Содержание
1. Введение 3
2. Цель работы 4
3. Задание на выполнение работы 4
5. Математические модели скоростного гироскопа 8
6. Непараметрические модели скоростного гироскопа 13
7. Недостатки скоростного гироскопа 16
8. Порядок и методика выполнения работы 16
8.1. Порядок выполнения работы 16
8.2. Методика выполнения работы 17
8.2.1. Расчет статической характеристики гироскопа 17
8.2.2. Построение переходных процессов 20
8.2.3. Расчет реакции гироскопа на заданный тестовый входной сигнал 23
8.2.4. Моделирование функционирования скоростного гироскопа с оцененными параметрами модели 25
9. Содержание отчета о выполненной работе 26
1. Введение
При проектировании систем стабилизации углового движения и ориентации летательных аппаратов (ЛА), а также при построении систем навигации ЛА, используется информация об угловых скоростях и линейных ускорениях ЛА относительно связанных осей ЛА. Для получения такой информации используются специальные приборы: измерители (датчики) угловых скоростей (ДУСы) и измерители ускорений - акселерометры.
В качестве измерителя угловой скорости вращения ЛА относительно связанной оси ЛА может использоваться скоростной гироскоп. Для измерения трех составляющих вектора угловой скорости ЛА относительно трех связанных осей ЛА на борту ЛА устанавливается блок, состоящий из трех гироскопов. Выходные сигналы гироскопов могут быть получены в аналоговой форме в виде электрического напряжения, или в цифровом виде путем преобразования аналоговых сигналов с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП).
Скоростной гироскоп является инерционным и нелинейным динамическим устройством и описывается набором характеристик. Основными характеристиками скоростного гироскопа являются:
- статическая характеристика
гироскопа, устанавливающая соотношение
между
и
при медленных изменениях
,
которые могут быть измерены прибором,
в том числе диапазон
значений
угловой скорости вращения ЛА, доступных
измерению;
- динамические характеристики
гироскопа, описывающие соотношение
между входом гироскопа – угловой
скоростью
вращения ЛА относительно рассматриваемой
связанной оси ЛА
и сигналом на выходе прибора
при быстрых изменениях входа
.
Статическая и динамические характеристики скоростного гироскопа существенно влияют на устойчивость, качество регулирования и точность работы систем стабилизации или навигации, в которых используется этот прибор. Поэтому, приступая к проектированию системы стабилизации или системы навигации ЛА, необходимо располагать указанными характеристиками гироскопа.
При выборе конкретного прибора для использования в составе системы управления движением ЛА должны также учитываться такие его характеристики, как масса прибора; его габариты; энергопотребление, надежность, эксплуатационные характеристики, определяющие возможность использования прибора при изменениях в заданных пределах температуры, перегрузок, вибраций, а также стоимость прибора.
Данная лабораторная работа предусматривает изучение устройства, принципа работы и анализ динамических и статической характеристик скоростного гироскопа. Эти характеристики оцениваются в работе путем моделирования динамики функционирования прибора на компьютере с помощью пакета визуального программирования Simulink, являющегося одним из компонентов системы программирования Matlab.
2. Цель работы
Целью лабораторной работы является изучение устройства, принципа работы, краткой теории скоростного гироскопа и анализ статической и динамических характеристик гироскопа с помощью математических моделей функционирования прибора, составленных в системе программирования Матлаб.
3. Задание на выполнение работы
При выполнении работы необходимо:
Изучить устройство, принцип работы и краткую теорию скоростного гироскопа.
Для заданного варианта рассчитать и построить статическую характеристику прибора при линейной и нелинейной моделях путем подачи на вход моделей медленно меняющегося сигнала, нарастающего по линейному закону. Сравнить решения для линейной и нелинейной моделей.
Используя модели, рассчитать и построить переходные процессы на выходе линейной и нелинейной моделей гироскопа при подаче на вход моделей ступенчатого воздействия разной величины. Сравнить решения для линейной и нелинейной моделей.
Сформировать тестовый входной сигнал прибора заданного вида и, используя модели, рассчитать выходы прибора при линейной и нелинейной моделях прибора. Сравнить выходы с входом, а также друг с другом.
Рассчитать параметры математической модели скоростного гироскопа в заданном варианте.
Построить график переходного процесса в системе с полученными параметрами на тестовой модели и сравнением с переходным процессом в заданном варианте доказать правильность расчетов.
Составить отчет о выполненной работе и защитить работу перед преподавателем.