книги из ГПНТБ / Карпухин А.В. Приборы систем управления ракет учебное пособие

210

отклонения платформы в обращенном подвесе оказываются гораздо меньшими, чем при наружном подвесе.

Принципиальная кинематическая схема ГСП с наружным кардановым подвесом показана на рис.4 . 8. С платформой П неизменно связаны оси X,Y,Z , с осью наружной рамы карданова подвеса - оси x H,yH,zH.В исходном положении одноименные оси координат совпадают.

В ГСП, строго говоря, только центральный элемент, установ­ ленный в кардановом подвесе, является стабилизированной плат­ формой, однако стало общепринятым применять термин гиростабилизированная платформа для обозначения всего гироскопического прибора или устройства.

На платформе жестко установлены три двухстепенных гироско­ па Га , Ту, Tz с большим кинетическим моментом. Гироскопы уста­ навливаются таким образом, чтобы в исходном положении ГСП ось чувствительности (измерительная ось) каждого гироскопа была параллельна строго определенной оси карданова подвеса. Оси карданова подвеса являются осями стабилизации прибора. Кроме гироскопов на платформе либо расположены непосредственно, либо связаны с ней через программные и установочные механизмы три акселерометра (для надежности может быть и более), измеряющие линейные ускорения летательного аппарата в трех взаимно пер­ пендикулярных направлениях. Направления измерения ускорений могут быть строго фиксированными или могут изменяться по не­ которой наперед заданной программе.

Платформа на подшипниках устанавливается во внутренней ра­ ме подвеса. По оси вращения платформы расположены командный датчик ДУг , ротор которого жестко скреплен с внутренней ра­ мой, а статор через ПМ связан с платформой и, следовательно, стабилизируется ею. С осью площадки посредством зубчатой пере­ дачи свяган ротор стабилизирующего двигателя СДг, корпус кото­ рого закреплен на внутренней раме. На платформе также устанав­ ливается зеркало и улавливатель арретира (на рисунке не пока­ заны).

Внутренняя рама цапфами на подшипниках закреплена в на­ ружной раме. С одной стороны с осью внутренней рамы через пе­ редачу связан ротор датчика командного сигнала ДУ,, с другой - ротор стабилизирующего двигателя СДХ . Статоры датчика ДУа и двигателя СДХ установлены на наружной раме. Ось наружной рамы установлена на подшипниках в корпусе прибора. С ней связаны

211

командный датчик угла ДУу и стабилизирующий двигатель СДу . Кроме отмеченных элементов ГСП имеет также арретир, кото­

рый на рисунке не показан.

Для измерения угловых отклонений летательного аппарата ГСП может устанавливаться на нем различным образом. Возможна такая установка ГСП относительно связанных осей движущегося объекта:

через свой усилитель стабилизации электрически связан с дви­ гателем стабилизации по той оси, которая является осью чувст­ вительности данного гироскопа. Рассмотрим, к примеру, стаби­ лизацию ГСП относительно оси наружной рамы. Если по оси наруж­ ной рамы булзт действовать момент внешних сил М, то гироскоп Ту начнет 1оецессировать и возникший при этом гироскопический момент уравновесит момент внешних сил и тем самым воспрепятст­ вует движению платформы вокруг оси наружной рамы ун . Но вслед­ ствие отклонения гироскопа в результате прецессии датчик угла ДУу выдаст сигнал, пропорциональный углу прецессии. Этот сиг­ нал поступит в усилитель стабилизации и затем на управляющие обмотки стабилизирующего двигателя СДу, который разовьет мо­ мент, приложенный по оси у н и направленный в сторону, обрат­ ную моменту М. По окончании переходного процесса прецессия ги­

ружной рамы будет разгружена "от момента внешних сил.

Датчики командных сигналов ДУа , ДУу, ДУг выдают в систему управления управляющие сигналы, пропорциональные углам откло­ нения объекта от заданного углового положения, которое задает­ ся при выставке ГСП.

Представим, что объект с указанным выше расположением на нем ГСП поворачивается произвольным образом относительно осей X, Y, Z , материально воспроизводимых платформой и соответствую­ щих первоначальной ориентировке осей ГСП, которая обеспечива­ ется автоматически перед стартом. При этом возможны следующие положения.

213

устанавливаться на ракетах для стабилизации приборов измере­ ния или интегрирования ускорений, а также в качестве чувстви­ тельного элемента автомата угловой стабилизации.

При использовании ГСП для измерения угловых параметров ракеты производится первоначальная выставка (приведение, или коррекция) платформы на стартовой позиции перед пуском ракеты. Задача выставки сводится к тому, чтобы придать платформе такое положение (соответствующее осям стартовой системы координат), относительно которого должно контролироваться угловое положе­ ние ракеты в полете. Существует несколько способов выставки платформы. Один из них заключается в том, что при помощи арретирующего устройства устанавливаются требуемые значения трех углов на кардановом подвесе, т .е . платформа ориентируется по отношению к корпусу ракеты.

Другой, более точный способ заключается в использовании акселерометров, устанавливаемых на платформе в навигационных

от бортовых систем, а подключаются к наземному усилителю кор­ рекции.

Платформа (рис.4 .8) считается выставленной, если она рас­

в сторону цели. В этом случае оси вращения маятников акселе­ рометров Дх и Дг располагаются по вертикали, а гироузлы гиро­ скопов - примерно в нулевом положении. Выставка, как и в слу­ чае гирогоризонта и гировертиканта, осуществляется автомати­ чески при помощи системы выставки или приведения (ГСП в этом, случае работает в режиме приведения). Чувствительными элемента­

двигатели.

Рассмотрим работу системы выставки по оси платформы. Блоксхема системы выставки по оси z Hприведена на рис.4 .9 , где двойными линиями показаны механические связи элементов, а оди­ нарной линией - электрические связи. Если платформа повернута относительно оси z Hи не занимает горизонтального положения,

214

маятник акселерометра Az под влиянием составляющей своего веса отклонится (так как вследствие отклонения платформы ось вращения маятника не будет занимать вертикального положения) и акселерометр выдаст электрический сигнал. Этот сигнал посту­ пит на усилитель коррекции и затем на управляющие обмотки дат­ чика момента ДМ2 гироскопа Гг . Датчик момента ДЫг разовьет момент, действующий по оси прецессии гироскопа.

Под действием момента от ДМХ гироузел гироскопа Г2 будет поворачиваться вокруг своей оси и возникнет гироскопический момент по оси г н , стремящийся повернуть площадку к требуемому положению (в сторону уменьшения сигнала с акселерометра Аг). Одновременно при вращении гироузла с датчика угла ДУ^ снима­ ется электрический сигнал, который поступит на усилитель ста­ билизации и затем на управляющие обмотки стабилизирующего дви­ гателя СД£. Двигатель развивает момент, который совместно с гироскопическим моментом начнет поворачивать платформу вокруг ее оси. При вращении платформы вокруг ее оси возникнет гиро­ скопический момент, направленный по оси прецессии гироскопа

времени гироузел гироскопа Г2 также вернется в нулевое поло­

ментом выставки является маятниковый элемент, возможны колеба­ ния платформы относительно ее выставленного положения. Чтобы исключить продолжительные колебания платформы, в усилителе

215

коррекции сигнал с помощью корректирующего контура преобразу­ ется и формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения сигнала на выходе акселерометра к г .

По оси хК выставка осуществляется подобным образом, только чувствительным элементом выставки является акселерометр Ах . Относительно оси ун выставка может быть осуществлена с помощью

чувствительных элементов выставки в установившемся режиме ра­ боты системы выставки, а также оптическим способом с помощью теодолита и зеркала, смонтированного на платформе.

Система выставки удерживает оси платформы в строго фикси­ рованном положении относительно стартовой системы координат, следовательно, она компенсирует кажущийся уход ГСП и ее инст­ рументальные ошибки. Выставку ГСП можно было бы произвести без включения в контур выставки гироскопа, т .е . посредством подачи сигналов с усилителя коррекции прямо на двигатели СД. Но в этом случае не было бы уверенности в том, что сами гиро­ скопы при выставленном положении ГСП находятся в нулевом поло­

жении. Рассмотренная система выставки осуществляет выставку не только платформы,но и гироскопов в исходное, нулевое,положение Работа системы выставки продолжается до момента старта,

после чего система выключается и ГСП начинает работать в ре­ жиме стабилизации.

Трехосному гиростабилизатору присущ недостаток, заключаю­ щийся во взаимном влиянии каналов стабилизации платформы. Для уяснения сущности этого 'явления рассмотрим пример. Пусть кор­ пус стабилизатора вместе с корпусом ракеты повернулся вокруг оси z H на некоторый угол 90° - . Наружная рама вместе с вну­ тренней рамой также повернется на этот угол, а платформа со­

217

При горизонтальном расположении платформы перед стартом и при движении объекта с ускорением в направлении, отличном

от направления осей прецессии гироскопов, на смещенные центры тяжести гироскопов будут действовать силы инерции, которые приведут к уходам платформы от ее положения, приданного ей пе­ ред стартом.

Для уменьшения взаимного влияния каналов, а также для умень­ шения уходов за счет неуравновешенности гироузлов гироскопов можно предусмотреть наклон платформы по отношению к стартовому горизонту в ее исходном положении на некоторый угол jCycnr При

влияние каналов уменьшают установкой по оси z Hкоординатного преобразователя ПК. Преобразователь координат служит для рас­ пределения сигналов, снимаемых с датчиков углов прецессии ги­ роскопов Гя и Гу , между каналами усилителя стабилизации для управления разгрузочными (стабилизирующими) двигателями.

При повороте объекта вокруг продольной оси х1 ПК так рас­

ворачивается вокруг оси его внутренней рамыл*) максимальный управляющий сигнал поступает на двигатель СДХ , а на СДу на­ пряжение не подается.

Точность работы гиростабилизированной платформы зависит от точности используемых для стабилизации гироскопов, их ухо­ дов, а также от датчиков углов, стабилизирующих двигателей и от качества работы усилителя стабилизации.

Особенностью работы ГСП в режиме стабилизации является то, что на ее уходы влияют только моменты, действующие по осям

носительно осей карданова подвеса с вычетом ухода за счет су­ точного вращения Земли.

218

и направлены на восток. Такая ориентировка (выставка) ГСП пе­ ред проверкой необходима для того, чтобы по наиболее простым формулам можно было бы вычислить уход платформы за счет враще­ ния Земли, т .е . определить кажущийся уход ГСП.

За установленное время t , которое выбирают не более 3-5 минут, с помощью оптических приборов (коллиматоров или авто­ коллиматоров) определяют, т .е . замеряют углы уходов платформы по трем осям карданова подвеса. Ошибка стабилизации вычисляет­ ся по следующим формулам:

ГСП превышает допустимую величину, можно с помощью реостата, включенного в цепь обмотки датчика момента ДМ, путем регули­ рования тока в обмотке уменьшить ошибку стабилизации до тре­ буемой величины. При невозможности добиться соответствия ухода ГСП допустимым значениям по любой из осей платформа не может быть поставлена на объект и подлежит отправке в ремонт. Вели­ чина уходов ГСП в настоящее время составляет 0,5 град/час и менее.

Если пренебречь перекрестными связями между каналами ста­ билизации, ГСП можно представить состоящей из трех независимо работающих друг от друга одноосных стабилизаторов. Каждый од­ ноосный стабилизатор представляет собой следящую систему по моменту внешних сил, которая осуществляет разгрузку оси карда­ нова подвеса от вредных моментов. К следящей системе предъяв­ ляют высокие требования по качеству и динамике процесса регу­ лирования. При появлении возмущающего момента по оси стабилиза­ ции возникают колебания платформы вокруг оси действия момента внешних сил с незначительной амплитудой. Эти колебания с тече­ нием времени затухают при некотором очень незначительном сме­

219

щении платформы относительно своего исходного положения. При проектировании ГСП стремятся подбором параметров си­

к изменению угла прецессии гироскопа и это приводит к быстро­ му затуханию колебаний.

Усилитель стабилизации имеет три подобных друг другу ка­ нала усиления и обычно выполняется на полупроводниковых трио­ дах. Блок-схема одного канала усилителя показана на рис.4 .I I .

Сигнал с выхода трансформаторного датчика угла прецессии по­ ступает на предварительный каскад усиления напряжения. После усиления переменный сигнал перед поступлением на корректирую­ щий контур КК, который устойчиво работает на постоянном или медленно меняющемся электрическом сигнале, поступает на фазо­ чувствительный выпрямитель ФЧВ (дискриминатор или демодулятор). На выходе ФЧВ получается сигнал постоянного тока, величина