Vega (708147), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Для получения от гирокомпаса истинного курса зададимся следующими произвольными значениями координат_c и  в поло­жении равновесия:

_c =0; *=0. (1. 13)

Это условие означает, что в положении равновесия нуль следя­щей сферы будет в плоскости меридиана, а ось кинетического мо­мента гироскопа — в плоскости горизонта.

Частные решения системы уравнений (1.1), (1.12) с учетом ус­ловия (1.13) дают формулы сигналов коррекции:

_z = V_N / (R u cos +V_E +C_вR /H) ; _x = H /C_г(u sin +V_E tg /R), (1. 14)

и выражения для положения равновесия по двум другим коорди­натам будут:

* = V_N / (R u cos +V_E +C_вR /H) ; (1. 15)

* = - H /C_г(u sin +V_E tg /R), (1. 16)

Следовательно, при вводе в схему управления сигналов коррек­ции _z и _x , определяемых выражениями (1.14), из показаний ги­рокомпаса полностью исключаются скоростная и широтная девиа­ции. Кроме того, величина отклонения оси кинетического момента гироскопа от меридиана *, определяемая формулой (1.15), резко уменьшается по сравнению со скоростной девиацией, имевшей ме­сто до ввода коррекции, и при скорости порядка 60 узлов в широте 70° достигает всего 0°,2.

Уменьшение скоростной девиации гиросферы * обусловлено наложением вертикального корректирующего момента _z.

Баллистические девиации. Природа баллистических девиаций курсоуказателя в режиме гирокомпаса в принципе та же, что и у обычных маятниковых гирокомпасов. Разница только в том, что возникающие во время маневрирования ускорения не возмущают гироскоп, поскольку он астатический и обладает нейтральной пла­вучестью, а воздействуют на индикатор горизонта, который при этом вырабатывает дополнительный сигнал, пропорциональный величине dV_N /g dt , т. е. пропорциональный северной составляющей ускорения.

Этот сигнал вызовет соответствующее закручивание горизон­тальных и вертикальных торсионов, которое будет продолжаться в течение всего времени действия ускорения, и в результате приве­дет к отклонению гиросферы от положения равновесия, в котором она находилась до начала маневрирования. По окончании дейст­вия ускорения гиросфера, совершая затухающие колебания, начнет приходить к своему положению равновесия.

Аналогично тому, как это делается для обычного маятникового гирокомпаса, можно и для двухрежимного гирокомпаса найти ус­ловие апериодического перехода в новое положение равновесия или «условие невозмущаемости».

Исследования показывают, что в отличие от маятникового ги­рокомпаса апериодический переход гирокомпаса с электромагнит­ным управлением в новое положение равновесия теоретически можно получить при значении периода незатухающих колебаний, отличающемся от периода Шулера, который как известно, равен 84,4 мин.

Его величина приближенно, без учета собственной скорости судна, определяется следующим соотношением:

T_a=84,4 V(H u cos +C_в) /H u cos (1. 17)

и может составлять несколько сотен минут.

Эта особенность двухрежимного гирокомпаса с торсионно-жидкостным подвесом ЧЭ объясняется тем, что в отличие от обычных гирокомпасов на гироскоп с помощью упругой связи во время маневрирования накладываются корректирующие моменты по вертикальной оси.

В гирокомпасах такого типа, где скоростная девиация компен­сируется наложением момента, действующего по вертикальной оси гироскопа, исключение баллистических девиаций путем наст­ройки схемы управления на величину периода, отвечающего усло­вию невозмущаемости, трудно выполнимо.

Одна из причин, затрудняющих реализацию найденного усло­вия, заключается в том, что для получения больших периодов к гироскопу должны прикладываться весьма малые управляющие моменты, величины которых меньше или соизмеримы с возникаю­щими моментами, имеющими место из-за статических ошибок следящих систем и нелинейности их звеньев.

В гирокомпасе с электромагнитным управлением использован более простой способ устранения баллистических девиаций. Для этого маятник индикатора горизонта сильно задемпфирован, а углы его отклонения от равновесного положения ограничены специальными упорами до относительно малой величины. Кроме того, чтобы снизить скорость баллистического перемещения гиро­скопа за время действия ускорения, период незатухающих коле­баний в рабочем режиме гирокомпаса выбирается большим — до 120—180 мин.

Возможен еще один простой и, по-видимому, более эффектив­ный способ устранения баллистических девиаций.

Если в индикаторе горизонта предусмотреть устройство, кото­рое автоматически отключало бы сигнал индикатора горизонта от схемы управления гироскопом, когда маятник под действием ус­корения достигает одного из упоров, то гироскоп вместо прецессирования с малой скоростью во время действия ускорения стано­вится свободным. Можно ожидать, что в этом случае отклонение гироскопа за время маневрирования будет меньшим, чем при первом способе компенсации. Следует заметить, что в обоих случа­ях при маневрировании корректирующие моменты остаются при­ложенными к гироскопу.

Эффективным способом устранения баллистических девиаций для гирокомпасов с электромагнитным управлением является способ компенсации силы инерции, воздействующей на маятник индикатора горизонта при наличии линейных ускорений.

Выражение полной силы, которая должна быть приложена к маятнику индикатора горизонта для компенсации баллистиче­ских девиаций гирокомпаса, создаваемых изменением скорости и курса, можно записать в виде

F = m_м ( dV /dt) cosK + V(dK /dt)sink , (1. 18)

где F -сила;

m_м –масса маятника;

K –курс;

V –скорость судна.

В качестве устройства для компенсации силы инерции, действующей на маятник, в индикаторе горизонта можно установить электромагнитный датчик момента, на который подается сигнал,. пропорциональный силе F.

Можно представить схему электромеханического прибора, решающего зависимость (1.18) и вырабатывающего нужный сигнал по автоматически вводимым значениям скорости и курса.

Чтобы не усложнять конструкцию индикатора горизонта, мож­но полученный сигнал коррекции суммировать в противофазе с сигналом, снимаемым с индикатора горизонта, предварительно» пропустив сигнал коррекции через фильтр с постоянной времени,. равной постоянной времени индикатора горизонта. Такое реше­ние наиболее целесообразно для описываемой схемы.

Приведенный способ компенсации баллистических девиаций предпочтительнее, чем настройка незатухающих колебаний гиро­компаса на период невозмущаемости по следующим соображе­ниям.

Теоретически такую коррекцию можно осуществить для лю­бого типа маневрирования судна независимо от скорости. При этом период незатухающих колебаний может быть выбран в прин­ципе любым, и, кроме того, нет необходимости менять парамет­ры гирокомпаса в зависимости от широты. Описанный способ компенсации позволяет полностью компенсировать баллистиче­ские девиации, в том числе и девиацию затухания без выключе­ния демпфирования на время маневра.

Интеркардинальная девиация. При движении судна в услови­ях качки следящая сфера гирокомпаса раскачивается вокруг-своей оси подвеса в такт с качкой под действием составляющей ускорения в плоскости Е—W.

Составляющая ускорения в плоскости N—S, воздействующая на маятник следящей сферы, меняя свое направление синхронно-с качкой, создает вертикальный момент, аналогично тому как это происходит у обычных маятниковых компасов, но в отличие от них в гирокомпасе с электромагнитным управлением этот мо­мент сам по себе не вызывает интеркардинальной девиации.

Инерционные моменты, действующие на следящую сферу во время качки, приводят лишь к дополнительным динамическим нагрузкам на двигатели азимутальной и горизонтальной следящих систем, но не дают существенных ошибок в показаниях гироком­паса.

Основная причина, определяющая появление интеркардиналь­ной девиации у гирокомпаса с косвенным управлением, заключа­ется в том, что составляющая ускорения в плоскости N—S дейст­вует и на маятник индикатора горизонта. Она вызывает появле­ние сигнала, пропорционального ускорению и меняющего знак в такт с качкой. Этот сигнал поступает на двигатели, которые при­кладывают к гироскопу через торсионы знакопеременные момен­ты. Поскольку одновременно происходит раскачивание следящей сферы, оси двигателей рассогласовываются с осями соответствую­щих торсионов на угол, примерно равный амплитуде качки. В ре­зультате, когда сигнал от индикатора горизонта поступает на двигатели, моменты, прикладываемые к гироскопу торсионами, создают две составляющие — горизонтальную и вертикальную.

Так как горизонтальные торсионы имеют жесткость, во много раз большую, чем вертикальные, то вертикальная составляющая моментов от горизонтальных торсионов по абсолютной величине значительно превосходит остальные вертикальные моменты. Она и образует постоянный вертикальный момент, вызывающий ин-геркардинальную девиацию гирокомпаса па качке. Как видно, ме­ханика появления интеркардинальной девиации у гирокомпасов с электромагнитным управлением иная, чем у обычных маятнико­вых гирокомпасов, но схема образования постоянного вертикально­го момента при качке по существу одинакова.

Величина интеркардинальной девиации, закон ее изменения и зависимость от параметров гирокомпаса и качки для гирокомпаса с электромагнитным управлением в принципе остаются такими же, как и для одногироскопных маятниковых компасов.

Из известных способов компенсации интеркардинальной де­виации для гирокомпаса с электромагнитным управлением наи­более рациональным оказалось применение индикатора горизонта с сильно демпфированным маятником.

Введение в чувствительный маятниковый элемент вязкого тре­ния позволяет осуществить сдвиг по фазе, близкий к 90°, между действующим ускорением и моментом, прикладываемым к гиро­скопу, в результате чего эффект влияния качки на гирокомпас сводится к минимуму.

Уравнение движения такого индикатора горизонта при воздей­ствии на него горизонтального ускорения для малых углов можно .записать в виде

т_м l² ”+c ’+m_м g l= m_м l a (1. 19)

где m_м — массы маятника;

l — длина маятника;

 — угол отклонения маятника от вертикали;

с — коэффициент демпфирования;

а — горизонтальное линейное ускорение качки. Передаточную функцию индикатора горизонта, движение ко­торого описывается уравнением (1.19), можно представить выра­жением

W(p)=  (p)/a (p)=1 / T_м² p² + p + 1 , (1. 20)

где Tм=(l / g);  = c/ m_м g l —постоянные времени индикатора горизонта.

Практически величина T_м во много раз меньше периода качки. Поэтому введя в индикатор горизонта сильное демпфирование, правомерно пренебречь членом передаточной функции, содержа­щим р². Тогда коэффициент ослабления амплитуды колебаний маятника по сравнению с амплитудой колебаний динамической вертикали будет приближенно определяться формулой

k =1 /( ² ² +1)^{1/ 2} (1. 21)

Например, для индикатора горизонта с постоянной времени  =60 сек при качке с частотой ( = 1,2'/сек) ослабление выход­ного сигнала, снимаемого с индикатора горизонта, будет около 72. Если учесть еще и сдвиг фазы между колебаниями маятника и действующим ускорением, то уменьшение выходного сигнала, а следовательно, и интеркардинальной девиации гирокомпаса ока­жется более значительным.

Влияние индикатора горизонта с большой постоянной времени на собственные колебания гирокомпаса очень мало, поскольку постоянная времени составляет менее 1 % от величины периода колебаний гирокомпаса.

Поведение гирокомпаса с электромагнитным управлением на качке отличается от обычных маятниковых компасов одной суще­ственной особенностью. В этом гирокомпасе, помимо постоянной составляющей по вертикальной оси от моментов, вызванных сиг­налами индикатора горизонта, при качке появляется постоянная составляющая на ту же ось от знакопеременных моментов, накла­дываемых на гиросферу горизонтальными торсионами вследст­вие динамических ошибок следящих систем. Эта погрешность, имеющая четвертной характер, зависит от жесткости горизон­тальных торсионов и при больших динамических ошибках ее вели­чина может достигнуть существенного значения.

Характеристики

Список файлов реферата