Способы комплексирования измерителей курса в курсовых системах

Курсовая система (рис. 9. 1) состоит из ряда датчиков (магнитного, гироскопического, астрономического и радиотехниче­ского), измеряющих соответственно курсы ψ_М, ψ_Г, ψ_а, ψ_Р Каждый из датчиков в зависимости от условий полета, включается пооче­редно переключателем П на общий индикатор курса И. При этом соблюдается принцип: включается тот датчик, который в данных условиях имеет наименьшие погрешности.

Особенности этой схемы курсовой системы — отсутствие взаи­мосвязи между датчиками и передача погрешности каждого из них целиком на индикатор.

Рис 9.2 К пояснению принципа работы курсовой системы.

Раздельное использование датчиков не позволяет извлечь из такой системы никаких преимуществ, кроме экономии на индика­торах. Схема курсовой си­стемы, в которой осуще­ствляется взаимная связь датчиков курса корректи­рующими звеньями, бо­лее совершенна. По такой схеме построены курсовые системы ГИК-1, ТКС-П, КС-6 и др.

Рассмотрим принцип работы схемы на следую­щем примере.

Пусть на самолете ус­тановлен магнитный ком­пас М (рис. 9.2), который на схеме показан в виде магнитной стрелки, и курсовой гироскоп Г. С магнитной стрелкой жестко связаны щетки потенциометра П₄, сам потенциометр свя­зан с самолетом. Внешняя ось карданова подвеса гироскопа жест­ко соединена с потенциометром П₂, щетки которого могут повора­чиваться двигателем Д через редуктор Р. Двигатель управляется усилителем У, сигнал на вход которого поступает со щеток потен­циометра П). Потенциометры П₄ и П₂ связаны между собой тремя проводами. Параллельно потенциометрам подключен трех катушечный логометрический указатель И.

Очевидно, эту схему можно рассматривать как следящую си­стему, у которой входными величинами будут магнитный и гиро­скопический курсы, а выходной величиной ψ_гм— показание инди­катора.

Предположим, что в некоторый момент система находится в та­ком положении, когда электрические потенциалы точек А, Б, В по­тенциометра П₁равны потенциалам точек А₁ Б₁, В₁потенциометра П₂. В этом случае напряжение на входе усилителя равно нулю и двигатель не работает. Стрелка индикатора благодаря постоянным потенциалам на концах логометрических катушек установилась на определенном делении шкалы.

Допустим, что самолет развернулся по курсу на некоторый угол ψ. Если считать магнитный датчик и курсовой гироскоп идеаль­ными приборами — измерителями курса, то щетки потенциометров П₁ и П₂ повернутся относительно самолета на тот же угол. Это не нарушит сбалансированного состояния потенциометров П₁ П₂ и дви­гатель Д останется в покое. В то же время потенциалы точек A₁ Б₁ В₁ изменятся, поскольку нарушилось пространственное положе­ние щеток потенциометра П₂ относительно точек подвода питания С, Д.

Вследствие этого изменятся потенциалы точек А, Б, В потенцио­метра П₁ и, главное, потенциалы на концах катушек логометра, что приведет к повороту стрелки индикатора на угол ψ.

Рассмотрим теперь случай, когда из-за особенностей конст­рукции магнитного компаса в полете могут возникнуть колебания магнитной стрелки, например, за счет вибраций самолета.

Потенциалы точек А, Б, В постоянны; они могут измениться только в зависимости от потенциалов А₁ Б₁ В₁потенциометра П₂, со щеток же потенциометра П₁ снимается некоторое напряжение, так как они изменили пространственное положение относительно точек А, Б, В. Напряжение, снимаемое со щеток П₁ усиленное в усилителе, заставит двигатель через редуктор повернуть щетки А₁ Б₁ В₁ потенциометра П₂ в положение, при котором потенцио­метры опять окажутся согласованными. Естественно, что новое сбалансированное положение потенциометров приведет к измене­нию потенциалов в катушках логометра и повороту стрелки ука­зателя. Такой процесс произошел бы, если располагаемая скорость отработки следящей системы, в которую входят потенциометр П₁ усилитель, двигатель, редуктор, потенциометр П₂, была бы равна скорости колебания магнитной стрелки. В этом случае стрелка указателя повторяет колебания магнитной стрелки. Когда ско­рость отработки следящей системы меньше, чем скорость колеба­ния магнитной стрелки, что достигается в основном выбором пере­даточного числа редуктора, то следящая система не успевает отрабатывать колебания магнитной стрелки на указателе и стрелка оказывается неподвижной.

Рис 9.3 структурная схема курсовой системы

Таким образом, с помощью указанной схемы можно отфильтро­вывать, сглаживать высокочастотные колебания магнитного дат­чика. В этом проявляется положительное влияние гироскопическо­го датчика на магнитный при их совместной работе.

С другой стороны, курсовой гироскоп, как известно, имеет соб­ственный уход в азимуте с небольшой скоростью. В результате этого ухода изменяются потенциалы точек А₁ Б₁ В₁потенциомет­ра П₂, так как нарушает­ся взаимное положение точек С, Д и А₁ Б₁ В₁. Показания индикатора должны бы также изме­ниться. Однако это не произойдет, так как при изменении потенциалов точек А₁ Б₁ В₁изменятся потенциалы точек А, Б, С. На усилитель поступит сигнал, который заставит двигатель повернуть щет­ки потенциометра П₂ в по­ложение, при котором по­тенциалы точек А, Б, В и А₁ Б₁ С₁ будут прежни­ми. Все сказанное спра­ведливо, если скорость от­работки следящей систе­мы будет не меньше ско­рости ухода гироскопа. Следовательно, в схеме собственный уход гироскопа компенсируется и не влияет на показания индикатора. В этом проявляется положительное влияние магнитного датчика курса на гироскопический.

Таким образом, рассмотрение качественной картины работы схемы комплексирования магнитного и гироскопического датчиков курса показывает, что при рациональном выборе параметров, в ча­стности, скорости отработки следящей системы, можно добиться высокой точности измерения курса.

Определим погрешность курсовой системы, пользуясь ее струк­турной схемой (рис. 9.3). Магнитный компас (астрокомпас или другой датчик курса) соединяется с курсовым гироскопом через звено с передаточной функцией

где 1/Т – коэффициент усиления звена, Т – постоянная времени звена.

Постоянная времени звена зависит от передаточного коэффи­циента потенциометра k_п (В/рад); коэффициента усиления усили­теля k_у; коэффициента усиления двигателя (интегрирующее звено) k_Д(рад/с); передаточного числа редуктора k_p следующим образом:

На структурной схеме Δψ_к, Δψ_г — погрешности в определении курса магнитным датчиком и курсовым гироскопом.

Погрешность Δψ_к включает методические и инструментальные погрешности магнитного датчика, в основном быстроменяющиеся.

Погрешность Δψ_г включает собственный уход гироскопа в азимуте, кардановую погрешность и другие погрешности в основном медленноменяющиеся.

Естественно, что при погрешностях входных сигналов в выход­ном сигнале тоже будет погрешность Δψ_вых, которую можно опре­делить следующим образом.

Исходя из структурной схемы выходной сигнал можно записать

в виде

Раскрывая скобки и делая необходимые преобразования, полу­чаем

Отсюда
погрешность в выходном сигнале будет

где W (р)_к= — передаточная функция курсовой системы

для погрешностей магнитного компаса; W (р)_Г= - точная функция курсовой системы для погрешностей курсового ги­роскопа.

Из сказанного следует, что для погрешностей магнитного датчи­ка курсовая система ведет себя как инерционное звено с большой постоянной времени Т, которая для современных курсовых систем

равна 70—220 с.

Известно, что выражение для амплитудно-частотной характери­стики инерционного звена

имеет вид

где ω — частота помехи.

Из уравнения (9.7) видно, что когда ω→∞, то А(ω)_к→0 , по­этому погрешность Δψ_K в выходном сигнале при возрастании ω уменьшается.

При погрешностях гироскопа курсовая система ведет себя как форсирующее звено. Амплитудно-частотная характеристика такого звена определяется выражением

из которого видно, что при возрастании частоты погрешностей кур­сового гироскопа ω→∞, А(ω)_г→1, ошибка в выходном сигнале от курсового гироскопа стремится к величине Δψ_г, а при малых со ошибка курсового гироскопа не сказывается на погрешности выход­ного сигнала.

Учитывая полученные зависимости для ошибки курсовой систе­мы, можно сделать следующее заключение.

1. Короткопериодические (быстроменяющиеся) погрешности
магнитного датчика или астрокомпаса курсовой системы подавляются и на указатель практически не пропускаются.

2. Медленноменяющиеся погрешности курсового гироскопа (уход в азимуте) на точности выходного курса не сказываются.

3. Постоянные погрешности, такие, как девиационные, схемой
курсовой системы не компенсируются, поэтому их нужно уменьшать
другими способами.

4. Периодические быстроменяющиеся погрешности курсового
гироскопа схемой курсовой системы не уничтожаются и для их компенсации нужно принимать особые меры.