Диссертация (Теоретическое и экспериментальное исследование системы термостатирования прецизионного измерителя вектора угловой скорости на поплавковых гироскопах), страница 17

4.29.К1=60 В/ОмК2=60 В/ОмU1, ВU2, В27 В27 ВU2=К2∆R2U1=К1∆R1а)б)∆R2, Ом∆R1, Ом-0,45 Ом (-0,22 °С) 0-0,45 Ом (-0,51 °С) 0Рис. 4.29. Выходная статическая характеристика 1-го (а) и 2-го (б) контура СТСU1 , U2 – средние значения выходных напряжений контуров,К1 , К2 – коэффициенты усиления контуров, ∆R1 – отклонение сопротивленияконтрольного термодатчика 1-го контура от требуемого значения,∆R2 – сумма отклонений сопротивлений двух контрольных термодатчиков2-го контура СТС от требуемого значения4.5 Выводы по главе 41. Изготовлена разработанная конструкция модуля гироблока с системойтермостатирования и испытана в составе измерительного канала ГИВУС, обеспечивающего функционирование поплавкового гироблока в режиме датчика угловой скорости.2.

Разработана методика проведения испытаний прибора, позволяющая из-мерять нулевой сигнал ω0 измерительного канала, независящий от ускорения, привнешних температурных воздействиях на прибор в диапазоне Тосн=(0...+35) °С.3. Разработаны рабочее место для проведения испытаний прибора и мето-дика измерения параметров системы термостатирования.4. Про результатам экспериментальных исследований при изменении тем-пературы основания прибора в диапазоне Тосн=(0...+35) °С изменение нулевогосигнала ω0 между его двумя установившимися значения при Тосн=0 °С иТосн= +35 °С составило 0,009 °/ч, что превысило требование, предъявляемое к120прибору, на 0,005 °/ч, при этом стабильность поддержания температуры корпусачувствительного элемента составила 0,03 °С.5.

Установлено влияние тока J2, протекающего во 2-м контуре термостати-рования, на величину нулевого сигнала ω0, которое вносит основной вклад (89%или 0,008 °/ч) в изменение ω0 при изменении температуры основания прибора вдиапазоне Тосн=(0...+35) °С.6. Предположительно, влияние тока J2 на величину нулевого сигнала ω0обусловлено конструктивными особенностями и погрешностями изготовлениябифилярных нагревательных элементов, приклеенных к торцевым поверхностямкорпуса чувствительного элемента. Коэффициент влияния тока J2 на нулевой сигнал ω0 индивидуален для каждого образца чувствительного элемента, 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.7.

При уменьшении влияния тока J2 на нулевой сигнал ω0 и термостабили-зации корпуса чувствительного элемента с точностью 0,03 °С возможно достижение требуемой стабильности нулевого сигнала ω0 0,002 °/ч при внешних температурных воздействиях на прибор.8. Уменьшение влияния тока J2 на нулевой сигнал ω0 предложено реализо-вать за счёт:– модернизации чувствительного элемента с целью обеспечения его маг-нитного экранирования от нагревательных элементов 2-го контура термостатирования, используя магнитные экраны из магнито-мягкого материала 79НМ;– перераспределения мощности между двумя контурами термостатирова-ния, для чего разработан специальный алгоритм работы 1-го контура термостатирования с адаптируемой температурой настройки, позволяющий удерживатьмощность, выделяемую в нагревательных элементах 2-го контура термостатирования в диапазоне от 0,2 до 0,4 Вт.9.

Проведены экспериментальные исследования измерительного каналаГИВУС с разработанной системой термостатирования, имеющей адаптируемую121температуру настройки 1-го контура, где температура настройки варьироваласьоператором в зависимости от величины мощности во 2-м контуре.Стабильность нулевого сигнала ω0 измерительного канала ГИВУС, полученная экспериментально-расчётным путем, составила 0,002 º/ч за время t=24 чпри изменении температуры теплоотводящего основания прибора в диапазонеТосн=(0...+35) °С и напряжения первичного электропитания прибора в диапазонеU=(25...29) В, что удовлетворяет предъявляемому к прибору требованию (не хуже0,002 º/ч).СтабильностьподдержаниятемпературычувствительногоэлементаГИВУС при изменении температуры теплоотводящего основания под прибором вдиапазоне Тосн=(0...+35) °С составила 0,01 °С.Максимальная мощность, потребляемая системой термостатирования каждого измерительного канала прибора в установившемся режиме, составила8,54 Вт, а для четырех измерительных каналов (для всего прибора) – 34,16 Вт, чтоудовлетворяет требованию к максимальному энергопотреблению системы термостатирования прибора (не более 35 Вт).10.

Максимальное время тепловой готовности измерительного канала при-бора при температуре теплоотводящего основания Тосн=(0...+35) °С составляет63 мин (получено при помощи аналитической тепловой модели).11. С целью реализации работы алгоритма 1-го контура термостатированияс адаптируемой температурой настройки в автоматическом режиме, предложенвариант модернизации мостовой измерительной схемы 1-го контура в блоке усилителей системы термостатирования прибора, эффективность которой подтверждена результатами моделирования в среде Simulink с использованием аналитической тепловой модели чувствительного элемента с модернизированной системой термостатирования.12. Погрешности определения тепловых параметров разработанной системытермостатирования при помощи построенной в среде Simulink аналитической тепловой модели не превышают 1 % для значений температурного поля и 10 % длядлительности переходных процессов и значений потребляемых мощностей кон-122турами термостатирования, что является удовлетворительным результатом и позволяет использовать модель для теоретических исследований, сократив материальные и временные издержки на натурное макетирование и экспериментальнуюотработку системы термостатирования.Применённый комплексный подход при построении аналитической тепловой модели с применением программной системы конечно-элементного анализаANSYS и графической среды имитационного моделирования Simulink (Matlab)можно использовать для расчёта систем термостатирования перспективных разрабатываемых конструкций ГИВУС.123Общие выводы и заключениеВ диссертационной работе получены следующие основные результаты:1.

Разработан метод построения аналитической тепловой модели, заклю-чающийся в комбинированном использовании программной системы конечноэлементного анализа ANSYS и графической среды имитационного моделирования Simulink (Matlab).2. Построена аналитическая тепловая Simulink-модель чувствительногоэлемента прибора с системой термостатирования в среде Simulink, позволяющая:– проводить расчёт работы системы в динамическом и установившемся ре-жимах для оценки точности поддержания температуры чувствительного элементаи необходимой для этого мощности потребления исполнительными элементамисистемы термостатирования при различных температурных условиях эксплуатации ГИВУС;– сократить материальные и временные издержки на натурное макетирова-ние и экспериментальную отработку системы термостатирования.3.

По результатам моделирования в системе ANSYS и среде Simulink (Matlab) разработана индивидуальная двухконтурная система термостатирования, вкоторой каждый чувствительный элемент измерительного канала ГИВУС заключён в собственный термостатируемый модуль, где первый контур поддерживаеттемпературу вне корпуса чувствительного элемента, а второй стабилизирует температуру этого корпуса.4.

Аналитическая тепловая Simulink-модель чувствительного элемента сразработанной системой термостатирования верифицирована сравнением результатов моделирования с экспериментальными данными, отличие которых не превысило 1 % для значений температурного поля в установившемся режиме.5. Проведенный анализ взаимосвязи параметров системы термостатирова-ния со стабильностью нулевого сигнала измерительного канала ГИВУС показал,что основной вклад в изменение нулевого сигнала вносят магнитные поля, обу-124словленные током в нагревательных элементах 2-го контура термостатирования,расположенных на торцевых поверхностях корпуса чувствительного элемента.6. Разработан и промоделирован алгоритм работы 1-го контура СТС с адап-тируемой температурой настройки, при котором стабилизируется температураэлементов конструкции вне корпуса чувствительного элемента, так чтобы мощность, выделяемая во 2-м контуре находилась в пределах от 0,2 до 0,4 Вт.