Диссертация (Разработка двухканальной системы измерения положения лопастей вертолета), страница 3

В результате повышена точность определения положенияторца лопасти по вертикали. Предложен метод идентификации лопастей, которыйпозволил проводить измерения каждой из них раздельно.Четвертая глава посвящена описанию программно-аппаратного комплекса(ПАК) двухканальной системы измерений и экспериментам. Представлена схемаПАК, описан аппаратный состав тензометрического и оптического каналов.Описано программное обеспечение каждого из каналов.В пятой главе произведена оценка точности оптического канала измерений,оценка подобия траектории движения лопастей. По методике комплексированияполучены комплексные измерения.

Полученные результаты экспериментальныхисследованийподтвердилифизическуюреализуемостьизмеренийисоответствие поставленным требованиям к комплексной системы измерений.их111. МЕТОДИКА КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАСТИНЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА1.1. Эффективность управления положением лопастями несущего винтавертолетаОсновные проблемы, осложняющие применение различных бесконтактныхметодов измерений положения лопасти при работающем винте, – это высокая скоростьпротекания исследуемых процессов и требования к точности измерений.

Для оценкиначальных требований к характеристикам проектируемой системы определимтребуемую частоту измерений (производительность измерений). Этот параметр можетбыть определен, исходя из следующих соображений. Пусть нас интересуют измеренияположения лопасти (на различных режимах работы) на всем круговом диапазоне ееположения. При этом за полный оборот лопасти необходимо сделать n измерений.В этом случае интервал времени между измерениями определяется какT  L / (V  n) ,(1.1)где L – длина окружности,V – скорость движения конца лопасти.Требуемая частота измерений определяется по следующей формулеf  1/ T.(1.2)Например, при длине лопасти 2000 мм, линейной скорости движения концалопасти V ≤ 125,6 м/с (частота вращения винта – до 10 об/с), n = 20, в соответствиис (1.1), получимTтр  2    2000 / 125600  20   0,005 с или 5 мс,f тр  200 1 / c.(1.3)12Следующий вариант оценки производительности измерений основан научете параметров колебаний лопасти во времени.

Если известен спектрперемещения лопасти, то частота измерений f определяется по теоремеКотельникова-Шеннона [20], какf 1,2  Fmax(1.4)где Fmax – максимальная частота спектра,и интервал времени между измерениямиT  1/ f .(1.5)На этапе обликового проектирования системы измерений параметр Fmaxнеизвестен, поэтому его выбирают на основе экспертной оценки. Предварительныйанализ исследуемых процессов показывает, что при указанных выше параметрахлопасти можно принять, чтоFmax  100 Гц,(1.6)откуда в соответствии с (1.4) можно определить рабочую частоту измерений:f тр  200 1 / с и Tтр  0,005c  5 мс.(1.7)Следующая важная характеристика системы измерения – точностьизмерений.

По предъявляемым требованиям к разрабатываемой системе ошибкиизмерений положения торца лопасти в вертикальной плоскости должныобеспечивать выполнение условия ( yi ) 10 мм,(1.8)где y – значение измеренного положения лопасти вертолета в вертикальнойплоскости,i – индекс конкретного набора условий измерений, включающий: типлопасти, режим работы, – среднеквадратическое отклонение положений лопасти в процессефункционирования в i -х условиях.13Таким образом, условия (1.3) или (1.7) определяют требование кпроизводительности системы измерений fтр  200 1/ с , а (1.8) – требование кточности измерений  тр  10 мм .Следующеетребованиеопределяетсянеобходимостьюорганизоватьреализацию измерений в диапазоне 0÷360 углов поворота винта.Измерения положения лопасти (в вертикальной плоскости) должны бытьреализованы в системе координат вертолета.1.2.

Выбор каналов измеренияВ разделе рассматриваются особенности различных методов измерениярасстояний до объектов. Измерения по способу получения измерительнойинформации классифицируются на контактные и бесконтактные [21].Контактныеизмерения.Тензометрическиеизмерения.Основатензометрических измерений – тензометрические датчики, обеспечивающие измерениядеформаций исследуемых объектов, которые могут быть пересчитаны в искомыеперемещения [22].

Для достижения высокой точности измерений, уменьшениягистерезиса, температурной стабильности показаний тензорезисторы включают пополумостовой или мостовой схемам [23, 24].Для преобразования и необходимого усиления получаемых от тензодатчиковсигналов используются так называемые тензостанции.Бесконтактныеперемещенияизмерения.разделяютсяпоБесконтактныепринципуизмеренийдатчикиналинейногоультразвуковые,индуктивные, оптические, радиолокационные, емкостные и другие [25]. Далеерассматриваются некоторые методы бесконтактных измерений.Ультразвуковые датчики. Ультразвуковые датчики могут использоватьсядля измерения расстояния до объектов и их перемещения [25].

Большинство14материалов, отражающих звук, могут использоваться в качестве объектовобнаружения. Для устойчивой работы рекомендуется чтобы поверхностьизмеряемогообъектабылапрактическиперпендикулярнанаправлениюультразвукового луча. К достоинствам таких датчиков относятся компактность,высокая точность измерений, простота эксплуатации, способность работать вразных условиях. К недостаткам относится сложность установки для измеренийположения торца лопасти.Индуктивные датчики линейных перемещений определяют расстояние дообъектов, состоящих из металла [26].

Из их достоинств стоит отметить простоту инадежность, из недостатков – малую чувствительность и небольшой диапазонизмерений [27], недостаточный для определения перемещения торца лопасти.Оптические датчики позволяют определять положение объектов, в томчисле и тех, что перемещаются с большой скоростью [28, 29, 30, 31].К достоинствам относятся простота использования, дальность определения (можетдостигать сотен метров), высокая точность, материал измеряемого объекта можетбыть любым, высокое быстродействие, к недостаткам – высокая стоимость.Датчики на основе радиолокационных методов. Определение дальностидообъектареализовываетсяспомощьюрадиодальномеровилирадиопеленгаторов [32]. Дальность до объекта вычисляется c помощью временизапаздывания отраженного сигнала [33].

Достоинство такого подхода – высокаяточность измерений, недостаток – сложность измерений.Емкостные датчики линейных перемещений могут использоваться дляопределения перемещения объектов, которые могут быть состоять из различныхматериалов, как металлических, так и неметаллических [25, 34]. К достоинствам такихдатчиков относятся малые габариты и вес, высокая чувствительность, простота инадежность, низкое потребление энергии.

К недостаткам – высокие требования кэкранированию объекта, работа на недостаточных расстояниях для измеренияперемещения торца лопасти.Высокоскоростные видеокамеры. К отдельной категории бесконтактныхдатчиков расстояния можно отнести видеокамеры [35, 36], в том числе и15высокоскоростные [37]. К примеру, для измерения положения лопастинеобходимо обнаружить и определить положение лопасти на видеокадре,полученного с видеокамеры. Особенность этого метода измерений состоит внеобходимости разработки и реализации алгоритмов обработки изображений.Сравнение методов измерения. В таблице 1.1 приведены основныепреимущества и недостатки каждого рассмотренного ранее метода измерений.Таблица 1.1. Преимущества и недостатки различных методов измерения.ДатчикиТензометрическиеПреимуществаИзмерениянавсемНедостаткидиапазоне Непрямыеизмерения,вращения лопасти, высокая точность, температурная погрешность.простота установки и использования.ИндуктивныеПростота и надежность.Срабатывание только на металл иабсолютная нечувствительность кдругимматериалам,малыйдиапазон измерений.УльтразвуковыеСложность установки датчиков для Зависятизмерения положения торца лопасти.отсостоянияокружающей среды, искаженияиз-за шумов.ОптическиеВысокая точность и быстродействие.Зависят от погодных условий,времени суток.Радиолокационные Высокая точность измерений.ЕмкостныеСложность, высокая стоимость.Малые габариты и вес, высокая Малый диапазон измерений.чувствительность.Высокоскоростные Простотавидеокамерыустановки,точность измеренийвысокая Зависят от погодных условий,времени суток, необходимостьреализацииалгоритмовобработки изображенийВ таблице 1.2 показано соответствие различных типов датчиковтребованиям к измерениям.Таблица 1.2.