
книги из ГПНТБ / Свешников А.А. Вероятностные методы в прикладной теории гироскопов
.pdf§ 4.61 |
ПРИМЕРЫ НА ИССЛЕДОВАНИЕ ГУ |
28? |
Выполнив преобразования, аналогичные преобразованиям при вы воде формул (318) и (319), получим (сохраняя главные члены
в формулах)
t
а (/) = |
— |
ь" |
J? е '"'А'ф (х) sin кх d x , |
|
|
|
|
О |
(4,580) |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
ß (t) = |
— |
§ |
Jf e XT./fф(x) cos &x dx. |
|
|
|
|
0 |
|
При заданном в примере значении t верхний предел интегри рования в формуле (580) может быть принят равным оо. В этом случае с учетом заданного вида корреляционной функции (х) после выполнения интегрирования будем иметь
-іЛ _ |
|
^2<3Ф (4ф(А + Хф) + Цф(х + Дф) | |
(к — 4ф)-f (Хф(х-{-рф) |
||||
а \ Ч |
X Z |
2& 24ф |
(( |
X - j- (Хф)2 + [к -f- |
Хф)2 |
(х -f- Цф)2 + |
(к — Хф)2 |
. |
11 |
V _J____+ |
|
|
|
||
|
к-a'1.Xj. ( |
|
Хф-р А |
|
Хф—к |
= 0,17 ■І О ” 8 рад, |
|
|
|
|
|
||||
Р0 ) = и _ ± Д (Т+ |
|Гф)2 + (Хф + X:)2 |
(х + |
(Хф)2 (Хф — /с)2 |
||||
Следовательно, |
|
|
|
= |
—31,8 • ІО“ 8 рад- |
||
|
|
|
|
|
§ (t) = (0,17 — 31,8 • г) ІО' 8 рад.
Подставляя в формулы (578) и (579) выражения для Щ (х) и Къ (х),
учитывая при этом, что К^ (х) = |
—К ф (х), |
(х) = —К j (х), и полагая |
||||||
верхний предел интегрирования равным оо, получим |
|
|
||||||
K b{t, t): ( х 2 + Щ г 2 |
|
- fj-ѳ |
Xe)2 |
Xe + |
N |
' t^e + |
Xe |
|
£ 2 |
x + Цѳ)2 + |
(k + |
(x + Pe)2 + |
(k — Xe)2. |
|
|||
Hj, + x| |
Хф |
(Хф |
|
_____ Хф+ Рф_____ |
I |
|
||
■I’ L(x + |
Рф)2 + |
(Л + |
Хф)2 |
(х + Рф)2 + (4 —Хф) 2 |
I |
|
||
|
|
|
|
|
— | 8 (г)|* = И7 • І О * 8 |
рад2 ' |
Для вычисления D [а (?)] в соответствии с (287) достаточно опре делить вещественную часть Rs*s(t, t). На основании (579) имеем
t |
|
Re R m (t, <) = % \ e~" {f* 3 (K-é(X) + Къ W + ^ ф |
W] cos kx + |
+ A (x2 + k2) [K§ (x) -f |
(x)] sin Ax} dt, |

288 ГУ, ОПИСЫВАЕМЫЕ ЛИНЕЙНЫМ И УРАВНЕНИЯМИ [ГЛ. 4
что после подстановки выражений для К j (т) и |
(х) дает |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
п'і, / . . 2 - J - Т 2 Ч |
|
|
ІГ |
( k _ |_ |
+ Ң-ф ( * + |
Р ф ) |
|
||||||
R в / ? , . » (t |
t \ ______— |
|
Ф |
|
---- і (X- -г |
Л |
^ ^ |
|
________ |
_ |
|
|
|||||
|
|
|
f y 2 |
J |
Ht |
|
" |
T- |
|||||||||
!8( |
’ ’ ~ g ' - A -----Ц----- ( |
|
+ |
(x + рф)2 + (k + Хф)2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
Лф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
^ф) |
|*ф(*~l~ н*ф)1, |
|
I Г |
* (^ф |
і^ф) |
|
I |
* (^ф |
^ф) |
1 I I |
||||||
(x + Г’ф)2 + (* —• Хф)2 j |
|
Ь 1 + Рфрф)22 + (fc^ + ХфЧ)2 |
(х+грф-Ф)2+ (Xх—^Хф)2 J. I |
||||||||||||||
|
|
|
/у.2 I |
В2\ JъсУ2 |
I |
і.2\ Г |
(к + |
Хе) + |
Г-е (х + |
Рв) |
|
|
|||||
|
|
|
( + ) г ( + }L н + рѳ)2+ ( * + *ѳ) 2 |
|
|
|
|||||||||||
|
Х-8 №— Хе) — В (* + Г-е) |
]+4 ^+ |
■Пв ~ |
Pb) |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
( х + Р ѳ ) 2 |
+ ( * |
— |
Х9) 2 |
Рѳ)2 + |
(X + |
ХѲГ |
|
|
|
||||||
|
|
■ |
x |
(^8 |
+ Pe) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pad2. |
||
|
|
(x + Рѳ)2 |
|
|
L _ ] } ) — Re [Ь (t)f = 0,155 • ІО- 8 |
||||||||||||
|
|
+ (& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Подставляя полученные значения |
К ь (t, t) |
и Re Rm |
(t, |
t) |
в |
фор |
|||||||||||
мулу (285), находим искомое значение дисперсии |
|
|
|
|
|||||||||||||
D [a (і)] — у |
[Кь(t , |
t) + |
Re Rb*b (t, |
#)] = |
0,586 • Ю' 6 Рад2> |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
оа = |
\JD [а (£)] = |
0,765 • 10 3 pad = |
2,8 угл. мин. |
||||||||||
Пример |
4.15. |
|
Определить |
математическое ожидание |
и ди |
||||||||||||
сперсию ошибки |
a (t) |
авиационной ГВ, основанной на использо |
вании трехстепенного астатического гироскопа с маятниковой кор рекцией, имеющей линейную характеристику, если в осях под веса имеет место жидкостное трение с коэффициентами трения п 1= п 2= п = 5 0 Г см сек, углы отклонения физических маятников Хі (Оі Хг №» угол тангажа самолета &(t) и угол крена самолета 7 (t)
являются независимыми нормальными стационарными случай ными функциями, имеющими нулевые математические ожидания и корреляционные функции вида
|
|
Kj (т) = а2 е~Мт 1 ^cos к л -|- ^ |
sin X^. | т |j > |
|
|||||||
где / = |
1, 2, 3, 4 соответственно, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
а2 |
= |
D [Xi (0] = |
8,05 • 10~ 4 |
pad2, |
р1 =0,21/сек, |
X4 = |
3,5 1/сек, |
||||
а| = |
D [X2 (^)] = |
3,05 • IO- 4 |
paö2, |
р2 |
= |
0,3 |
1/сек, |
Х2 |
= |
2,5 1/сек, |
|
а 2 |
= |
D [&(і)] = |
6,9 • 10~ 4 pad2, |
р3 |
= |
0,3 |
1/сек, |
Х3 |
= |
2,51/сек, |
|
а2 |
= |
D Гт (£)] = |
6,9 • ІО- 4 pad2, |
р4 |
= |
0,2 1/сек, |
Х4 |
= |
3,51 /сек. |
Удельная скорость коррекции одинакова по обеим осям и равна х=0,05 1/сек, кинетический момент гироскопа //=4000 Г см сек,
начальные условия нулевые, а время t больше времени корреля ции для всех внешних возмущений и больше времени переходного процесса системы.
Р е ш е н и е . Система уравнений рассматриваемого ГУ будет отличаться от системы (271) для корабельной ГВ только обозначе-
§ 4.6] ПРИМЕРЫ НА ИССЛЕДОВАНИЕ ГУ 293
и |
формулой |
(1.124) |
определяются равенствами |
|
с / |
\ _____ 2з0р.д (р.| 4- Ад)______. |
|
||
8 1 |
’ *[(^ + Рд2 + А?)2 - 4 \ 2о>2] |
|
||
|
|
|
___________ 2gijpe (но + |
Ч)________ _ |
|
|
|
тс[(ш -- ірд)2— Ад] [(«-)- Що)2— Xg] I |
|
|
2а|^(р| + ф |
(4.589) |
||
|
|
|||
1 |
i t |
[ (<*>2 + р | + |
Х |) 2 — 4A |ü> 2 ] |
|
|
|
_ |
2а|цф (Цф2+ А|) |
|
|
|
|
IX [(ft) — г'Рф)2— А|] [(ш + |
(>ф)3 — А|] |
Подставляя (589) в (587) и (588) и интегрируя полученные вы ражения по ш от —со до -(-со, получим искомые дисперсии
D[a(0] и D[ß(0I- Доведем расчет до конца для дисперсии D [«(£)]. Записав для этой цели числитель второго слагаемого в (587) в виде полинома и учитывая при этом, что полиномы
[(іи> - f fXg)2 4- Х|], |
[(ко -f- рф)2 -f- Х|], |
|
{J ГГ) ^ Г.э“ 4 — [П1П2+ Я 2 + I P |
(7 Гі) + |
J г.э)]“ 2 + |
+ РР2+ |
і [—(п2/ , ч + n j t' „) О)3 + (щ + п2) ZPu)]} |
имеют корни только в верхней полуплоскости, формулу (587) можно представить в виде
с л.л__^Ogpg (pf + |
Ад) п\н20)і , |
|
|
|
|
( ' ~ |
-------- Чіі -------------------------- |
Г |
|
|
|
|
it|<?e(!“) |2 |
(гіі - 2IPJC,э) 0)4 + |
12Р2ШЦ |
|
|
|
2а|рф (р| + |
А|) ПІ [/2. эО)6 + |
|
||
+ |
------------------------ |
к |
(іо,)"|2------------------------ |
> |
(4.590) |
где |
|
|
|
|
|
Ql (s) — a?0s6 + a8s5 + a[|s4 + a8s3 + afs2+ afs -)- a\,
a 0 |
J T T ) J T . 8> |
n j r э + |
и ,/гч, |
|
|
a\ = |
2pe7ri}7r., + |
|
|||
«S = Ң + |
X?) / г/ |
г.э + піЩ + H2 + lP (Jrn+ J T^) + |
|||
|
|
|
|
|
”f~ ^Ho ( ^ l J г . э “t~ ^2 J rij) > |
al — (ni + |
Щ) lP + |
(Но + ^) K 7 P<э + |
n2J Гт1) + |
||
|
|
|
|
+ 2р.е [HjHj + Я 2 + / Р ( 7 г э + 7 Г1))], |
|
< = |
(и? + |
X*) [п Л |
+ Я 2 + |
IP ( J rn + |
7 Р ,)] + |
|
|
|
|
|
+ 2 рѳ (пі + nè lp + PP2) |
al = |
(н| + |
Xg) (щ + |
nt) IP + |
2 ^ l2P2, |
al = (p2 + X2) l2P2, |
а коэффициенты у полинома (s) отличаются от соответствую щих коэффициентов полинома ф” (s) только тем, что рѳ и Хд нужно заменить на рф и Хф соответственно.
294 |
ГУ, ОПИСЫВАЕМЫЕ |
ЛИНЕЙНЫМ И |
УРАВНЕНИЯМИ |
[ГЛ. 4 |
||||||
|
Интегрируя (590) по ш, получим |
|
|
|
|
|||||
D [я (0) = |
—^® |
|
|
j |
- (І(-0—|- |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
_ J 9 8 ( 4 I S |
|
|
|
|
|
|
2 4 M 4 |
+ Ц) |
n\ |
7 J\. 8ü>6 + |
(и| — 2 Я / Г. g) »4 + ПРЧ ■d«0 . |
(4. 591) |
||||
|
|
|
|
|
I.Oe 0 «) I |
|
|
|
|
|
Подынтегральные выражения интегралов, входящих |
в (591), |
сов |
||||||||
падают по своему виду с |
выражением (1 . 117). Следовательно, |
|||||||||
эти интегралы |
могут быть |
вычислены с помощью таблицы |
1 . 1 . |
|||||||
Подставляя числовые значения примера и обозначая |
коэффи |
|||||||||
циенты полинома, |
стоящего в числителе первого интеграла, через |
|||||||||
6 ®., а для |
второго |
интеграла |
через М, получим Ь®= 1 , |
5®= |
5 ®= |
|||||
= |
Ь®= Ь» = Ö* = |
0, |
Щ = 0 , |
Ь? = 0, |
b f = / s . = 3èoO, Щ = (п\ — |
|||||
•— 21PJT э) = —2,6534 • ІО5, bf = l2P2= 48,928 • 10s, |
6 f = |
0, |
a?,= |
|||||||
= |
9 -IO3', |
aj = |
8,22 • 103, a®= 4,84 • 1010, |
a\ = 3,8723 • 109, |
a« = |
|||||
= |
8,6202-IO9, |
a®= 4,3474 • ІО5, |
a®= 8,7094 • 10s, |
a* = 9-103, |
||||||
af = 9,3 • |
103, |
|
af = 4,84 |
• 1010, |
af = 9,680 • |
109, |
|
af = |
||
= |
3,1465 • 1010, |
af — 1,1367 • 106, |
ci$= 3,1803 • ІО6. |
Подставляя |
||||||
эти значения в соответствующие формулы таблицы 1 . 1 |
и вычис |
|||||||||
ляя коэффициенты интегралов в формуле (591), получим |
|
|
||||||||
|
D [а (£)] = 1,5370 • ІО-8 рад2, |
<за= |
1,24 • ІО- 4 |
рад. |
|
Для проверки возможности пренебрежения инерционными членами
в системе |
уравнений |
ГМ (359) нужно отбросить слагаемые 7Г8ß |
|||||||||
и 7ri]ä и повторить все проведенные выше выкладки. |
Того же |
||||||||||
результата можно достигнуть, |
положив в окончательной |
формуле |
|||||||||
(590) и |
в |
формулах |
для |
коэффициентов |
а®., а|, Ь®. и |
7Г = |
|||||
= 7Г 8 = |
0. |
Идя |
этим |
путем, |
замечаем, |
что степень полиномов |
|||||
QI (гш) и |
|
(іш) уменьшается на 2 , |
и следовательно, будем иметь |
||||||||
D [»(*)] = |
|
j |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
, |
7 |
2<Фч Н + Н) |
п$(“г“ 4 + г2/>2“2) л |
(4.592) |
|||||
|
|
+ |
-------- — |
------1п ф '7. |
,|2 -------------------- d w ’ |
||||||
|
|
|
|||||||||
где |
<?4 (s) = |
аУ + |
a ? s 3 + |
аУ + als + |
a4> |
|
|||||
|
|
||||||||||
|
|
a® = |
|
+ |
Я 2, |
|
|
|
|
|
|
|
|
а\ = |
(«1 + |
п 2) IP + |
2 р ѳ ( щ щ + |
Я 2), |
|
||||
|
|
а \ = |
( 9 в + |
х ѳ) К |
п г + |
Я 22 !і) ѳ+(п і + п і ) l P + P P 2, |
|||||
|
|
al = |
+ |
Xe) (ni + |
nè lP + |
2 Ы 2 р 2 1 |
|
||||
|
|
«? = |
W + XD |
^ |
|
|
|
|
|
§ 4.6] |
ПРИМЕРЫ НА ИССЛЕДОВАНИЕ ГУ |
295 |
а коэффициенты полинома Q\ (s) отличаются от коэффициентов полинома Ql (s) только заменой индекса «О» на «Ф».
Для коэффициентов полиномов, стоящих в числителях (592), сохраняя прежние обозначения, получим
|
4 = 1 , |
4 = 4 = 4 = О, |
||||
|
Щ= п\, |
Щ= РР\ 4 = Щ= 0. |
||||
Подставляя числовые условия примера, получим |
||||||
а®= |
4,840 ■1010, |
4 |
= |
3,8722 ■10®, |
||
4 |
= |
8,620:1 |
• 1 0 й, |
4 |
= |
4,3474 • Ю5, |
а\ = |
8,7094 • ІО5, |
4 |
= |
9,6802 • 10®, |
||
4 |
= |
4,84 • 1010, |
4 |
= |
100, |
|
4 |
= |
3,1465 • 1010, |
4 |
= |
11,367 • ІО5, |
|
4 |
= |
3,1804 • 10е, |
4 |
= |
4 = о, |
|
4 |
= |
4,8929 • 10«, |
|
|
|
|
4 = 1 , |
4 = 4 = 4 = о. |
|
||
Подставляя |
эти значения |
в соответствующие формулы таблицы |
|||
и вычисляя коэффициенты в (592), находим |
|
||||
D [а (*)] = 1,5212 • ІО' 8 рад’2, |
аа = |
1,23 • 10' 4 |
рад. |
||
Сравнивая |
последний |
результат |
со |
значением |
D [ а(^) ] == |
= 1,5370 - ІО' 8 рад2, видим, что учет инерционных членов в рассматри ваемом примере не оказывает существенного влияния на дисперсию ошибки ГМ. Малое изменение дисперсии при отбрасывании инер ционных членов является оправданием использования формул прецессионной^теории при решении многих прикладных задач, однако при этом следует иметь в виду, что могут встретиться за дачи, при решении • которых существенное значение играет не только величина дисперсии ошибки а (і), но и более тонкая струк тура спектральной плотности »Sa (ш). Это может иметь место, на пример, при прохождении случайной функции а (t) через динами ческую систему, играющую роль фильтра. Если этот фильтр является нечувствительным к частотам, соответствующим спек тральной плотности найденной в рамках прецессионной теории, но пропускает частоты, возникающие при использовании полных уравнений, то учет инерционных членов может оказаться существенным.
Пример 4.17. Определить дисперсию ошибки a(t) инерциаль ной вертикали при работе последней в течение времени t, если ИВ установлена на самолете так, что ось наружного карданова кольца стабилизированной площадки лежит в плоскости симметрии самолета, угол тангажа & (t) и угол крена у (і) — независимые
296 |
ГУ , О П И С Ы В А Е М Ы Е Л И Н Е Й Н Ы М И У Р А В Н Е Н И Я М И |
[ГЛ. 4 |
стационарные случайные функции времени, в осях подвеса имеет место жидкостное трение, параметры ИВ Н, / г э, / г1і, пх= п 2—п заданы, а корреляционные функции &(t) и у (t) имеют вид
Ка (х) = о|е-^ІВ ^cos Xöx + ^ siu Ха | х |) ;
Щ (т) = |
н1т| ^ со.ч Хтх -f ~ sin Хт I х Ij . |
|
Р е ш е н и е . Рассматриваемая ИВ описывается системой урав |
||
нений (335), в которой ф (t) нужно заменить на &(t), |
а Ѳ (t) — на |
у (<). Так как в данном случае п1 = п 2, а начальные условия яв
ляются нулевыми, то справедлива формула (382) |
и следующая |
||
из нее формула |
(384): |
|
|
|
t t |
|
|
D [* ( * ) ] = S S \p к х2) я*, (ті — т2) + |
|
|
|
|
о о |
|
|
+ Q (Т1 , h) |
(хі — хг) + 2N (т1 . тг) |
(*! — s ) \ d \ d i 2, (4. 593) |
|
где ѵх и ѵ2 определяются формулой (380), Р, Q и |
N — форму |
||
лами (385), а Xj |
(t) и Х 2 (t) — формулой (380), в которой ф нужно |
заменить на &, а Ѳ — на у. Выполнив последнюю замену (пренебре
гая при этом /гу по сравнению с НЬ, |
а пЬ по сравнению |
с Н у), |
|||
получим |
|
|
|
|
|
|
« 2# 2 |
я - . , \ |
« 2 ~ |
|
|
|
(№ + «2)2. К а |
— |
|
|
|
к *><?)■■ |
«2Я2 |
2 |
Я |
2 |
(4.594) |
|
(№ + « ) |
|
|
(t)= о.
Всоответствии с формулой (380)
= - |
У 1 + |
]/ 1 -{- |
ѵ— ] / Jr — 1)24 • 1 0 3 1 /сек, |
И2 |
|
g . = —14,1. Ю-М/сек. |
|
|
|
||
<2 У 1 + /Г2 |
|
|
|
Следовательно, |
| ѵ2| |
и в формулах (385) для полиномов |
|
Р ( т1, т2) и Q ( Т1} |
х2) слагаемыми, имеющими множитель ѵ2, можно |
пренебречь сравнительно со слагаемыми, имеющими множитель ѵг Выполнив эти преобразования и учитывая (594), вместо (593) получим
[sh Vjtj sh v2x2 cos VjTj cos v{z2Ka (x2 — Xj) -f-
D [.y > ]= - £ . ( (
о о + ch ѵ2хх ch v2x2 sin v1 x1 sin vxx ( x 2 — xx)] dxxdx2-