Тезисы докладов XXVIII научно-технической конференции ПГТУ по результат

степенной гироскоп с гидростабилизированной платформой. При соот­ ветствующем выборе параметров системы интегральной коррекции вер­ тикаль становится невозмущаемой.

У индикаторных курсовертикалей вторым интегратором служит ди­ намически настраиваемый гироскоп с тремя степенями свободы, а ги­ роплатформа работает в режиме слежения за гироскопом.

Управление следящими двигателями производится сигналами датчи­ ков углов отклонения платформы от роторов гироскопов.

На гиройлатформу, кроме моментов стабилизирующих двигателей, действуют возмущающие моменты, вызываемые дебалансом механической системы, трением в опорах и др. Ее работа сопровождается ошибками переходного процесса и погрешностями от возмущений. Отклонение платформы относительно плоскости горизонта, вызванное возмущающим моментом, приводит к колебаниям платформы относительно плоскости горизонта, а в сигнале акселерометра возникает ошибка по составля­ ющей ускорения силы тяжести.

Таким образом, канал интегральной коррекции не является невозмущаемым. В его контуре последовательно с двумя интеграторами содержится возмущаемое динамическое звено - следящая система.

При пренебрежении постоянной времени следящей системы, обус­ ловленной инерционностью гироплатформы, ее передаточная функция может быть сведена к единице. Канал' интегральной коррекции струк­ турно принимает вид невозмущаемого канала силовой курсовертикали. При таком идеализированном подходе обычно и рассматриваются дина­ мические характеристики индикаторных курсовертикалей, т.е. как си­ ловых, удовлетворяющих условию невозмущаемости.

При более корректном решении проблемы точности стабилизации гироплатформ инерциальных систем следует учитывать влияние возму­ щающих факторов при ее работе в режиме слежения за гироскопом.

УПРАВЛЕНИЕ ВОЗМУЩАВДШИ МОМЕНТАМИ В ШРОСКОПИЧЕСКОМ ПРИБОРЕ

С.Г.Николаев, С.В.Макаров

Известно, что точность гироскопического прибора определяется величиной возмущающих моментов, действующих по соответствует осям подвеса гироскопа и имеющих случайный характер.

Составлающими возмущающего момента являются моменты сил тре­ ния в опорах подвеса и токоподводах, момент остаточной неуравно­ вешенности, момент разбаланса от температурного смещения центра тяжести и др.

Моменты сил трения в опорах подвеса гироскопа и токоподводах являются основной составляющей возмущающего момента. Поэтому при­ меняют специальные способы и конструкции подшипниковых узлов для уменьшения этих моментов.

Наибольшее распространение получил способ повышения точности некоторых гироскопических приборов, при котором в качестве пары чувствительных опор используются специальные 3-колечные шарикопод­ шипники, промелуточные кольца которых вращаются в противоположные стороны с одинаковыми скоростями и периодической одновременной сменой направления вращения через равные промежутки времени (полупериоды реверса).

В данной работе показано, что влияние возмущающих моментов на точность гироскопического прибора можно уменьшить путем управления временем их действия на гироскоп, вращая опоры с неравномерными полупериодами реверса при постоянном его периоде.

Для этого разработан алгоритм, позволяющий определять по изме­ ренному углу отклонения гироскопа и вычисленной скорости его Ухода величину и знак изменения полупериодов реверса промежуточных Колец разновращапцихся шарикоподшипниковых опор.

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ АЭРОМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ В.В.Ледяев

Точность аэрометрических систем в значительной степени опре­ деляется решением задачи выбора оптимальной формы измерительной поверхности, определением необходимого количества датчиков и их оптимальным размещением на данной поверхности. Эта задача до не­ давнего времени могла быть решена лишь для ограниченного числа простейших тел, образующих измерительную поверхность.

В докладе автором предлагается математическая модель измере­ ний, которая может быть использована для решения поставленной за­ дачи. За критерий оптимальности выбран критерий максимума квадра­ та чувствительности измерений по каждому из аэрометрических пара­ метров: углу атаки, углу скольжения, числу Маха, статическому дав­ лению, динамическому давлению, полному напору. Введены соответст­ вующие целевые функции.

В связи с изложенным, задача синтеза аэрометрических систем сформулирована как проектирование измерительной поверхности такой формы, которая при заданных ограничениях на диапазоны изменения аэрометрических параметров обеспечивает в заданных точках поверх­ ности максимизацию соответствующих целевых функций.

Задача анализа сформулирована как нахождение на измерительной поверхности заданной формы при введенных ограничениях на диапазоны изменения аэрометрических параметров всех точек экстремума целевых функций.

В докладе представлены полученные автором решения задач анали­ за и синтеза при разработке конкретных аэрометрических систем. В частности показано, что при оптимальном выборе формы измерительной поверхности существенно может быть уменьшена дисперсия погрешностей измерений. Использование более полной математической модели одно­ временно с решением принципиально новых задач позволило уточнить оптимальную конфигурацию давно используемых приемников воздушных давлений.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АЭРОМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В.В.Ледяев

Улучшение летно-технических качеств современных маневренных летательных аппаратов (ЛА) возможно лишь в случав создания нави­ гационных систем, реализующих новую методологию аэрометрии. Су­ ществующая концепция измерений воздушно-скоростных параметров (ВСП) ЛА основана на измерении трех величин: статического давле­ ния, полного давления и температуры заторможенного потока - и реализует принцип невозадущаемости. Использование данной концепции на маневренных ЛА приводит к большим методическим погрешностям измерений ВСП уже при углах скоса потока, больших 30 градусов.

В докладе рассматривается альтернативный метод построения надежной и высокоточной аэрометрической системы. Метод основан на новой методологии аэрометрии, заключающейся в том, что измери­

тель параметров потока, расположенный на поверхности заданной кри­ визны, единственным образом возмущающей воздушный поток, может быть использован одновременно дня измерения всех ВСП ЛА. В этом случае происходит переход от линейной по параметрам модели измере­ ний к нелинейной. В связи с этим устраняются методические погреш­ ности и существенно расширяется диапазон измеряемых углов скоса потока. Автором предложена математическая модель измерений полуэмпирического типа, содержащая взаимосвязь геометрических парамет­ ров ЛА и параметров воздушного потока. Модель допускает использо­ вание принципа суперпозиции для шести пространственных движений ЛА и удовлетворяет сумме логических и структурных требований, за­ ложенный в новой методологии аэрометрии.

Исследована область адекватности математической модели изме­ рений и предложен алгоритм, реализующий данную модель на борту ЛА. В докладе отражены результаты работы автора по разработке конкрет­ ной аэрометрической системы для маневренного ЛА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕПРЕРЫШОЙ ПРИВЕДЕННОЙ МОДЕЛИ САУ ТРДД ПО КОЭФФИЦИЕНТАМ ДИСКРЕТНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Н.Г.Ламанова, студент А.П.Корзухин

Использование алгоритмических методов повышения отказоустой­ чивости цифровых САУ и, в частности, методов, основанных на тео­ рии калмановской фильтрации, предполагает наличие адекватной дис­ кретной стохастической модели. Назовем дискретной физическую мо­ дель, полученную в результате пакетной или рекуррентной идентифи­ кации по дискретным измерениям сигналов выхода и входа САУ ТРДД.

С целью исключения влияния на модель изменений скорости и высоты полета, вызывающих расслоение характеристик двигателя, вводится модель, приведенная к стандартным атмосферным условиям. Параметры приведенной и физической моделей связаны известными со­ отношениями, которые позволяют найти связь между их коэффициента­ ми. Известно, что переходные матрицы дискретной модели, которые эквивалентны матрицам непрерывной модели, могут быть представлены в виде соответствующих степенных рядов и вычислены. Однако при определении коэффициентов непрерывной модели по переходным коэффи­ циентам дискретной модели возникают очевидные трудности.

Рассматривается линейная векторно-матричная математическая модель в форме Коши. Ддя этой модели разработан алгоритм перехода от дискретной физической модели к непрерывной приведенной. Полу­ чены соотношения между матрицами коэффициентов этих моделей, а также между физическими и приведенными шумами возмущения и изме­ рения. Учтена поправка на корреляцию между частотами вращения вентилятора и компрессора. Коэффициенты исходной дискретной фи­ зической модели оценивались по методг наименьших квадратов. При идентификации использовались записи сигналов измерений параметров

/Vs , Nk » Рк » TV , GTy Период квантования 0,04 с. Структура модели полагалась известной.

ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ КУРСОУКАЗАТЕЛЬ С.Г.Николаев

Известно, что традиционно в гироскопических курсоуказателях в качестве чувствительного элемента использовался специализирован­

ный гироскопический датчик, спроектированный для целей курсоуказа-

ния.

Особое внимание при этом уделялось качеству подвеса гироско­ па, уменьшению вредных моментов, действующих на гироскоп, особен­ но по вертикальной оси подвеса. Имелось большое разнообразие кон­ структивного оформления подвесов: чувствительные элементы взвеши­ вались в жидкости, применялись трехстепенные поплавковые гироско­ пы, гироскопы на вибрирующих опорах, гироскопы, подвешенные на торсионах, гироскопы с электромагнитным и электростатическим под­ весами и т.д. Все конструктивные варианты чувствительных элемен­ тов гироскопических курсоуказателей имели специализированное на­ значение и не могли применяться в других приборах.

Внастоящее время просматривается тенденция использовать для построения различных гироскопических приборов типовые, серийно вы­ пускаемые гироскопические элементы, например, динамически настраи­ ваемые гироскопы, что позволяет снизить массу, габариты и стои­ мость приборов.

Вработе рассмотрена схема гироскопического курсоуказателя с чувствительным элементом на базе модуляционного динамически настра­ иваемого гироскопа, получены дифференциальные уравнения движения прибора, проведен расчет параметров, исследованы вопросы устойчиво­ сти и сделана оценка основных погрешностей.

УДК 629.705:681.518

ОБНАРУЖЕНИЕ ОТКАЗОВ ДАТЧИКОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

И.И.Нечитайло

Рассматривается метод определения отказов датчиков, основан­ ный на сравнении идеального вектора состояния с действительным, полученным путем измерений. Их разность дает уравнение ошибки.

Для описания динамики устойчивости объекта используется ли­ нейная модель дискретного стохастического процесса. Вектор состо­ яния представляется в виде подвекторов состояния наблюдаемого и ненаблюдаемого. Вычисления с помощью уравнений, описывающих дина­ мику наблюдений, позволяют найти расчетную траекторию в наблюдае­ мом пространстве.

В представлении векторов и переходных матриц выделяются эле­ менты, которые относятся к исследуемому датчику и к остальным дат­ чикам, сгруппированным вместе. Расчетная траектория сравнивается с фактическими измерениями. Составляются связанные уравнения оши­ бок, описывающие поведение отклонений поступающей от датчиков информации от идеальной. Для разделения ошибок отдельного датчи­ ка и всех остальных, сгруппированных вместе, используется квадра­ тичный критерий качества. Рассчитывается допустимая область рабо­ ты исследуемого датчика и устанавливается критерий его отказа.

При расчете опорной траектории требуется определить оценку наблюдаемого подвектора вектора состояния. Для этого строится наблюдатель уменьшенного порядка путем разбиения переходной мат­ рицы и матрицы управления на подматрицы в предположении, что шу­ мы объекта и измерения - белые гауссовские шумы.

Если оказывается, что исследуемый датчик не отказал, то про­ веряется работоспособность всех остальных датчиков, сгруппирован­ ных вместе. По аналогии с отдельным датчиком определяется область допустимого функционирования всех остальных датчиков. Если раз­ ность между вычисленным и измеренным векторами находится в данной области, то все датчики считаются работоспособными.

Составляется критерий отказа одного или нескольких оставших­ ся датчиков. Для уменьшения времени вычислений одновременно с проверкой работоспособности отдельного датчика проверяется работо­ способность остальных датчиков.

ГРАШТАЦИОШШЙ ВЕРтаШЬНЫЙ ГРАДИЕНТОМЕТР

В.М.Субботин

Внастоящее время в ряде стран мира ведутся безуспешные по­ пытки создания полевых гравитационных вертикальных градиентомет-

^°В* Эти градиентометры могут использоваться в геодезической гра­ виметрии, в разведке полезных ископаемых, в изучении физики и фи­ гуры Земли и для целей автономной навигации.

Трудности создания таких градиентометров видны:

а) при косвенном методе измерения с абсолютной погрешностью в I Этвеш на I м нужен вертикальный гравиметр с диапазоном изме­

рения порядка 400-0,1 мкГал; б) при классической схеме градиентометра с двумя грузами на

разных высотах для таких же измерений требования к относительной погрешности обеспечения конструктивных параметров имеют порядок.

ПТ 11.

ВПГТУ разработан ряд принципиальных схем градиентометров, защищенных патентами России, в которых преодолены указанные труд­

ности. Одна из схем градиентометра (патент 2003137, Госреестр изобретения от 25 ноября 1993 года) содержит по существу три ак­ селерометра, расположенных на разных высотах, два из которых (на­ зовем их измерительными) имеют диапазон 400-0,1 мкГал и третий - диапазон порядка 9,8 м/с2.

Датчик перемещения электрической пружины 3-го акселерометра через усилитель соединен с дополнительными датчиками силы измери­ тельных акселерометров, компенсирующих силу тяжести от ускорения свободного падения места расположения 3-го акселерометра. По сиг­ налам измерительных акселерометров определяется величина гравита­ ционного вертикального градиентометра.

В работе разработаны теоретические основы расчета предлагае­ мых акселерометров, а испытания изготовленных элементов макетного образца градиентометра показали возможность создания гравитацион­ ных вертикальных градиентометров с абсолютной погрешностью измере­ ния не более I Этвеша.

АВТОНОМНОЕ ВОДОЛАЗНОЕ НАВИГАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С.Г.Николаев, студент А.Б.Тросиненко

Известно, что в настоящее время началось интенсивное освое­ ние Мирового океана. Оно ведется по двум основным направлениям: разведка и добыча нефти и газа при прибрежном шельфе и освоение глубин Мирового океана, например, поиск глубоководных залежей железо-марганцевых конкреций.

Освоение этих направлений дало толчок развитию и созданию новых видов техники: морских платформ для бурения и добычи нефти и газа на прибрежном шельфе, глубоководных морских платформ, оби­ таемых и необитаемых подводных аппаратов, принципиально нового водолазного оборудования.

Эксплуатация подводных месторождений полезных ископаемых и обслуживание техники потребовали создания подводных навигацион­ ных систем для определения местоположения подводных аппаратов и самого человека.

Для целей-подводной навигации обычно используются гидроаку­ стические средства.

В докладе рассмотрено автономное водолазное навигационное устройство, проведен анализ гидроакустических навигационных средств с длинной и короткой базами, сделана оценка основных погрешностей гидроакустического метода навигации, разработана структурная схема автономного водолазного навигационного уст­ ройства, разработан алгоритм определения координат водолаза, для выбранного типа микропроцессора разработана принципиальная электрическая схема автономного водолазного навигационного уст­ ройства.

ПОЛИГАУССОВ ФИЛЬТР В ЗАДАЧЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТОЧНОСТИ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА ПОСЛЕ ЗАТЕМНЕНИЯ СПУТНИКОВОГО СОЗВЕЗДИЯ

А.П.Колеватов

Рассматривается задача высокоточного определения координат объекта в комплексе: прецизионная инерциальная навигационная си­

ференциальном режиме и в фазовом .канале. Такой режим работы поз­ воляет обеспечить точность определения координат объекта до еди­ ниц сантиметров.

После затемнения спутникового созвездия ошибка в определе­ нии координат объекта оказывается кратной целому числу периодов несущей и зависит от времени затемнения. Для восстановления точ­ ности определения координат объекта и определения количества про­ павших периодов несущей предлагается использовать полигауссов фильтр.

Применение полигауссова фильтра предполагает назначение па­ кета гипотез по всем возможным значениям потерянных периодов и их соответствующих вероятностей. Количество гипотез определяется в зависимости от среднеквадратического значения ошибки определе­ ния спутниковых дальностей по данным инерциальной навигационной системы на выходе из зоны затемнения по правилу ’’трех сигм". По каждой гипотезе решается задача калмановской фильтрации и ведет­ ся расчет апостериорной плотности вероятности. Количество про­ павших периодов несущей определяется осреднением данных по всем гипотезам или выбором гипотезы, имеющей наибольшую вероятность.

Метод является эффективным при сравнительно небольших (до 10 минут) интервалах затемнения.