Реферат: Гирокомпас Вега

Один из возможных вариантов схемы суммирования сигналов показан на рис. 1.2. Эта схема, в которой применен индикатор го­ризонта с большой постоянной времени, позволяет осуществить следующее суммирование сигналов:

k3( b— b_с ) - k1 k2 b_с =0 (1. 2)

k3( a - a _c ) – m k1 k2 b_с =0 (1. 3)

где k3 – крутизна сигнала датчиков угла;

k1 – крутизна сигнала индикатора горизонта;

k2 и m – масштабные коэффициенты.

Для простоты постоянную постоянную времени индикатора горизонта не учитываем.

Обозначив через n= k1 k2/( k1 k2+ k3 ) , преобразуем выражения (1. 2)и(1. 3) в равенства:

( b— b_с )= n b ; ( a - a _c )= mn b , (1. 4)

из которых следует, что на вход усилителей следящих систем по­ступает управляющий сигнал, пропорциональный углу b . Кроме того, на схеме суммирования показана возможность введения в систему сигналов коррекции eх и e z , о выборе которых будет ска­зано ниже.

Имея в виду, что частота собственных колебаний следящих систем значительно больше частоты собственных колебаний гиро-сферы, а переходный процесс в них затухает очень быстро, в урав­нениях движения гирокомпаса можно оперировать соотношениями(1.4), которые не учитывают динамики следящих систем. Подстав­ляя равенства (1.4) в выражения (1.1), получим уравнения, иден­тичные уравнениям обычного гирокомпаса с физическим маятни­ком.

Анализируя эти уравнения, нетрудно найти, что период собст­венных колебаний гирокомпаса определяется выражением

Т = 2 p . V H / C_г n u cos j , (1. 5)

а коэффициент затухания :

h =C_в m n /H. (1. 6)

Очевидно, что величины периода колебаний и коэффициента за-гухания зависят не только от кинетического момента гиросферы Н и жесткостей Сг и Св, но и от коэффициентов п и т, характери­зующих масштаб моментов, прикладываемых к гироскопу, по от­ношению к углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонтаb . Если в обычном маятниковом гироскопе момент пря­мо пропорционален углу b , а величина его равна Р1 b , где Р1— максимальный маятниковый момент, то в гирокомпасе с электро­магнитным управлением зависимость момента от угла b опреде­лялась бы выражением Р ln b .

Меняя коэффициент п, можно изменять масштаб маятникового момента, а меняя коэффициент т — масштаб демпфирующего мо­мента, и тем самым изменять величину периода незатухающих колебаний и коэффициента затухания.

Такая принципиальная и техническая возможность позволяет сравнительно просто решать следующие задачи:

ускоренное приведение гирокомпаса в меридиан, для чего не­обходимо уменьшить период незатухающих колебаний:

получение приемлемой точности курсоуказания при маневри­ровании, для чего, как известно, нужно увеличить период.

Для уменьшения периода коэффициент n следует увеличивать, а для увеличения периода — уменьшать.

Изменение коэффициента п можно осуществлять в схеме сум­мирования путем изменения масштабного коэффициента k2 , кото­рый специально введен в схему, поскольку коэффициенты k1 и k3 для данной конструкции постоянны. Однако при такой схеме сум­мирования, которая показана на рис.2, диапазон изменения ко­эффициента п ограничен.

Действительно, преобразуя выражение для n к виду

n=1/(k3 / k1k2+1) (1. 7)

нетрудно убедиться, что при увеличении k2 величина n приближа­ется к единице. Это означает, что крутизна момента не может быть больше жесткости горизонтальных торсионов Сг, которая и будет определять величину наименьшего периода собственных ко­лебаний гирокомпаса.

Что же касается наибольшего периода, то его величина ограни­чивается практически значениями возмущающихся моментов, ко­торые возникают вследствие статических ошибок следящих систем и нелинейности характеристик датчиков угла и индикатора гори­зонта. При соизмеримости величин этих моментов с управляющи­ми моментами система теряет свои качества и становится нерабо­тоспособной.

Работа следящих систем. Для правильного функционирования гирокомпаса наряду со схемой управления существенным являет­ся надлежащая работа следящих систем, от которых требуется высокая точность и большое быстродействие. Эти требования вы­текают, как следствие, из самого принципа работы гирокомпаса, устройство которого рассмотрено выше.

Азимутальная н горизонтальная следящие системы выполняют в гирокомпасе две основные функции:

управление гироскопом путем наложения моментов через торсионы, которые непрерывно удерживаются закрученными на опре­деленный угол;

слежение за гироскопом путем отработки всех угловых переме­щений корпуса прибора, которые передаются на следящую сферу, вызывая рассогласование между гироскопом и следящей сферой.

При угловых перемещениях судна карданов подвес вместе с корпусом прибора как бы обкатывается вокруг гироскопа, кото­рый в режиме гирокомпаса, благодаря своим свойствам, остается неподвижным относительно системы координат, связанной с Зем­лей, если не принимать во внимание переносного движения вместе с судном.

Наличие статических ошибок в следящих системах приводит к наложению на гироскоп возмущающих моментов, величины кото­рых прямо пропорциональны статической ошибке и жесткости торсионов. В результате этого в показаниях прибора возникают погрешности, допустимые значения которых могут быть получены лишь при весьма малых статических ошибках следящих систем.

Воздействие на прибор всякого рода периодических несиммет­ричных возмущений, например качки, может привести к появлению постоянных составляющих в динамических ошибках следящих систем и, как следствие, к дополнительным погрешностям в пока­заниях прибора. Поэтому к следящим системам гирокомпаса долж­ны предъявляться очень высокие требования.

Что касается влияния собственных колебаний следящих систем на работу гирокомпаса, то поскольку частота этих колебаний зна­чительно больше частоты собственных колебаний гиросферы, а пе­реходный процесс в следящих системах при правильном выборе параметров затухает очень быстро, влияние колебании следящих систем практически не должно сказываться.

Однако выбранная для двухрежимного курсоуказателя конст­руктивная схема подвеса ЧЭ обусловливает взаимное влияние азимутальной и горизонтальной следящих систем при наличии наклонов следящей сферы вокруг оси ее подвеса, совпадающей с осью кинетического момента гироскопа—с осью уу (см. рис.1).

При таких наклонах, благодаря жесткой связи гиросферы со следящей сферой посредством торсионов, оси горизонтальных и вертикальных торсионов будут рассогласованы с осями приложе­ния моментов от соответствующих двигателей на некоторый угол g.

Упрощая физику явления и принимая во внимание малость уг­лов закрутки горизонтальных ( b— b_с ) и вертикальных ( a - a _c ) тор­сионов, измеряемых датчиками угла, и приведенных углов поворота осей двигателей горизонтальной d_{b и} азимутальной d_a стабилиза­ции, связь между этими углами можно выразить формулами:

( b — b_с )= d _b cos g + d _a sin g g . ; ( a - a _c )= d _a cos g + d _b cos (1. 8)

Формулы (1.8) характеризуют взаимное влияние горизонталь­ной и азимутальной следящих систем при наклоне следящей сфе­ры. Как показывает анализ, наличие перекрестных связей приво­дит к неустойчивости следящих систем, если не принять специаль­ных мер. Наиболее простым способом, обеспечивающим устойчи­вость системы при любых углах g , является полное устранение перекрестных связей путем включения в контуры следящих систем преобразователя координат. В качестве преобразователя коорди­нат используется синусно-косинусный вращающий трансформа­тор (СКВТ), который включается в цепи следящих систем между датчиками угла и усилителями по схеме, показанной на рис.3.

Поступающее на входные обмотки преобразователя коорди­нат напряжение U, пропорциональное углам закрутки соответст­вующих торсионов, будет связано с приведенными углами пово­рота осей двигателей следующими уравнениями:

d _b =U _b cos g + U _a sin g ; d _a = U _a cos g + U _b sin g (1. 9)

в которых напряжение U _b пропорционально углу ( b— b_с ) и U _a пропорционально углу ( a - a _c ) .