3.5. Описание канала обратной связи

Для обеспечения функционирования ДНГ в режиме двухкомпонентного датчика угловой скорости вводят два канала обратной связи (ОС). Структурная схема канала ОС, используемого в ДУС на ДНГ КИНД05-091, входящего в состав гироскопического измерителя вектора угловой скорости (ГИВУС) КИНД34-040, представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Структурная схема канала обратной связи

Канал обратной связи состоит из датчика угла, усилителя обратной связи (УОС) и датчика момента. УОС имеет ограничение по максимальному выходному току I_max, оно необходимо для предотвращения подачи большого тока в обмотку датчика момента, так как это может нарушить его работу.

Передаточная функция канала обратной связи записывается следующим образом в операторной форме:

(2)

где K_ДУ – коэффициент передачи датчика угла;

K_ДМ – коэффициент передачи датчика момента;

K_УОС – коэффициент передачи усилителя обратной связи;

T₁, T₂, T₃, T₄, T₅ – постоянные времени корректирующих звеньев УОС.

При отклонении маховика относительно корпуса на угол ε_x (ε_y) датчик угла вырабатывает сигнал, который, проходя через усилитель обратной связи, подаётся на датчик момента, а тот в свою очередь создаёт приложенный к маховику момент :

(3)

Параметры канала обратной связи ДНГ КИНД05-091 представлены в таблице 3.3 [1].

Таблица 3.3. Параметры канала обратной связи ДУС на ДНГ КИНД05-091

Название параметра	Значение
Коэффициент передачи датчика угла, KДУ, В/рад	8,25
Коэффициент передачи основной обмотки ДМ, КДМ, Н·м/А	0,012
Коэффициент передачи дополнительной обмотки ДМ, КДМТ, Н·м/А	0,0008
Коэффициент передачи усилителя ОС, КУОС, А/В	50
Максимальный выходной ток УОС, Imax, А	0,13
Постоянная времени Т1, с	1
Постоянная времени Т2, с	0,057
Постоянная времени Т3, с	0,0032
Постоянная времени T4, с	0,0018
Постоянная времени Т5, с	0,0002

3.6. Механическая модель динамически настраиваемого гироскопа

Рассмотрим динамически настраиваемый гироскоп как механическую систему, состоящую из вала, двух колец внутреннего кардана и ротора [2]. Она представлена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Механическая модель ДНГ

Вал имеет три угловые степени свободы относительно основания и связан с кардановыми кольцами через упругие элементы, каждый из которых имеет угловую податливость вокруг одной оси. Таким образом, первое кольцо может отклоняться относительно вала вокруг оси y₁, а второе – вокруг оси x₂.

Маховик также связан с кардановыми кольцами через упругие элементы и отклоняется относительно первого кольца вокруг оси x₁, относительно второго – вокруг оси y₂.

В невозмущённом состоянии системы оси систем координат x₁y₁z₁ и x₂y₂z₂ совпадают.

Введём следующие системы координат:

XYZ – система координат, связанная с основанием (корпусом);

x_вy_вz_в – система координат, связанная с валом, не участвующая в собственном вращении;

xyz – система координат, связанная с маховиком, не участвующая в собственном вращении;

x₁y₁z₁ – система координат, связанная с первым кольцом;

x₂y₂z₂ – система координат, связанная со вторым кольцом;

x’y’z’ – система координат, связанная с ротором.

Основание движется относительно инерциального пространства с угловой скоростью, которая проецируется на оси, связанные с основанием как (ω_X, ω_Y, ω_Z).

Положение вала относительно основания задаётся последовательностью двух поворотов: на угол α₂ вокруг оси X и на угол β₂ вокруг оси y_в (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Положение вала относительно основания

Положение ротора относительно вала задаётся последовательностью двух поворотов: на угол α₁ вокруг оси x_в и на угол β₁ вокруг оси y (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Положение ротора относительно вала

Положение первого кольца относительно вала задаётся последовательностью поворотов: на угол φ вокруг оси Z_в и на угол α вокруг оси x₁ (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Положение первого кольца относительно вала

Положение второго кольца относительно вала задаётся поворотом системы координат на угол φ вокруг оси Z_в и поворотом на угол β вокруг оси y₂ (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Положение второго кольца относительно вала

Положение ротора относительно первого кольца задаётся поворотом системы координат, связанной с первым кольцом, на угол β вокруг оси y₁ (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Положение ротора относительно первого кольца

Тела, входящие в систему, имеют массовые характеристики. Зададим их через тензоры инерции.

Тензор инерции вала:

(4)

Тензор инерции первого кольца:

(5)

Тензор инерции второго кольца:

(6)

Тензор инерции ротора в предположении, что он симметричен относительно оси z’:

(7)