Одноосьовий гіроскопічний стабілізатор

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра А і КТ

Група АТ-12

Курсовий проект

Предмет: «Теорія автоматичного керування»

«Одноосьовий гіроскопічний стабілізатор»

Виконав К.О. Гриценко

Перевірив С.С. Свістельник

Житомир 2007

Зміст

1 Завдання на курсовий проект

2 Опис роботи САК

3 Аналіз і синтез лінійної неперервної САК

3.1 Структурна схема САК

3.2 Визначення передаточної функції розімкнутої та замкнутої САК відносно вхідної

3.3 Визначення стійкості системи по критерію Гурвіца

3.4 Побудова амплітудно-фазової частотної характеристики (АФЧХ) та визначення стійкості САК за критерієм Найквіста. Дослідження

системи методом D – розбиття

3.5 Побудова логарифмічної частотної характеристики САК та визначення запасів стійкості

3.6 Використовуючи логарифмічні частотні характеристики, виконання корекції САК в області середніх частот з метою отримання заданих

запасів стійкості по фазі та амплітуді

3.7 Схема корегуючого пристрою та розрахунок його елементів

3.8 Розрахунок та побудова графіку перехідної характеристики скорегованої САК

3.9 Для заданого типу вхідної дії розрахунок та побудова графіку усталеної помилки скорегованої САК

3.10 Оцінка якості скорегованої САК

3.11 Моделювання системи в програмному модулі Simulink

4 Аналіз дискретної САК (ДСАК)

4.1 Визначення періоду дискретизації імпульсного елемента

4.2 Визначення передаточної функції розімкнутої та замкнутої ДСАК відносно вхідної дії

4.3 Визначення стійкості отриманої системи по критерію Гурвіца

4.4 Побудова логарифмічної псевдочастотної характеристики ДСАК та визначення запасів стійкості

4.5 Розрахунок та побудова графіку перехідної характеристики ДСАК

4.6 Для заданого типу вхідної дії розрахунок та побудова графіку усталеної помилки ДСАК

4.7 Оцінка якості ДСАК

Висновки по роботі

Список літератури

1       Завдання на курсовий проект

Система керування описується наступними рівняннями:

Г – гіроскоп:

, де

b - кут прецесії;

М – збурюючий момент ( дія, що впливає на ОК)

МD – протидіючий зовнішньому впливу момент двигуна;

DМ – різниця між моментом, що впливає на ОК та

протидіючим моментом, що створюється двигуном;

ДК – датчик кута:, де

u – напруга постійного струму, що повільно змінюється;

П – підсилювач:, де

uD – напруга постійного струму, що повільно змінюється;

Двигун та редуктор:

Примітка: При необхідності проводити корекцію системи шляхом введення послідовного корегувального пристрою у вигляді пасивного RC-фільтру.

2 Опис роботи САК

 

В сучасних умовах для забезпечення гнучкого і безперервного управління пересуванням, зосередженням, маневром військ, бойової і спеціальної техніки необхідна точна інформація про місцеположення рухомих об'єктів. Рішення цієї задачі забезпечується широким застосуванням на рухомих об'єктах засобів навігації. Для цього всі рухомі одиниці, що беруть участь в пересуванні, повинні бути оснащені системами навігації, здатними безперервно, надійно і точно визначати їх місцеположення на місцевості, в різних метеоумовах, в будь-який час доби і пору року. Найбільш повно в досягненні зазначених цілей зарекомендували себе зкомплексовані системи навігації (ЗСН). До складу ЗСН входять елементи автономних навігаційних систем (АНС) і радіонавігаційних систем (РНС), як наземного (НРНС), так і космічного базування, так званих супутникових радіонавігаційних систем (СНРС). Спільна обробка інформації, отриманої від різних незалежних СН, дозволяє підвищити точність визначення місцеположення окремих наземних об'єктів, а відповідно і ефективність управління військами. Навігаційна інформація (НІ), отримана з СН, знаходить все більш широке застосування як у військовій, так і в цивільних сферах діяльності. Провідні фахівці України, країн членів НАТО і РФ розглядають навігаційне забезпеченн як один з важливих елементів бойового забезпечення військ і оперативного сервісного забезпечення цивільних користувачів, що управляють рухомими об'єктами.

Інерціальні навігаційні системи (ІНС) на гіростабілізованих платформах здатні забезпечувати точні вимірювання навігаційних параметрів в будь-яких умовах, не випромінюючи при цьому, ніяких сигналів. Крім того, вони повністю захищені від шумів.

Однак, фахівці відмічають і недоліки ІНС. Це, передусім, досить висока вартість, складність настройки перед початком руху, необхідність частих зупинок на опорних пунктах з відомими координатами для проведення корекції. Точність ІНС значною мірою залежить від плавності ходу рухомого об'єкта (агрегату) і від наявності опорних пунктів за маршрутом руху. Незважаючи на це, ІНС на гіростабілізованих платформах широко застосовуються на різних рухомих об'єктах.

Так в США з 1981 р. прийнята в експлуатацію ІНС РАDS AN/USQ-70 фірми "Litton". За принципом дії вказана система є інерціальною і являє собою лічильник пройденого шляху. До її складу входять гіростабілізована платформа з двома механічними двохступеневими гіроскопами і трьома акселерометрами; БЦОМ з клавіатурою введення координат початкового пункту, цифровий індикатор поточних координат; джерело електроживлення. Загальна маса ІНС складає близько 40 кг, що дозволяє встановлювати її на легких машинах (носіях ІНС). ІНС PADS AN/USQ-70 дозволяє визначати прямокутні координати (Х, Y), висоту (Н) місцеположенн і дирекційний кут (a) повздовжньої осі машини (носія ІНС). Дані про місцеположенн машини (носія ІНС) відтворюються на цифровому табло. Для передачі дирекційного кута на інші об'єкти і визначення їх координат відносно машини з ІНС до комплекту системи включений теодоліт та імпульсний світловіддалемір. Початкове орієнтуванн ІНС проводиться на опорному (контрольному) пункті з відомими координатами за допомогою гіроскопічного пристрою (платформи), працюючого в режимі гірокомпасу, теодоліта і світловіддалеміра. На орієнтування витрачається 8-10 хвилин. Корекці помилок ІНС здійснюється на короткотривалих (приблизно 20 с.) зупинках через кожні 8-10 хв. руху. Кругова вірогідна помилка (КВП) визначення координат об'єкта за маршрутом руху, з урахуванням корекції, не перевищує 10 м.

Англійська фірма "Ferranti" розробила і ввела в експлуатацію в 1985 р. свій варіант системи PADS МК2. Це інерціальна система з безперервним визначенням і відображенням всіх трьох координат (X, Y, Н) машини (носія ІНС). До складу системи входять інерціальний блок на механічних гіроскопах і акселерометрах, блоки електроживлення, індикації і управління. КВП визначення координат об'єкта за маршрутом руху, з урахуванням корекції, не перевищує 5 м. Передача азимута (дирекційного кута) і визначення координат об'єктів, що прив'язуються відносно носія ІНС, проводиться за допомогою теодоліта і світловіддалеміра. Початкове орієнтування і корекція системи проводятьс аналогічно наведеній вище американській системі.

Ізраїльська фірма "TAMAM" в 1988 р. ввела в експлуатацію ІНС "PADS ТАМАМ". Вона забезпечує безперервне відображення всіх трьох координат носія ІНС (машини), в тому числі і на рухомій карті місцевості. До складу системи входять: інерціальний блок (на механічних гіроскопах і акселерометрах); БЦОМ; блок управління і індикації; світловіддалемір і теодоліт. Загальна маса ІНС складає біля 120 кг, що перевищує середні для систем цього класу значення в 2-3 рази. Відносно низька і точність системи, але можливе застосування спеціального режиму її роботи, в якому, за рахунок скороченн часу між зупинками для корекції до 2-3 хв. вдається зменшити КВП визначенн місцеположення об'єкта за маршрутом руху до 2-3 м.

Таблиця 1 Основні характеристики інерціальних навігаційних систем зарубіжного виробництва

Найменування ІНС, фірма, країна, рік розробки	Склад і характеристики ІНС на гіростабілізованих платформах	Точність визначення місцеположення
1.PADS AN/USQ-70 "LITTON"  США 1981 р.	Гіроскопічний пристрій, акселерометри. ІНС визначає Х, У, Н Прив'язка проводиться за допомогою гірокомпаса, лазерного віддалеміра і теодоліта. Час орієнтування 8-10 хв. Маса ІНС – 40 кг	10 м (КВП) з обліком корекції через кожні 8-10 хвилин (час корекції - 20 с)
2.PADS МК2 "Ferranti" Англія 1985 р.	Гіроскопічний пристрій, акселерометри ІНС визначає Х, У, Н Прив'язка проводиться за допомогою гірокомпаса, лазерного віддалеміра і теодоліта. Час орієнтування 8-10 хв. Маса ІНС - 50 кг	5 м (КВП) з обліком корекції через кожні 5-8 хвилин. (час корекції - 20 с)
3.PADS "ТАМАМ" "ТАМАМ" Ізраїль 1988 р.	Гіроскопічний пристрій, акселерометри. ІНС визначає Х, У, Н Прив'язка проводиться за допомогою гірокомпаса, лазерного віддалеміра і теодоліта. Час орієнтування 8-10 хв. Маса ІНС –120 кг	2-3 м (КВП) з обліком корекції через кожні 2-3 хвилин (час корекції - 20 с)
4.IPS США. 1986 р.	Гіроскопічний пристрій, акселерометри. ІНС визначає Х, У, Н Прив'язка проводиться за допомогою гірокомпаса, лазерного віддалеміра і теодоліта. Час орієнтування 8-10 хв. Маса ІНС –120 кг	1,5-2,5 м за Х, У; . 0,9-3,5м за висотою (Н) з обліком корекції через кожні 3-5 хвилин (час корекції - 20 с)

У 1986 р. американські фахівці випробували модернізований варіант системи PADS, який отримав найменування IВ. Помилки визначення планових координат об'єкта за маршрутом руху становили 1,5-2,5 м, висоти 0,9-3,5 м з урахуванням корекції через 3-5 хв. руху носія ІНС.

В табл. 1 для порівняння наведені основні характеристики зарубіжних ІНС на гіростабілізованих платформах.

3 Аналіз і синтез лінійної неперервної САК

3.1 Складаємо структурну схему САК (рис. 1)

 

Рис. 1. Структурна схема досліджуваної САК в загальному випадку

 ; ; ;  ;

Для варіанту №1 САК матиме наступний вигляд (рис. 2):

Рис. 2. Структурна схема вказаної САК згідно з варіантом