Лассификация стабилизированных платформ

Основное требование, предъявляемое к СП, – точность сохранения заданной ориентации в инерциальном пространстве. Точностные характеристики СП – главные факторы, определяющие эффективность выполнения задачи, поставленной перед системой ориентации или навигации.

Гиростабилизированные платформы различают:

1) по кинематической схеме: одно-, двух-, трех- и многоосные с наружным или внутренним кардановым подвесом. Многоосные ГСП используются для предотвращения складывания рамок при развороте объекта на углы , а также в процессе работы ИНС при необходимости разворота блоков чувствительных элементов (ЧЭ) друг относительно друга;

2) области применения (рис. В.1);

Рис. В.1

3) принципу действия СП: силовые, индикаторные и индикаторно-силовые. В силовых СП обязательно наличие гироскопов, создающих гироскопические моменты, достаточно большие по сравнению с другими возмущающими моментами, действующими по осям подвеса (моменты сил инерции и др.). Гироскопический момент непосредственно парирует действие возмущений, а стабилизирующий двигатель осуществляет межрамочную коррекцию (ликвидирует последствия действия возмущающих моментов). В индикаторных СП действие возмущающих моментов парируется только моментом, развиваемым стабилизирующим двигателем. Гироскопы в этом случае – только индикаторы изменения углового положения платформы, а в ряде случаев гироскоп даже может отсутствовать. Индикаторно-силовые СП занимают промежуточное место. СП ведет себя либо как индикаторная, либо как силовая в зависимости от характера изменения внешнего возмущающего момента, приложенного к оси стабилизации. Возмущающие моменты парируются стабилизирующим двигателем за счет высокого быстродействия разгрузочного канала. Часто управление идет не только по углу прецессии, но и по его производной;

4) используемым чувствительным элементам (ЧЭ): гироскопы с двумя степенями свободы по отношению к платформе устанавливаются в силовых СП; в индикаторных СП в качестве чувствительных элементов используются гироскопы с тремя степенями свободы (шаровые, криогенные, с электростатическим подвесом), лазерные гироскопы, динамически настраиваемые гироскопы, акселерометры, а также датчики на оптико-электронных, астрономических и других элементах. ЧЭ индикаторно-силовых СП являются поплавковые интегрирующие гироскопы, малые гироскопы (гироскопы с малым кинетическим моментом) с двумя степенями свободы.

Преимущественное развитие получили индикаторные платформы. Например, они при нагружении массивными приборами становятся, как правило, более устойчивыми. В силовых же СП происходит снижение устойчивости, необходимо увеличивать гироскопы и расход электрической энергии. Для силовых СП не предъявляется повышенных требований к динамике привода, при этом они весьма чувствительны к возмущениям, действующим на частоте нутационных колебаний.

2. Мат. модели СП на поплавковых и лазерных гироскопах

5.2. Одноосная СП на поплавковых гироскопах

Отличительными особенностями поплавкого гироскопа являются малый кинетический момент и большой коэффициент момента сил скоростного трения . Тогда, пренебрегая в уравнении (5.1), получим:

(5.3)

Передаточная функция разомкнутой системы в этом случае имеет вид

,

где .

Рис. 5.1

Если в (5.3) принять , то коэффициент усиления разомкнутой системы . ЛАЧХ такой СП представлена на рис. 5.1.

СП на лазерных гироскопах

Лазерный гироскоп (ЛГ) содержит подставку и практически безынерционный датчик угловой скорости [10]. Ось чувствительности ЛГ совпадает с осью чувствительности СП, поэтому уравнение движения вырождается в одно:

.

Структурная схема СП на ЛГ представлена на рис. 5.2.

Отметим следующие особенности расчета платформы:

1. Выбором корректирующих звеньев можно сделать колебательной передаточную функцию разомкнутой системы. Тогда можно реализовать гармоническую линеаризацию нелинейности выходной характеристики.

2. Необходимо учитывать дискретность выходной характеристики ЛГ.

3. При расчете СП на ЛГ с виброподвесом учитывается, что сигнал проходит через подвес к ЛГ, затем на обработку, затем вновь на ЛГ.

3. Быстрое приведение СП (Время быстрого приведения СП)

хема начальной выставки

Погрешность выставки приводит к погрешностям платформы. Время определяет готовность к работе. Существуют следующие виды выставки: а) быстрое приведение – размыкается цепь обратной связи, маятник управляет двигателем (рис. 8.1); б) медленное (точное) приведение – цепь стабилизации замкнута, управление на ДМ; в) комбинированная.

Источниками информации об угловом положении СП могут быть ДУα, автоколлиматоры, гониометрические схемы; маятники, акселерометры, гироинтеграторы, астрокорректоры и др.

Время приведения определяется выражением:

,

где – время быстрого приведения; – время первого и второго этапов

быстрого приведения соответственно; – время медленного приведения.

ыстрое приведение

Рассмотрим следующую математическую модель СП:

(8.1)

Подаем на двигатель номинальное напряжение , цепь стабилизации разомкнута. Поведение СП при этом разбивается на два этапа.

Первый этап. Момент времени определятся при следующих условиях: , и . Из первого уравнения (8.1) получим . Достигнув , гироскоп ложится на упоры. Время приведения на первом этапе определяется как

. (8.2)

Как видно из (8.2), уменьшать возможно, уменьшая . В конце режима гироблок бьет по упорам, что вредно для конструкции. Для избежания этого снимают значение с ДУεи при подходе к управляют СД по специальному закону (используя вычислитель).

Второй этап. Как только гироскоп лег на упор, начинается разгон платформы ( , ). Первое уравнение (8.1) примет вид:

. (8.3)

Выражение (8.3) – это линейное дифференциальное уравнение первого порядка относительно скорости . При и имеем решение:

. (8.4)

Зависимость находим интегрированием (8.4):

, (8.5)

где .

Время находится из условия: при , , при и . Значение угла «доводится» медленным приведением и является начальным значением для участка .

Подставим приведенные параметры в (8.5):

Время найдем из выражения

.

Далее быстрое приведение выключают и включают медленное. Для избежания перерегулирования проводят плавное торможение, используя при этом ряд приемов. Например, упор гироблока делают упругим, так что по оси прецессии действует упругий момент . Под действием момента будет происходить прецессия с угловой скоростью . Остановка произойдет сразу после снятия напряжения с двигателя.