Диссертация (1026291), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Стабильность величины ωдр является мерой точности ДУС.32Возмущающий момент Мв имеет три составляющие [1]:М0 – не зависящую от ускорения, действующего на ПИГ;М1(a) – пропорциональную ускорению в первой степени;М2(a2) – пропорциональную ускорению во второй степени.Момент М1(a) вызван радиальной и осевой разбалансировкой гиромотора,радиальной разбалансировкой поплавка, а момент М2(a2) – неравножёсткостьюконструкции гироскопа.
Соответствующие моментам М1(a), М2(a2) нулевые сигналы ωа1, ωа2 имеют место только при наличии ускорения a. Так как в настоящейработе исследуется ГИВУС космического назначения, то при работе прибора вневесомости в составе КА значение a и соответственно значения ωа1, ωа2 будутблизки к нулю. В процессе изготовления прибора, определяется лишь нулевойсигнал ωа1 для его дальнейшего учёта при наземных испытаниях ГИВУС в составе КА. Допуск на стабильность значения ωа1, как правило, достаточно большой исоставляет порядка 0,2 º/ч.Момент М0 вызван прежде всего тяжением токоподводов гиромотора, атакже реактивными моментами в индукционных датчиках угла типа микросин,моментами магнитного взаимодействия между ферромагнитными массами расположенными на поплавке и внешним магнитным полем и окружным движениемжидкости внутри ДУС за счет её теплового расширения и сжатия.Нулевой сигнал ω0, вызванный моментом М0, присутствует как в наземныхусловиях эксплуатации ДУС, так и в космических, поэтому стабильность ω0 является мерой точности для ГИВУС космического назначения в котором используется ДУС.
Стабильность величины ω0 для ГИВУС, рассматриваемого в настоящейработе, необходимо обеспечить на уровне 0,002 °/ч. Поэтому в качестве чувствительного элемента ГИВУС выбран прецизионный поплавковый гироблокКИНД99-003М, являющийся модификацией серийно изготавливаемого гироблокаКИНД99-003, применённого в приборах типа КИНД34-020 [42].В Таблице 1 приведены точностные параметры гироблока подобного типа,полученные путем статистической обработки данных результатов его испытаний.33Таблица 1.Точностные параметры гироблока типа КИНД99-003Наименование параметра,обозначение, размерностьВеличинаСистематическая составляющаяскорости дрейфа ωдр , °/чω0по модулю <0,7ωа1-1по модулю <10ωа1-2по модулю <9Случайная составляющая скоростидрейфа ωдр в запуске, °/чδω00,00024δωа1-10,00087δωа1-20,0015В Таблице 1 представлены следующие параметры:ω0 – составляющая скорости дрейфа ωдр, не зависящая от ускорения;ωа1-1 – составляющая скорости дрейфа ωдр пропорциональная проекции ус-корения на ось чувствительности, обусловлена осевой разбалансировкой поплавкагироблока;ωа1-2 – составляющая скорости дрейфа ωдр пропорциональная проекции ус-корения на ось чувствительности, обусловлена радиальной разбалансировкой поплавка гироблока;δω0 – случайная составляющая (σ) скорости ухода в запуске длительностью3 ч при времени осреднения 900 с;δωа1-1, δωа1-2 – случайные составляющие (σ) скорости ухода в запуске дли-тельностью 1 ч при времени осреднения 100 с.В установившемся состоянии работы ДУС момент Мдм=kдмJдм, создаваемыйдатчиком момента, уравновесит гироскопический момент Мг и возмущающий34••момент Мв, в результате чего поворот поплавка вокруг оси x прекратится ( β =0,•& xк =0, уравнение (2.8) для установившегося режимаβ =0) [27].
Принимая β<10'', ωработы ДУС будет иметь вид:Mдм = H ωyк − Mв ,kдм Jдм = H ωyк − Mв .(2.9)Преобразуя (2.9) получим:ωизм = ωyк − ωдр ,К Jдм = ωyк − ωдр ,Jдм =1К(ωyк)− ωдр ,где ωизм= КJдм – измеренная ДУС угловая скорость, K =(2.10)kдмH– масштабный коэф-фициент датчика момента по скорости управления.Из выражения (2.10) следует, что ток Jдм прямо пропорционален скоростивращения основания ωyк на котором установлен ДУС, отсюда и название устройства.2.1.3 Особенности построения измерительного канала ГИВУСДля использования ГИВУС в КА дистанционного зондирования Земли ондолжен обладать диапазоном измерения не менее 2 °/с [59], поэтому измерительный канал ГИВУС должен быть построен на принципе двухотсчетной измерительной системы [21, 22, 25].
Блок-схема измерительного канала такой системыпредставлена на Рис. 2.3 [24, 52].35ωвхГБДМстДУНДМмлПУJстЭКМСТJстЭКММЛJстИПТУОССТU∼βШИМБУстКРКВБУмлПИмлПИстN cтБПИN млРис. 2.3. Блок-схема измерительного канала ГИВУСГБ – гироблок, ωвх – входная угловая скорость, ПУ – предварительныйусилитель, УОС – усилитель обратной связи, ШИМ – аналоговый широтноимпульсный модулятор сигнала, КВ – квантователь ШИМ-сигнала,ЭКМст, ЭКМмл – электронные коммутирующие мосты, БУст, БУмл – блокиуправления ЭКМ, КР – контроллер, СТ – стабилизатор тока, ИПТ – источник постоянного тока, Jст – выходной ток ИПТ, БПИ – блок преобразования информации, ПИмл, ПИст – преобразователи разности полупериодов ШИМ в последовательность информационных импульсов Nмл, Nст выходной информации ИК,мл, ст – младший и старший измерительный контурПри наличии входной угловой скорости по оси чувствительности ГБ, возникает гироскопический момент по выходной оси, который поворачивает поплавокГБ.
Угол поворота фиксирует ДУ, сигнал с которого поступает на ПУ. Сигнал вПУ усиливается и передаётся на УОС. В УОС осуществляется фазочувствитель-36ная модуляция, обеспечивающая выделение полезной составляющей в выходномсигнале ДУ. Также УОС является корректирующим устройством, где происходитчастотная коррекция системы контура обратной связи ИК. Далее сигнал поступает в БПИ.В последних модификациях поплавковых ГИВУС, созданных в филиалеФГУП «ЦЭНКИ» - «НИИ ПМ имени академика В.И.
Кузнецова», получение полезной информации о движении гироскопа вокруг оси его чувствительности достигается путем построения ИК на основе задания току датчика момента гироскопарежима широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом аналоговый широтноимпульсный модулятор сигнала встроен непосредственно в контур системы обратной связи и входит в состав БПИ.Входной сигнал БПИ при помощи аналогового широтно-импульсного модулятора преобразуется в ШИМ-сигнал, который затем дискретизируется в квантователе и становится очень точным во времени (на уровне 2⋅10-3 %).
Далее сигнал поступает в блок управления, который вырабатывает команды управленияэлектронным коммутирующим мостом стабилизатора тока в каждом периодеШИМ, что создаёт модуляцию для высокостабильного (не хуже 5⋅10-3 %) тока,вырабатываемого источником постоянного тока [24]. Промодулированный квантованными полупериодами ШИМ-сигнала из блока управления, ток поступает вдатчик момента гироскопа, который создаёт момент, компенсирующий гироскопический момент.Для выделения полезной информации в работающем замкнутом контуресистемы измерения необходимо определить разность количества точных квантовположительного и отрицательного полупериодов тока с ШИМ, подаваемого вдатчик момента гироскопа. Диаграмма процессов регулирования тока с ШИМ иследования выходной информации с ИК, построенного по блок-схеме Рис. 2.3,представлена на Рис.
2.4, где N+ и N- количество положительных и отрицательныхимпульсов выходной информации прибора [24, 25, 52].37Тшимωвх > 0Jдм0Кванты токаωвх = 0tωвх < 0++fД−−tN+−tNtРис. 2.4 Диаграмма процессов регулирования ШИМ-токаи следования выходной информации ИКfд – частота дискретизации сигнала, Тшим – период широтно-импульсноймодуляции сигналаТаким образом, БПИ выдаёт выходную информацию ИК в виде информационных импульсов, количество которых пропорционально величине тока в датчике момента, а цена каждого импульса имеет размерность угла. Фактически выходной информацией ИК является угол поворота гироблока вокруг его оси чувствительности за такт опроса ИК, зная который определяется входная угловая скорость по оси чувствительности.Каждый ИК прибора состоит из старшего и младшего измерительного контура.
Два контура одновременно принимают участие в измерении угловой скорости. При этом старший контур обеспечивает измерение угловой скорости в полном диапазоне измерения прибора до 2 º/с: максимум 32 информационных импульса за такт работы контура 2 мс [21, 22].Младший контур работает в диапазоне до 0,1 º/с и дополняет результат измерения старшего контура: максимум 496 информационных импульса за такт работы контура 4 мс, масштабный коэффициент которых в 100 раз меньше, чем устаршего контура.38Полный результат измерения ИК складывается из показаний обоих контуров.
В итоге, характеристика ИК в целом приближена к идеальной линейной характеристике. При этом чувствительность канала будет одинаково высокой прилюбой величине входной угловой скорости в пределах 2 °/с, за счёт работы точного младшего контура.Рассмотрим на примере, как работают оба измерительных контура.
Придостижении значения входной угловой скорости 80% от диапазона измерениямладшего контура, контроллер БПИ начинает вырабатывать команды управленияЭКМст, создавая один дискрет тока для ДМст, соответствующий одному информационному импульсу старшего контура за такт его работы. Благодаря этому в работу включается ДМст, который компенсирует часть гироскопического момента,тем самым разгружая ДМмл и позволяя младшему контуру вновь работать в своёмдиапазоне измерения. При повторном достижении входной угловой скорости, измеряемой младшим контуром, 80% от его диапазона, ток, подаваемый в ДМст,увеличится на один дискрет и младший контур опять перейдёт в диапазон своегоизмерения, а старший контур будет выдавать уже 2 информационных импульса затакт работы [23].В двухотсчетной измерительной системе автоматического регулированияосновные ее характеристики зависят только от параметров младшего контура.Старший контур выполняет разгрузочную (компенсирующую) функцию длямладшего контура и не принимает постоянного участия в процессе регулирования, т.е.
тем самым он не влияет на динамику и устойчивость замкнутого контурарегулирования.На Рис. 2.5 представлен вид исходной логарифмической амплитудночастотной и фазо-частотной характеристик (ЛАЧХ и ЛФЧХ) разомкнутой системы контура обратной связи измерительного канала ГИВУС без корректирующихзвеньев, передаточная функция которой имеет видWИ ( s ) =КИs(Ts + 1)=1, 06s(0, 007 s + 1),где Ки – произведение коэффициентов передачи ГБ, ПУ, БПИ, СТ, ДМ.39На Рис. 2.6 представлена соответствующая реакция замкнутой системы наединичное ступенчатое воздействие.Рис. 2.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
