2448...0,2Т осн=35°С40Т осн0,16∆Т кр=0,14 °С 320,12∆Т кр24∆Т чэ∆Т чэ=0,07 °С 160,08∆Т кр=0,02 °С0,048∆Т чэ=0,01 °С000,20,4Т осн=0°С0,60,811,2Время, ч1,41,61,802Рис.

10. Результаты моделирования всреде Simulink1,21,110,90,80,70,60,50,40,30,20,10Р 2, ВтТ осн, °С36333027242118Р 2, эксперимент1512Т осн, эксперимент96Т осн, моделирование3050 60 70 80 90 100 110 120 130Время, минР 2, моделирование01020 30Т , °С40Т, °Сосн60,73 чэ36Т чэ, моделирование60,723260,712860,72460,692060,681660,67 Т чэ, эксперимент1260,668Т осн, эксперимент60,654Т осн, моделирование60,6400 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Время, минРис.

11. Сравнение результатов моделирования и экспериментатемпературы корпуса ЧЭ составила 0,03 °С.Т осн, °С∆Т чэ=|Т чэ-Т чэ'|=0,06 °С80∆Р 2 =|Р 2-Р 2 '|=0,74 Вт → ∆J 2 =0,027 Аω0 , °/ч0,042ω00,04700,0380,036∆ω0=0,009 º/ч60Р 1 '=7,56 ВтР 2 '=0,95 ВтТ чэ'=60,66 °С50Р 1 =1,39 ВтР 2 =0,21 ВтТ чэ=60,72 °С0,0340,0320,03403020Т осн100,02800,02601020304050607080Время, мин90100110120130Рис. 12. Влияние температуры основания Tосн на величинунулевого сигнала ω0 измерительного каналаТчэ – температура корпуса ЧЭ, ∆J2 – изменение тока во 2-м контуре СТС,∆ω0 – изменение нулевого сигналаПо результатам дополнительных экспериментов выявлено влияние токаJ2, протекающего во 2-м контуре термостатирования, на величину нулевого сигнала ω0 (Рис.

13). Из данных на Рис. 13 можно выделить коэффициенты влияния величины и направления тока во 2-м контуре термостатирования и температуры ЧЭ на нулевой сигнал, которые составили КJ=(К-J+К+J)/2= -0,2677 °/ч/Аи КТ=0,0178 °/ч/°C соответственно.Т чэ , °С∆ωo , °/ч0,080,0660,75К -J =-0,2849 °/ч /АК +J =-0,2505 °/ч/А0,04Т чэ0,02∆ωo0-0,25-0,0260,7060,6560,60J 2, А-0,2-0,15-0,1-0,0500,050,10,15-0,040,260,550,2560,5060,45-0,0660,40К J =-0,2677 °/ч/А-0,0860,35Рис.

13. Зависимость изменения нулевого сигнала ω0и температуры ЧЭ от тока J2 во 2-м контуре СТСПредположительно, влияние тока на величину нулевого сигнала обусловлено конструктивными особенностями и погрешностями изготовления бифилярных нагревательных элементов, приклеенных к торцевым поверхностямкорпуса ЧЭ, которые определяют величину нескомпенсированного магнитногополя от тока и, соответственно, величину возмущающих моментов, создаваемых магнитным полем вокруг выходной оси гироскопа через взаимодействие сферомагнитными включениями поплавка ЧЭ. Как показывают эксперименты13коэффициент влияния КJ индивидуален для каждого образца ЧЭ, как по величине, так и по знаку.

Для восьми экспериментальных образцов гироскопов коэффициент влияния варьируется от КJ = -0,2677 °/ч/А до КJ =0,1638 °/ч/А.Для уменьшения влияния на ω0 тока во 2-м контуре термостатированияпредлагается ввести адаптируемую температуру настройки 1-го контура Тн1(Рис. 14), благодаря которой возможно поддержание минимальной мощностиво 2-м контуре в диапазоне от 0,2 до 0,4 Вт при всех допустимых температурных воздействиях на ГИВУС. При этом выходные статические характеристикиконтуров СТС сохраняются и соответствуют Рис. 8.∆Тн1, °СР2≥0,4 Вт+∆Тн10→ (+∆Тн1)0,2 Вт≤Р2≤0,4 Вт → ∆Тн1=00,20,4 Р2, ВтР2≤0,2 Вт→ (–∆Тн1)–∆Тн1Рис.

14. Алгоритм работы 1-го контура СТС с адаптируемойтемпературой настройкиПри достижении мощности Р2, выделяемой в нагревательных элементахЧЭ второго контура, значения больше 0,4 Вт, в мостовую измерительную схему1-го контура термостатирования должна подаваться команда на электронныйключ, обеспечивающий коммутацию дополнительных резисторов в мостовойсхеме соответствующих увеличению его температуры настройки на один шагвеличиной ∆Тн1, а при достижении мощности Р2 значения меньше 0,2 Вт, температура настройки соответственно должна понижаться на один шаг величиной∆Тн1. При этом с целью завершения переходных процессов в 1-м и 2-м контурахСТС после срабатывания команды на переключение температуры настройки1-го контура термостатирования, должна осуществляться задержка длительностью 8 мин (постоянная времени СТС) перед выдачей следующей команды переключения.По результатам экспериментальных исследований (Рис.

15) для конкретного измерительного канала ГИВУС предлагается установить 9 значений температуры настройки Тн1 1-го контура СТС, среднее значение которой подбирается при температуре основания прибора Тосн= +17 °С и величину приращения∆Тн1 температуры настройки, равную 0,12 °С.Стабильность ω0 при использовании СТС с адаптируемой настройкой1-го контура и изменении температуры Тосн в диапазоне от 0 до +35 °С достигает 0,0018 °/ч, что в совокупности со случайной составляющей отклонения ω0 за24 часа, равной 0,00035 °/ч (оценка по 1σ, Рис.

16) даёт суммарную стабильность ω0, равную 0,002 °/ч, что соответствует предъявляемым к прибору требованиям. Также установлено, что влияние напряжения первичного электропитания ГИВУС в диапазоне от 25 до 29 В на стабильность ω0 отсутствует.14ω0 , °/чР 1=0,97 ВтР 2=0,33 ВтР сум=1,3 ВтТ чэ=60,70 °CТ н1=59,53 °CР 1=4,14 ВтР 2=0,25 ВтР сум=4,39 ВтТ чэ=60,70 °CТ н1=59,92 °Cω0=0,03613 °/ чω0Р 1=8,36 ВтР 2=0,18 ВтР сум=8,54 ВтТ чэ=60,69 °CТ н1=60,51 °CТ осн,° С0,0490,0470,0450,0430,0410,0390,0370,0350,0330,0310,0290,0270,025∆ω0=0,00036 °/ чТ осн=35 ° С45Т осн=20 ° СТ осн0t10,511,52t '1t22,533,544,5∆ω0 =0,00037°/ ч (от 20°С)30∆ω0 =0,00073°/ ч (от 35°С)15t '2Т осн=0 ° С055,566,57Время ,чРис.

15. Изменение нулевого сигнала измерительного каналас адаптируемой температурой настройки 1-го контура СТСPсум – суммарная мощность в контурах СТС, t1, t1 – времяначала изменения Тосн, t'1, t'2 – время перенастройки Тн10,1305ω0 , °/ чσ=0,00035 º/ч0,130,12950,1290,12850,1280,12750123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Время ,чРис.

16. Случайная составляющая отклонения ω0 за 24 часа.Также в четвертой главе предложены технические решения по модернизации 1-го контура СТС в части обеспечения адаптируемой температуры егонастройки. Представлены результаты моделирования итогового варианта СТСсо статическими характеристиками контуров, представленными на Рис.8, и модернизированным 1-м контуром СТС.В общих выводах и заключении изложены основные результаты диссертационной работы.Приложение включает в себя материалы, описывающие аналитическуютепловую модель ЧЭ с СТС в среде Simulink.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.

Разработан метод построения аналитической тепловой модели, заключающийся в комбинированном использовании системы ANSYS и средыSimulink (Matlab).2. Построена аналитическая тепловая Simulink-модель ЧЭ с СТС, позволяющая проводить расчёт работы СТС в динамическом и установившемся режимах, для оценки точности поддержания температуры ЧЭ и необходимой дляэтого мощности потребления исполнительными элементами СТС при различных температурных условиях эксплуатации ГИВУС.153. По результатам моделирования в системе ANSYS и среде Simulink(Matlab) разработана индивидуальная двухконтурная система термостатирования, в которой каждый ЧЭ измерительного канала ГИВУС заключён в собственный термостатируемый модуль, где 1-й контур поддерживает температурувне корпуса ЧЭ, а 2-й стабилизирует температуру этого корпуса.4.

Аналитическая тепловая Simulink-модель ЧЭ с разработанной СТС верифицирована сравнением результатов моделирования с экспериментальнымиданными, отличие которых не превысило 1 % для значений температурного поля в установившемся режиме.5. Проведенный анализ взаимосвязи параметров СТС со стабильностьюнулевого сигнала измерительного канала ГИВУС показал, что основной вклад визменение нулевого сигнала вносят магнитные поля, обусловленные током внагревательных элементах 2-го контура термостатирования, расположенных наторцевых поверхностях корпуса ЧЭ.6. Разработан и промоделирован алгоритм работы 1-го контура СТС садаптируемой температурой настройки, при котором стабилизируется температура элементов конструкции, окружающей корпус ЧЭ, так чтобы мощность,выделяемая во 2-м контуре находилась в пределах от 0,2 до 0,4 Вт.

Подобныйалгоритм работы 1-го контура термостатирования позволяет минимизироватьизменение мощности и соответственно рабочего тока во 2-м контуре, термостабилизирующем корпус ЧЭ, тем самым обеспечивая постоянство, как температуры ЧЭ, так и тепловыделения в нём и, как следствие, требуемую стабильность его нулевого сигнала.7. Результатами экспериментальных исследований подтверждена возможность обеспечения стабильности нулевого сигнала измерительного каналаГИВУС на уровне 0,002 °/ч в течение 24 ч при использовании разработаннойСТС, потребляемая мощность которой составила 8,54 Вт для каждого измерительного канала, что обеспечило суммарную потребляемую мощность СТСГИВУС не превышающую 35 Вт.Основные результаты диссертации опубликованы в работах:1.

Бордачев Д.А., Шустов И.Е., Казаков Б.А. Гироскопический измеритель вектора угловой скорости с двухотсчётной измерительной системой // Гироскопия и навигация. 2013. № 2. С. 112-118 (0,61 п.л. / 0,2 п.л.).2. Бордачев Д.А., Подчезерцев В.П., Фатеев В.В. Моделирование системытермостатирования гироскопического измерителя вектора угловой скорости //Авиакосмическое приборостроение.

2015. №3. С. 3-9 (0,7 п.л. / 0,35 п.л.).3. Некоторые результаты наземной отработки перспективного прецизионного гироскопического измерителя вектора угловой скорости космическогоаппарата / Д.А. Бордачев [и др.] // Гироскопия и навигация. 2015. №4. С. 106116 (0,96 п.л. / 0,19 п.л.).4. Бордачев Д.А., И.Е. Шустов., В.П.

Подчезерцев. Экспериментальныеисследования системы термостатирования прецизионного гироскопическогоизмерителя вектора угловой скорости // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2017. № 1. С. 24-34 (1 п.л. / 0,5 п.л.).16.