Диссертация (1026291), страница 7
Текст из файла (страница 7)
ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы контура обратной связи ИКбез корректирующих звеньевРис. 2.6. Реакция замкнутой системы контура обратной связи ИК безкорректирующих звеньев на единичное ступенчатое воздействие40Как видно из Рис. 2.5 при отсутствии корректирующий звеньев в системеконтура обратной связи ИК её работа является устойчивой (запас по фазе γ =89,6º,по амплитуде hм →∞), но при этом разомкнутая система контура обратной связиИК имеет малую частоту среза fср1=0,168 Гц, не позволяющую обеспечить полосупропускания ИК на уровне (10-15) Гц, которая необходима при эксплуатацииГИВУС в составе КА.В соответствии с Рис.
2.6 время вхождения переходного процесса в трубку2% при единичном ступенчатом воздействии составляет τ2%=3,68 с, что недопус-тимо, так как для работы алгоритма двухконтурной системы обратной связи требуется τ2%<0,2 с. Перерегулирование в системе отсутствует, максимальное значение которого для систем автоматического регулирования не должно превышатьσ<30 % [78].По результатам моделирования максимальное статическое отклонение поплавка гироблока βст при наличии по оси чувствительности гироблока входнойугловой скорости, равной диапазону измерения младшего контура ИК 400 "/c(0,1 °/с), составляет βст=648", при оптимальном значении порядка 10", опреде-ляющим допустимое отклонение оси чувствительности ИК.Для устранения вышеописанных несоответствий системы контура обратнойсвязи ИК предъявляемым к ней требованиям, в неё введена следующая передаточная функция:WУ ( s ) =КУ(T1s + 1)(T2 s + 1)(T3 s + 1)=50(0, 0015s + 1)(0, 00015s + 1)(0, 0018s + 1).При этом корректирующие свойства в себе несёт только коэффициент усиления КУ, а апериодические звенья с постоянными времени Т1, Т2, Т3, необходимыдля фильтрации высокочастотных шумов в УОС и БПИ и не влияют на ЛАЧХ иАФЧХ в диапазоне частот внутри полосы пропускания ИК.Результирующая передаточная функция системы контура обратной связиИК с учётом введённых корректирующих звеньев будет иметь вид:W (s) =Кs(Ts + 1)(T1 s + 1)(T2 s + 1)(T3 s + 1),(2.11)41где К=КИ·КУ=53.На Рис.
2.7 представлено сравнение ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной и итоговойсистемы контура обратной связи ИК с учетом введенных корректирующих звеньев.ЛАЧХ итоговойсистемыЛАЧХ исходнойсистемыЛФЧХ итоговойсистемыЛФЧХ исходнойсистемыРис. 2.7. Сравнение ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной и итоговой разомкнутой системыконтура обратной связи ИКИтоговая разомкнутая система контура обратной связи ИК прибора с учетом введенных корректирующих звеньев, в соответствии с графиками ЛАЧХ иЛФЧХ, построенными в среде Simulink и представленными на Рис. 2.8, имеет следующие характеристики:– частота среза fср2= 7,89 Гц;– запас устойчивости по амплитуде (по модулю) hм = 16,5 дБ;– запас устойчивости по фазе γ = 61,1º.42Рис.
2.8. ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы контура обратной связи ИКВ соответствии с ЛАЧХ итоговой замкнутой системы (Рис. 2.9) полоса пропускания ИК прибора по уровню -3 дБ составляет 13,8 Гц, а максимальное статическое отклонение поплавка гироблока по результатам моделирования составляетβст=13".Рис. 2.9. ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутой системы контура обратной связи ИК43Реакция итоговой замкнутой системы контура обратной связи ИК на единичное ступенчатое воздействие представлена на Рис. 2.10.Переходный процесс имеет следующие характеристики:– перерегулирование системы σ = 6,53 %;– время вхождения переходного процесса в трубку 2% τ2% = 0,075 с.Рис.
2.10. Реакция замкнутой системы контура обратной связи ИКна единичное ступенчатое воздействиеИзмерительный канал ГИВУС, имеющий в своем составе чувствительныйэлемент КИНД99-003М и корректирующие звенья, является устойчивой системойавтоматического регулирования. Все полученные параметры системы контура обратной связи ИК, после введения корректирующих звеньев, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к прибору.2.2 Построение тепловой модели чувствительного элемента ГИВУСВопросы тепловых процессов, влияющих на характеристики ПИГ, и организации систем термостатирования ПИГ представлены в трудах [1, 5, 39].
В частно-44сти говорится о том, что точность поддержания температуры ПИГ зависит от правильно выбранного расположения датчиков температуры, нагревательных элементов и алгоритма управления системой термостатирования.2.2.1 Конструктивные и теплофизические параметры чувствительногоэлементаЧувствительным элементом прецизионного ГИВУС и объектом термостатирования в настоящей работе является гироблок КИНД99-003М, габаритномассовые и эксплуатационные характеристики которого приведены в Таблице 2.Таблица 2.Габаритно-массовые и эксплуатационные характеристикигироблока КИНД99-003МНаименование параметраВеличина1.
Габариты:диаметр, мм60длина, мм902. Масса прибора, г5503. Рабочая температура, °С60±24. Гарантированный ресурс, ч150000ЧЭ представляет собой двухстепенный поплавковый интегрирующий гироскоп с газодинамической опорой ротора и системой магнитного центрированияпоплавка.Корпус ЧЭ имеет цилиндрическую форму. На торцах корпуса установленыкрышки с размещенными на них статорами элементов магнитного центрирования,датчика угла и датчиков момента.Конструкция обеспечивает максимально возможную симметрию по размещению конструктивных и упругих элементов, по распределению источников тепловыделения и распределению давления жидкости.Внутренняя полость ЧЭ заполнена плотной вязкой жидкостью (ρ=1,9 г/см3,η=100 мПа·с при температуре +60 °С) на основе перфторполиэфиров.
При рабочейтемпературе жидкости +60±2 °С вес поплавка ЧЭ уравновешивается выталки-45вающей силой жидкости. В качестве компенсаторов объемного расширения жидкости используются два сильфона, размещенные в каждом из торцов ЧЭ.Для построения системы термостатирования в ЧЭ имеются (Рис. 2.11):1) два последовательно соединённых нагревательных элемента 1 с сопро-тивлением 60±10 Ом каждый, приклеенные к торцевым поверхностям корпуса ЧЭи выполненные в виде круглой подложки с токопроводящим рисунком, полученным методом травлением хромоникелевого сплава Х20Н75Ю, обладающего высоким удельным электросопротивлением ρ=(1,3...1,4) Ом·мм2·м-1 и малым температурным коэффициентом электросопротивления αс= ±3·10-5 °С-1 [3];2)элементы 3 мостовой измерительной схемы контура термостатирова-ния:– два термодатчика с сопротивлением 200±1,5 Ом каждый при температуре+60 °С, выполненные в виде катушек провода ПЭВНК-2 с токопроводящей жилойиз никеля, обладающего большим температурным коэффициентом электросопротивления αс=650·10-5 °С-1, расположенных на краях цилиндрической поверхностикорпуса ЧЭ;– два резистора на наружной поверхности термодатчиков, выполненные ввиде катушек провода ПЭМС с токопроводящей жилой из манганина, обладающегомалымтемпературнымкоэффициентомэлектросопротивленияαс=(–0,2...2,5)·10-5 °С-1 [3], величина сопротивления которых подбирается близкойк величине сопротивления термодатчиков (разница не более 0,6 Ом) при температуре нулевой плавучести поплавка ЧЭ, равной +60 °С.Для контроля температуры ЧЭ имеется термодатчик 2 аналогичный термодатчикам мостовой измерительной схемы и расположенный на центральной частицилиндрической поверхности корпуса ЧЭ.ЧЭ крепится к элементам конструкции ГИВУС с помощью двух установочных кронштейнов 4, расположенных на торцах корпуса ЧЭ.46Рис.
2.11. Схема расположения элементов конструкции ЧЭ2.2.2 Метод построения тепловой моделиДля моделирование системы термостатирования ГИВУС предварительнонеобходимо рассчитать тепловые параметры элементов конструкции СТС, такиекак теплоемкости и тепловые проводимости. Реальная конструкция прибора состоит из множества элементов достаточно сложной формы с различными теплофизическими характеристиками и поэтому требуются существенные временныезатраты на аналитические расчеты тепловых параметров модели.
В данной работевсе необходимые предварительные расчеты тепловых проводимостей и теплоемкостей проводятся с использованием программной системы конечно-элементногоанализа ANSYS, а для построения основной тепловой модели используется графическая среда имитационного моделирования Simulink (Matlab). Суть метода построения аналитической тепловой модели разрабатываемой СТС заключается вследующем [45]:1) В системе ANSYS создаётся 3D-модель исследуемой конструкции, зада-ются характеристики материалов ее элементов, и производится первоначальныйрасчет теплового поля конструкции при температуре основания прибора в рабочем диапазоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
