7. Недостатки скоростного гироскопа

В заключение следует указать на основные недостатки скоростного гироскопа. Эти недостатки связаны с инерционностью гироскопа как электро-механического устройства и наличием нелинейностей в приборе.

Инерционность гироскопа приводит к динамическому запаздыванию сигнала на выходе гироскопа по отношению к измеряемой угловой скорости. Это запаздывание особенно велико при быстрых изменениях измеряемой угловой скорости ЛА.

Сухое трение приводит к искажению выходного сигнала по сравнению с измеряемой угловой скоростью ЛА, а нелинейность типа насыщение ограничивает диапазон возможных значений измеряемой угловой скорости. Кроме того, скоростной гироскоп как гироскопический прибор имеет довольно большие габариты, массу и стоимость.

Изза указанных недостатков в последние несколько десятилетий нашли применение новые типы измерителей угловой скорости ЛА (ДУСы), такие как поплавковый гироскоп, лазерный гироскоп и другие.

8. Порядок и методика выполнения работы

8.1. Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется бригадами на компьютерах. Для упрощения формирования имитационных моделей в приложении Simulink создана дополнительная библиотека lab_2. Библиотека содержит варианты заданий (модели скоростных гироскопов с разными параметрами в виде «черных ящиков») и другие блоки, необходимые для выполнения работы. В случае необходимости студент может самостоятельно найти необходимые блоки в основных библиотеках Simulink. Бригада выполняет вариант задания, выдаваемый преподавателем. Варианты различаются исходными данными для проведения расчетов.

Все расчеты проводятся в системе программирования Matlab с использованием пакета визуального программирования Simulink.

Предполагается, что начальные навыки работы в Matlab и Simulink были получены студентами при выполнении первой лабораторной работы по данной дисциплине.

Требуется:

1. Рассчитать и построить статические характеристики гироскопа при линейной и нелинейной моделях гироскопа. Сравнить и объяснить полученные решения.

2. Рассчитать и построить переходные процессы гироскопа при линейной и нелинейной моделях гироскопа при трех значениях входного сигнала:

= 2 U_min; = _; = .

Сравнить и объяснить полученные решения.

3. Рассчитать и построить графики реакций гироскопа на заданный тестовый сигнал при линейной и нелинейной моделях гироскопа. Сравнить полученные решения.

4. Используя результаты, полученные при выполнении первых двух пунктов задания, оценить параметры модели гироскопа для выданного варианта.

5. Рассчитать и построить переходный процесс для модели гироскопа с оцененными параметрами, используя для этого тестовую модель rate gyro test model, находящуюся в той же библиотеке lab_2. Сравнить полученный график с переходным процессом для заданного варианта и, при необходимости, варьированием постоянной времени и коэффициента демпфирования добиться соответствия статических характеристик и переходных процессов на выходе заданной и оцененной моделей.

6. Оформить отчет о выполненной работе.

8.2. Методика выполнения работы

8.2.1. Расчет статической характеристики гироскопа

Предварительно должны быть выполнены следующие действия:

1. Запустить MATLAB.

2. Открыть приложение Simulink.

3. Открыть библиотеку lab_2.

4. Создать программу заданного варианта модели.

Статическая характеристика гироскопа строится путем задания на вход модели гироскопа медленно меняющегося входного воздействия, линейно возрастающего в рабочем диапазоне угловых скоростей ЛА (см. формулу (14)).

Программа моделирования приведена на рис. 10. В ней помимо блоков, реализующих модель самой системы, присутствует блок Ramp на входе и два блока XY Graph для построения графиков статической характеристики для линейной и нелинейной моделей гироскопа.

Рис. 10. Программа для расчета статических характеристик гироскопа

Блок Ramp (линейно возрастающий сигнал) берется из библиотеки lab_2 или из раздела Sources (Входы) библиотеки блоков пакета Simulink. Окно настройки данного блока показано на рис. 11.

В верхней строке данного окна задается коэффициент наклона линейной характеристики (Slope); в третьей – начальное значение сигнала на выходе блока (Initial output). Как указывалось выше, можно принять:

, сек.

При = 150 град /сек имеем =1.5.

Начальное значение выхода сигнала блока Ramp задается равным , т.е. -150.

Рис. 11. Окно настройки параметров блока Ramp

Блоки XY Graph берутся из библиотеки lab_2 или из раздела Sinks (Выходы) библиотеки блоков Simulink. Они служат для построения зависимости на основе данных и . В окне настройки данного блока (рис. 12) задаются минимальное и максимальное возможные значения аргумента X и функции Y (в данном случае и ). Для эти значения равны , а для - величины, несколько превышающие , например, В.

Рис. 12. Окно настройки параметров блока XY Graph

Требуемое время моделирования сек задается на панели инструментов программы под кнопками Simulation/Simulation Parameters/Stop Time.

Полученные графики статических характеристик для линейной и нелинейной моделей гироскопа следует перерисовать и сравнить друг с другом. Сделать выводы о влиянии нелинейностей на статическую характеристику прибора.

Используя статическую характеристику линейной модели, по формуле (15) рассчитать коэффициент усиления скоростного гироскопа:

, (15)

где  снимаемое с графика выходное напряжение, соответствующее произвольно выбранному значению угловой скорости .

Используя статическую характеристику нелинейной модели, определить числовые значения параметров для нелинейностей прибора.