Vega (708147), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

_с, _с — координаты следящей сферы, отсчитываемые аналогич­но координатам  и  гироскопа;

 — широта места;

и — угловая скорость вращения Земли;

R — радиус Земли;

V_N ,V_E — северная и восточная составляющие скорости судна;

( -_c) —угол рассогласования следящей сферы относительно ги-росферы вокруг горизонтальных торсионов, т. е. угол закрутки горизонтальных торсионов, обладающих жест­костью Сг;

( -_c)—угол рассогласования следящей сферы относительно гиросферы, т. е. угол закрутки вертикальных торсионов, обладающих жесткостью Св;

Если углы закрутки (—_c) и (—_c), а следовательно, гори­зонтальный Сг(—_с) и вертикальный Св (—_с) моменты, при­кладываемые к гироскопу, будут пропорциональны углу отклоне­ния главной оси гироскопа от горизонта и соответствующим обра­зом подобраны по величине и направлению, то курсоуказатель бу­дет работать в режиме гирокомпаса. Величины и направления мо­ментов определяются крутизной сигналов датчиков угла и инди­катора горизонта и схемой их суммирования.

Один из возможных вариантов схемы суммирования сигналов показан на рис. 1.2. Эта схема, в которой применен индикатор го­ризонта с большой постоянной времени, позволяет осуществить следующее суммирование сигналов:

k3(—_с ) - k1 k2_с=0 (1. 2)

k3( -_c) – m k1 k2_с=0 (1. 3)

где k3 – крутизна сигнала датчиков угла;

k1 – крутизна сигнала индикатора горизонта;

k2 и m – масштабные коэффициенты.

Для простоты постоянную постоянную времени индикатора горизонта не учитываем.

Обозначив через n=k1k2/( k1k2+k3 ) , преобразуем выражения (1. 2) и (1. 3) в равенства:

(—_с)=n ; ( -_c)=mn , (1. 4)

из которых следует, что на вход усилителей следящих систем по­ступает управляющий сигнал, пропорциональный углу  . Кроме того, на схеме суммирования показана возможность введения в систему сигналов коррекции х и z, о выборе которых будет ска­зано ниже.

Имея в виду, что частота собственных колебаний следящих систем значительно больше частоты собственных колебаний гиро-сферы, а переходный процесс в них затухает очень быстро, в урав­нениях движения гирокомпаса можно оперировать соотношениями (1.4), которые не учитывают динамики следящих систем. Подстав­ляя равенства (1.4) в выражения (1.1), получим уравнения, иден­тичные уравнениям обычного гирокомпаса с физическим маятни­ком.

Анализируя эти уравнения, нетрудно найти, что период собст­венных колебаний гирокомпаса определяется выражением

Т = 2 . V H / C_г n u cos , (1. 5)

а коэффициент затухания :

h =C_в m n /H. (1. 6)

Очевидно, что величины периода колебаний и коэффициента за-гухания зависят не только от кинетического момента гиросферы Н и жесткостей Сг и Св, но и от коэффициентов п и т, характери­зующих масштаб моментов, прикладываемых к гироскопу, по от­ношению к углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта . Если в обычном маятниковом гироскопе момент пря­мо пропорционален углу  , а величина его равна Р1 , где Р1— максимальный маятниковый момент, то в гирокомпасе с электро­магнитным управлением зависимость момента от угла  опреде­лялась бы выражением Рln.

Меняя коэффициент п, можно изменять масштаб маятникового момента, а меняя коэффициент т — масштаб демпфирующего мо­мента, и тем самым изменять величину периода незатухающих колебаний и коэффициента затухания.

Такая принципиальная и техническая возможность позволяет сравнительно просто решать следующие задачи:

ускоренное приведение гирокомпаса в меридиан, для чего не­обходимо уменьшить период незатухающих колебаний:

получение приемлемой точности курсоуказания при маневри­ровании, для чего, как известно, нужно увеличить период.

Для уменьшения периода коэффициент n следует увеличивать, а для увеличения периода — уменьшать.

Изменение коэффициента п можно осуществлять в схеме сум­мирования путем изменения масштабного коэффициента k2, кото­рый специально введен в схему, поскольку коэффициенты k1 и k3 для данной конструкции постоянны. Однако при такой схеме сум­мирования, которая показана на рис.2, диапазон изменения ко­эффициента п ограничен.

Действительно, преобразуя выражение для n к виду

n=1/(k3 / k1k2+1) (1. 7)

нетрудно убедиться, что при увеличении k2 величина n приближа­ется к единице. Это означает, что крутизна момента не может быть больше жесткости горизонтальных торсионов Сг, которая и будет определять величину наименьшего периода собственных ко­лебаний гирокомпаса.

Что же касается наибольшего периода, то его величина ограни­чивается практически значениями возмущающихся моментов, ко­торые возникают вследствие статических ошибок следящих систем и нелинейности характеристик датчиков угла и индикатора гори­зонта. При соизмеримости величин этих моментов с управляющи­ми моментами система теряет свои качества и становится нерабо­тоспособной.

Работа следящих систем. Для правильного функционирования гирокомпаса наряду со схемой управления существенным являет­ся надлежащая работа следящих систем, от которых требуется высокая точность и большое быстродействие. Эти требования вы­текают, как следствие, из самого принципа работы гирокомпаса, устройство которого рассмотрено выше.

Азимутальная н горизонтальная следящие системы выполняют в гирокомпасе две основные функции:

управление гироскопом путем наложения моментов через торсионы, которые непрерывно удерживаются закрученными на опре­деленный угол;

слежение за гироскопом путем отработки всех угловых переме­щений корпуса прибора, которые передаются на следящую сферу, вызывая рассогласование между гироскопом и следящей сферой.

При угловых перемещениях судна карданов подвес вместе с корпусом прибора как бы обкатывается вокруг гироскопа, кото­рый в режиме гирокомпаса, благодаря своим свойствам, остается неподвижным относительно системы координат, связанной с Зем­лей, если не принимать во внимание переносного движения вместе с судном.

Наличие статических ошибок в следящих системах приводит к наложению на гироскоп возмущающих моментов, величины кото­рых прямо пропорциональны статической ошибке и жесткости торсионов. В результате этого в показаниях прибора возникают погрешности, допустимые значения которых могут быть получены лишь при весьма малых статических ошибках следящих систем.

Воздействие на прибор всякого рода периодических несиммет­ричных возмущений, например качки, может привести к появлению постоянных составляющих в динамических ошибках следящих систем и, как следствие, к дополнительным погрешностям в пока­заниях прибора. Поэтому к следящим системам гирокомпаса долж­ны предъявляться очень высокие требования.

Что касается влияния собственных колебаний следящих систем на работу гирокомпаса, то поскольку частота этих колебаний зна­чительно больше частоты собственных колебаний гиросферы, а пе­реходный процесс в следящих системах при правильном выборе параметров затухает очень быстро, влияние колебании следящих систем практически не должно сказываться.

Однако выбранная для двухрежимного курсоуказателя конст­руктивная схема подвеса ЧЭ обусловливает взаимное влияние азимутальной и горизонтальной следящих систем при наличии наклонов следящей сферы вокруг оси ее подвеса, совпадающей с осью кинетического момента гироскопа—с осью уу (см. рис.1).

При таких наклонах, благодаря жесткой связи гиросферы со следящей сферой посредством торсионов, оси горизонтальных и вертикальных торсионов будут рассогласованы с осями приложе­ния моментов от соответствующих двигателей на некоторый угол .

Упрощая физику явления и принимая во внимание малость уг­лов закрутки горизонтальных (—_с) и вертикальных ( -_c) тор­сионов, измеряемых датчиками угла, и приведенных углов поворота осей двигателей горизонтальной _{ и} азимутальной _ стабилиза­ции, связь между этими углами можно выразить формулами:

(—_с)=_ cos +_ sin  . ; ( -_c)= _ cos +_ cos (1. 8)

Формулы (1.8) характеризуют взаимное влияние горизонталь­ной и азимутальной следящих систем при наклоне следящей сфе­ры. Как показывает анализ, наличие перекрестных связей приво­дит к неустойчивости следящих систем, если не принять специаль­ных мер. Наиболее простым способом, обеспечивающим устойчи­вость системы при любых углах , является полное устранение перекрестных связей путем включения в контуры следящих систем преобразователя координат. В качестве преобразователя коорди­нат используется синусно-косинусный вращающий трансформа­тор (СКВТ), который включается в цепи следящих систем между датчиками угла и усилителями по схеме, показанной на рис.3.

Поступающее на входные обмотки преобразователя коорди­нат напряжение U, пропорциональное углам закрутки соответст­вующих торсионов, будет связано с приведенными углами пово­рота осей двигателей следующими уравнениями:

_=U_ cos + U_ sin ; _= U_ cos + U_ sin (1. 9)

в которых напряжение U_ пропорционально углу (—_с) и U_ пропорционально углу ( -_c).

Решив уравнения (1.8) и (1.9) совместно, нетрудно убедить­ся, что соотношения между углами закрутки торсионов и углами поворота соответствующих двигателей не зависят от утла наклона следящей сферы, т. е. горизонтальная и азимутальная следящие системы полностью развязаны.

С
коростная девиация. Для того чтобы определить положение равновесия гирокомпаса при движении судна прямым курсом с постоянной скоростью, найдем частные решения системы уравне­нийи (1.1) и (1.3), полагая при этом

Сгn » H(и соs +V_E /R), (1. 10)

что легко достигается соответствующим выбором параметров: при­бора. В положении равновесия имеем:

*=V_N /R(u cos+V_E /R) - C_B m tg /Cг;

*_с=*- mH / C_г(u sin+ V_E tg /R); (1. 11)

*=H / C_г n(u sin+ V_E tg /R); .

*_с=H(1-n) / C_г n (u sin+ V_E tg /R). .

Таким образом, ЧЭ гирокомпаса при движении судна с по­стоянной скоростью приходит в определенное положение равно­весия, которое по координатам  и  практически ничем не отли­чается от положения равновесия одногироскопного маятниково­го гирокомпаса с демпфированием посредством момента, направ­ленного по вертикальной оси гироскопа, как это сделано, напри­мер, в маятниковых гирокомпасах «Сперри».

Действительно, отклонение гироскопа в азимуте * складыва­ется из скоростной девиации, определяемой приведенным выше выражением (первый член в формуле для *), и так называемой широтной девиации (второй член той же формулы). При скоростях движения корабля около 60 узлов в широтах 70—80° значения скоростной и широтной девиаций будут достигать столь больших величин, что их компенсация известными методами становится практически невозможной.

Учитывая, что значения курса в двухрежимном гирокомпасе в силу его конструктивных особенностей можно снимать лишь с картушки (или датчика), связанной со следящей сферой, т. е. по координате _c, для компенсации скоростной и широтной де­виаций можно использовать метод, сущность которого сводится к следующему.

Если на входы усилителей следящих систем вместе с сигна­лами от датчика угла подать определенные сигналы коррекции аналогично тому, как это делается с сигналом индикатора гори­зонта, то к гироскопу по обеим осям стабилизации будут при­ложены соответствующие корректирующие моменты. В этом слу­чае выражения (1.4) можно записать:

(—_с)=n  +_x ; ( -_c)=m n  +_z . (1. 12)

где_x и _z; — сигналы коррекции, являющиеся функциями широты и скорости судна.

Для нахождения этих функций воспользуемся системой четы­рех уравнений (1.1) и (1.12), в которую входит шесть неизвестных функций  ,_c , ,_с ,_x ,_z —две из них можно-задать произ­вольно.

Характеристики

Список файлов реферата