Исследование алгоритмов комплексной системы «гироскоп – поворотный стенд» для прецизионной калибровки динамически настраиваемых гироскопов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.03, кандидат наук Цинь Цзыхао

• Цинь Цзыхао
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Цинь Цзыхао

Список сокращений

Введение

ГЛАВА 1. Анализ построения поворотного стенда калибровки ДНГ на

принципе следящей системы

1.1. Уравнения движения системы «гироскоп - поворотный стенд»

1.2. Уравнения движения динамически настраиваемого гироскопа

1.3. Основные погрешности ДНГ

1.4. Методика определения параметров ДНГ

Выводы по главе

ГЛАВА 2. Разработка алгоритмов и программное обеспечение калибровки

2.1. Структурная схема системы «гироскоп - поворотный стенд»

2.2. Моделирование движения системы «гироскоп - поворотный стенд»

2.3. Алгоритм работы стенда в автоматизированном режиме

2.4. Программное обеспечение режима калибровки

Выводы по главе

ГЛАВА 3. Конструкция стенда

3.1. Кинематическая схема стенда

3.2. Параметры и элементы конструкции стенда

3.3. Схема измерения угла поворота платформы

Выводы по главе

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования

4.1. Методика проведения экспериментальных исследований

4.2. Результаты экспериментальных исследований

4.3 Оценка погрешности калибровки

4.4. Анализ результатов испытаний

Выводы по главе

Общие выводы и заключение

Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БИНС - бесплатформенная инерциальная навигационная система;

БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина;

ДНГ - динамически настраиваемый гироскоп;

ДС - двигатель следящей системы;

ДУС - датчик угловой скорости;

ССП - собственная скорость прецессия

ДМ - датчик момента;

ДУ - датчик угла;

ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина; АЦП - аналого-цифровой преобразователь.

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование алгоритмов комплексной системы «гироскоп – поворотный стенд» для прецизионной калибровки динамически настраиваемых гироскопов»

Актуальность темы диссертации.

Широкое применение в настоящее время бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) в системах управления движением космических, авиационных, морских объектов, инклинометрии и контроля состояния нефте- и газопроводов, стало возможным благодаря бурному развитию микропроцессорной техники используемой в бортовых цифровых вычислительных машинах (БЦВМ) для решения кинематических уравнений и аналитического построения инерциальной системы координат, а также возросшим точностным характеристикам гироскопических датчиков угловых скоростей, используемым в системах ориентации. Особенностью применения датчиков угловых скоростей (ДУС) в движущихся объектах в качестве чувствительных элементов является необходимость обеспечения ими высоких точностных характеристик, в особенности, масштабных коэффициентов во всех условиях эксплуатации.

Измерение коэффициента преобразования ДУС осуществляется путем задания угловой скорости вращения платформы специального испытательного стенда, на которую закрепляют ДУС, и измерения его показаний. Очевидно, что от точности и стабильности во времени угловой скорости вращения платформы испытательного стенда зависит точность калибровки ДУС. В мировой практике разработки стендов для задания угловых скоростей, они, как правило, представляют собой механические системы, содержащие массивный корпус, в котором размещена вращающаяся на валу платформа с большим моментом инерции, необходимым для обеспечения стабильности угловой скорости вращения платформы. Это характерно для конструкций большинства испытательных стендов угловых скоростей - от первых типов стендов с шарикоподшипниковым подвесом оси вращения платформы и редукторной передачей вращения от приводного двигателя к платформе, до самых современных стендов с аэростатическим подвесом оси вращения платформы, с использованием бесподшипниковых и бесщеточных двига-

телей, ртутных токосъемных устройств, бесконтактных измерительных средств, а также с использованием методов сверхточной балансировки вращающейся платформы и стабилизацией возмущающих моментов и т.д. В последнее время появился класс стендов нового поколения, где высокая точность и стабильность задаваемой угловой скорости обеспечиваются высокоточной системой управления двигателем, причем в качестве измерительного средства используется лазерный гониометр [3].

В качестве исторически наиболее ранних примеров таких испытательных стендов можно отметить российские стенды типа ПС-1, МПУ-1, СП-187, которые не используют какую-либо систему управления приводным двигателем, а регулируют угловую скорость непосредственной механической редукторной системой передачи. Для этих стендов характерны значительные погрешности задания угловых скоростей (±10% для диапазона угловых скоростей (0.1 - 1) % и ±1% для диапазона (1 - 150) %, значительная нестабильность угловой скорости до 1.5% для МПУ-1 и 8% для СП-187, невозможность задания малых угловых скоростей порядка (0,01 - 0,1) % [3, 5].

В настоящее время кампании, занимающиеся разработкой испытательного оборудования, для повышения точности и стабильности задаваемой угловой скорости, снижения уровня вибраций применяют аэростатические опоры, в числе которых можно отметить, например, кампанию ГЕРУА, г. Питсбург, США, научно-производственное объединение «Азимут» (ныне ФГУП ЦНИИ «Электроприбор»). Эти стенды позволяют обеспечить задание угловых скоростей в диапазоне (0.015 - 600) °/с при нестабильности угловой скорости (0.001 - 0.003) °/с, причем угловая скорость может задаваться, как постоянной по величине и направлению, так и изменяющейся по определенному закону. Стенды представляют собой конструкцию достаточно больших габаритов и грузоподъемности (до 200 кг), и достаточно дороги, что не всегда позволяет использовать их в небольших лабораториях и исследовательских центрах для контроля малогабаритных датчиков угловой скорости [18, 51].

контроля прецизионных ДУС основано на построении систем управления с обратной связью, к таким, в частности, можно отнести высокоточные двухосные наклонно-поворотные стенды СНП-106 и СНП-200 разработки НИИПМ им. академика В.И. Кузнецова, предназначенные для угловых поворотов испытуемых изделий вокруг горизонтальной и вертикальной оси при автоматическом задании угловых положений. Основные характеристики стендов следующие: точность фиксируемого положения - 30 угл.сек. (СНП-106 и СНП-200); перпендикулярность осей - 15 угл.сек. (СНП-106 и СНП-200); рабочий диапазон - ±192.5±0.5° (СНП-106) и ±226±0.5° (СНП-200), габаритные размеры испытуемых приборов -0600мм/600мм (СНП-106) и 400мм/400мм (СНП-200); допустимая масса испытуемого изделия - 160кг (СНП-106) и 100кг (СНП-200).

Там же разработан и трехстепенной наклонно-поворотный стенд СНПУ-217, предназначенный для задания высокоточных пространственных положений с выдачей информации о достижении данного положения и контролем его стабильности в процессе испытаний, а также для задания угловой скорости раздельно по двум взаимно перпендикулярным осям (0.002 - 20°/с с погрешностью 0.0001% за оборот).

В Массачусетском технологическом институте в 1956 г. создан одноосный поворотный стенд с обратной связью, использующий в качестве чувствительного элемента интегрирующий гироскоп [62].

В МГТУ им. Н.Э. Баумана создан стенд для динамических испытаний гироскопических приборов, представляющий собой одноосный индикаторный гиро-стабилизатор с волоконно-оптическим датчиком угловой скорости в качестве чувствительного элемента. Управление работой стенда осуществляется от персонального компьютера. Его технические характеристики следующие [30]: диапазон угловых скоростей, задаваемых вокруг оси стенда -300°/с, погрешность измерения угловой скорости < 1%, габаритные размеры - 0450 x245мм, масса - 40кг.

Из современных стендов следует отметить двухосный прецизионный испытательный стол фирмы CARCO, который построен по принципу обеспечения высокой стабильности задаваемой угловой скорости за счет значительной инерци-

онности поворотной платформы, поэтому имеет большую массу 920 кг, энергопотребление 6 кВт, габаритные размеры 02132x1676 мм.

Фирма АСЦШОМС - одна из ведущих мировых фирм по разработке стендов для задания угловых скоростей и углов выпускает одно-, двух- и трехосные испытательные стенды [52]. Одноосные стенды используются для аттестации измерителей угловой скорости, а трехосные для имитации эксплуатационных воздействий. Стенды могут использоваться для контроля широкого класса инерци-альных навигационных приборов и отличаются высокой стабильностью задаваемых угловых скоростей и углов. Во всех моделях стендов используется поворотная платформа с большими моментами инерции. Например, в модели стенда Н07747 платформа имеет диаметр 650 мм, массу 70 кг и моменты инерции от 1 кгм2 до 8 кгм2 вокруг трех осей подвеса, соответственно. Точность задания углов достигает 0.05 угл.сек при нестабильности воспроизведения заданного угла менее 0.02 угл.сек и порогом чувствительности 0.01 угл.сек., диапазон угловых скоростей ±5000 о/с с точностью 0.1 угл.сек при скорости 60 о/с.

Все современные российские и зарубежные прецизионные поворотные стенды представляют собой сложные контрольно-испытательные системы обеспечивающие задание угловых скоростей в диапазоне (0.01-10000) °/с, при нестабильности (0.001-0.003) °/с и высокую точность позиционирования (около 2 угл.сек.) [51]. Поэтому эти стенды имеют достаточно большие габариты и грузоподъемность, необходимые для испытаний широкой номенклатуры изделий, высокую стоимость, что далеко не всегда соответствует габаритам калибруемых динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ), а также финансовым и территориальным возможностям небольших предприятий, научно-исследовательских и университетских лабораторий.

В связи с этим, достаточно актуальной задачей является анализ возможности построения альтернативных вариантов испытательных стендов, не уступающих по возможностям обеспечения прецизионной калибровки гироскопов указанным выше стендам, но имеющих существенно меньшие массо-габаритные характеристики, стоимость и доступные для большого круга потребителей.

Целью диссертационной работы является исследование алгоритмов комплексной системы «гироскоп - поворотный стенд» предназначенной для прецизионной калибровки динамически настраиваемых гироскопов, особенностью которой является использование калибруемого гироскопа в качестве чувствительного элемента следящей системы.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Составить уравнения движения комплексной системы «гироскоп - поворотный стенд», учитывающие особенности динамики гироскопа и стенда;

2. Разработать вариант построения алгоритма и сервисной аппаратуры поворотного стенда, позволяющие с высокой точностью измерять параметры движения элементов системы прецизионной калибровки ДНГ;

3. Создать математическую модель прецессионного движения ротора ДНГ для анализа точностных характеристик предложенного метода в установившемся режиме совместной работы основных частей комплекса: гироскопа и следящей системы испытательного поворотного стенда;

4. Согласовать параметры контуров обратной связи сервосистемы стенда и ДНГ в режиме датчика угловой скорости по результатам моделирования движения системы «гироскоп - поворотный стенд» в среде БтыНпк (МайаЬ);

5. Разработать алгоритм калибровки ДНГ с учетом его математической модели погрешности и динамических характеристик гироскопа и стенда;

6. Разработать 3-0 модель конструкции для анализа кинематики и упруго -массовых характеристик необходимых при формировании параметров следящей системы.

7. Создать программное обеспечение на языке С для интерактивного взаимодействия оператора с испытательным стендом в процессе калибровки, индикации на экране монитора состояния всех элементов стенда и результатов измерения в реальном времени и обеспечения автоматизированного режима работы комплекса.

вание гироскопа, системы контроля положения платформы поворотного стенда, управления двигателем следящей системы, считывания данных с измерительных каналов гироскопа и сопряжения с ПЭВМ;

9. Провести экспериментальные исследования работоспособности разработанного испытательного стенда и предложенного алгоритма его работы, сравнить с результатами моделирования и теоретического анализа и выработать рекомендации для дальнейшего совершенствования данного метода калибровки.

Объектом исследования является одноосный поворотный стенд с установленным на нем ДНГ типа ГВК-6, а также разработанные алгоритмы прецизионной калибровки и обработки информации получаемой с измерительных каналов гироскопа и стенда.

Предметом исследования является анализ достижимой точности калибровки масштабных коэффициентов ДНГ по предложенной методике, на одноосном стенде вращения, работающего в режиме следящей системы, в которой чувствительным элементом является испытываемый гироскоп.

Методы исследований.

Для решения поставленных задач применялись методы теории гироскопических систем, автоматического регулирования, электротехники и электроники, методы программирования на языке С и компьютерного моделирования в программных средах SolidWorks, БтыНпк (МайаЪ), Mathcad. Применялись также методы экспериментальных исследований на собранном и отлаженном одноосном поворотном стенде в режиме слежения, с ДНГ типа ГВК-6, с использованием специально разработанных и изготовленных для исследований электронных модулей, а также универсальной контрольно-измерительной техникой.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, заключения и библиографического списка литературы.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, представлены объект и предмет исследования, определяется цель работы и формулируются научные задачи исследования, направления её решения, раскрываются методы ис-

следования, обозначены научная новизна и практическая ценность диссертации, обосновывается достоверность результатов, приводятся сведения о реализации и внедрении результатов работы, их апробации и публикации.

В первой главе представлены особенности работы комплексной системы «гироскоп - поворотный стенд» и составлены ее уравнения движения; Составлены линейные уравнения движения динамически настраиваемого гироскопа, учитывающие угловые и поступательные движения основания в условиях эксплуатации. На основе полученных уравнений движения гироскопа создана математическая модель прецессионного движения ротора ДНГ, классифицированы погрешности гироскопа по конструктивным и технологическим признакам и дается численная оценка влияния рассмотренных погрешностей на эксплуатационные характеристики гироскопа. Проанализирована методика определения параметров динамически настраиваемых гироскопов, в том числе, масштабных коэффициентов датчиков момента.

Во второй главе получены и исследованы уравнения движения комплексной системы «гироскоп - поворотный стенд», учитывающие особенности совместной динамики гироскопа и стенда. Полученные уравнения использованы при составлении структурных схем для различных взаимных ориентаций гироскопа и платформы; проведено моделирование работы системы в переходном и установившемся режимах в среде БтыНпк (Ма1\аЬ) и выбраны оптимальные параметры контуров обратной связи гироскопа и следящей системы, обеспечивающие высокую точность калибровки матрицы масштабных коэффициентов ДНГ; разработан алгоритм калибровки ДНГ, и приведена оценка влияния собственной скорости вращения Земли и собственного дрейфа гироскопа на точностные характеристики разработанного алгоритма калибровки; разработано программное обеспечение позволяющее считывать данные с измерительных каналов гироскопа и через АЦП и модуль сопряжения передавать их на компьютер, графически визуализировать процесс калибровки на дисплее компьютера в реальном времени, а также производить их запись в базу данных на жестком диске.

В третьей главе разработана кинематическая схема контрольно-

испытательного поворотного стенда, и представлены его основные характеристики; разработана 3-0 модель конструкции поворотного стенда в среде SolidWorks, промоделирована кинематика движения, проведен расчет его упруго-массовых характеристик, необходимых для выбора параметров контура обратной связи следящей системы; исследована возможность использования индуктивного датчика угла в качестве импульсного датчика для измерения угловой скорости вращения стенда.

В четвертой главе разработаны, изготовлены и отлажены электронные модули контроля углового положения платформы поворотного стенда, контуров обратной связи гироскопа и следящей системы, сервисные схемы необходимые для совместного функционирования гироскопа и стенда; проведены экспериментальные исследования разработанного алгоритма калибровки масштабных коэффициентов ДНГ с использованием одноосного поворотного стенда в режиме следящей системы; представлено сравнение эксперимента с результатами теоретического анализа, которое показало их хорошее совпадение; даны рекомендации к практическому применению предложенного метода калибровки гироскопов.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы и выводы по ней.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Проведенное теоретическое исследование и численное моделирование в среде Simulink (МайаЪ) системы «гироскоп - поворотный стенд» позволило определить основные принципы построения испытательного комплекса для прецизионной калибровки динамически настраиваемого гироскопа;

2. По результатам анализа необходимых условий обеспечения высокой точности предложенного алгоритма калибровки динамически настраиваемых гироскопов предложены методы их достижения;

3. Экспериментальные исследования калибровки гироскопа ГВК-6 подтвердили основные теоретические выводы и результаты моделирования, и показали возможности разработанного алгоритма в обеспечении точности калибровки до 0.001%.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Разработан вариант схемотехнического решения, построения алгоритма и сервисной аппаратуры поворотного стенда, позволяющий с высокой точностью (до 0.001%) определять масштабные коэффициенты динамически настраиваемых гироскопов;

2. Приведена оценка влияния собственной скорости вращения Земли, дрейфа гироскопа и технологической неточности выставки датчиков момента гироскопа относительно корпуса на точностные характеристики разработанного алгоритма калибровки и даны рекомендации по снижению влияния этих факторов на точность калибровки.

Практическая значимость работы:

1. Проведенное теоретическое исследование и моделирование позволяет определить основные принципы построения стенда для прецизионной калибровки гироскопических датчиков угловой скорости на основе поворотного стенда, работающего совместно с калибруемым гироскопом в режиме следящей системы.

2. Предложенное и промоделированное в среде SolidWorks конструктивное исполнение испытательного поворотного стенда, измерительная аппаратура и алгоритм калибровки прецизионных динамически настраиваемых гироскопов позволяют обеспечить определение матрицы масштабных коэффициентов с точностью 0.001%.

3. Разработано программное обеспечение позволяющее считывать и преобразовывать с помощью АЦП данные с измерительных каналов гироскопа и, затем, через модуль сопряжения передавать их на компьютер, графически визуализировать процесс калибровки на дисплее компьютера в реальном времени, а также производить их запись в базу данных на жестком диске.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждаются соответствием теоретических результатов, в том числе полученных математическим моделированием в пакете БтыНпк (МайаЬ), с результатами экспериментальных исследований образца одноосного поворотного стенда с установленным на нем ДНГ типа ГВК-6, проведенных на кафедре приборов и систем ориентации, стабилизации и навигации МГТУ имени Н.Э. Баумана по разработанной методике.

Внедрение результатов работы.

Полученные в диссертационной работе результаты рекомендованы для использования в учебном процессе на кафедре приборов и систем ориентации, стабилизации и навигации федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (национальный исследовательский университет) при проведении лабораторных работ и лекционных занятий со студентами по курсу «Теория гироскопов и гиростабилизаторов».

Личный вклад автора состоит в теоретико-расчётном моделировании движения системы «гироскоп - поворотный стенд». Автором лично разработано программное обеспечение для проведения лабораторных испытаний гироскопов, как в тестовом режиме (необходимом при подготовке специалистов), так и при реальной калибровке гироскопов. Автор проводил экспериментальные исследования процесса калибровки ДНГ на поворотном стенде, работающем в режиме следящей системы, анализировал полученные результаты. Для обеспечения высоких точностных характеристик разработанного алгоритма калибровки гироскопов предложены, промоделированы, изготовлены и отлажены конструктивные элементы и электронные модули комплекса «гироскоп - поворотный стенд».

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXVIII, XXXIV, ХЬ, ХЫ Академических чтениях по космонавтике (Москва, 2014г, 2015г, 2016г, 2017г), на молодежных конференциях «Студенческая научная весна» (Москва, 2014г, 2015г, 2016г).

Публикации.

Основные результаты диссертации изложены в 8 печатных работах, в том числе в 3 статьях в журналах, входящих в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ, общим объемом 2,52 п. л.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю, сотрудникам кафедры приборов и систем ориентации, стабилизации и навигации МГТУ им. Н.Э. Баумана, в особенности, А.В. Полынову, Д.В. Майорову, А.В. Кулешову за поддержку и помощь в научной работе.

ГЛАВА 1. Анализ построения поворотного стенда калибровки ДНГ на принципе следящей системы

1.1. Уравнения движения системы «гироскоп - поворотный стенд»

Каждый поворотный стенд имеет свою следящую систему, независимую от калибруемого гироскопа, которая обеспечивает задаваемую угловую скорость. На таком стенде не требуется совместного анализа уравнений движения гироскопа и стенда, поскольку влияние гироскопа на платформу ничтожно мало в силу несопоставимости массовых характеристик платформы стенда и гироскопа, и, кроме того, следящая система стенда, обладая мощными двигателями, создает моменты управления, значительно превосходящие гироскопические или инерционные моменты со стороны испытуемого гироскопа.

Систему, в которой гироскоп является чувствительным элементом контура обратной связи, в общепринятой терминологии относят к гироскопическим стабилизаторам, и рассматривать динамику такого стенда без учета динамики электромеханического гироскопа уже нельзя, также как и динамику такого гироскопа независимо от динамики стенда, особенно в переходных режимах. При этом необходимо подавать управляющие воздействия на гироскоп, вызывая его прецессию, а контур обратной связи стенда, отслеживая положение ротора гироскопа, будет разворачивать платформу стенда вслед за гироскопом. Измеряемая при таком методе взаимосвязь между управляющим воздействием (током в моментном датчике гироскопа) и скоростью вращения платформы стенда и является целью калибровки гироскопа, а отношение скорости вращения платформы к величине управляющего тока и есть искомый масштабный коэффициент датчика момента.

Особенностью динамически настраиваемого гироскопа является его двух-компонентность, т.е. он измеряет угловые скорости вокруг двух взаимно ортогональных осей корпуса гироскопа, что усложняет исследование совместной динамики поворотного стенда и гироскопа и, кроме того, наличие углового смещения

осей моментных датчиков и осей корпуса из-за технологических особенностей конструкции датчиков момента, делает такой анализ еще более сложным.

В переходном режиме, как это следует из его уравнений движения, при вращении ДНГ лишь вокруг одного из каналов измерения, в начальный момент времени возникает реакция из-за гироскопического момента вокруг одной из осей и инерционного момента по ортогональной оси. Эта особенность свободного гироскопа, каковым, практически, является ДНГ, также влияет на динамику системы «гироскоп - поворотный стенд» и ее необходимо учитывать при анализе такой системы.

В дополнение к отмеченным особенностям работы ДНГ в качестве чувствительного элемента следящей системы поворотного стенда, необходимо также учитывать разные режимы работы измерительных каналов гироскопа. Если основной канал задействован в контуре обратной связи следящей системы, и поэтому угол между ротором и платформой близок к нулю из-за слежения платформы за положением ротора, то ортогональный канал, для исключения непрогнозируемого поворота ротора вокруг оси этого канала, включен в режим электрической пружины, обеспечивающий слежение ротора гироскопа за корпусом. Это также влияет на динамику рассматриваемой системы.

Для составления уравнений движения системы «гироскоп - поворотный стенд» рассмотрим ее кинематическую схему, представленную на Рис.1.1 и воспользуемся уравнениями Эйлера для каждого элемента этой системы.

А(а + ых) + н(р + ыу) = Мх+Ммх <л(р + юу)-Я(а + юх) = Му +Мму, (1.1)

СЛ + = мп+мс

где, A - экваториальный момент инерции ротора ДНГ, H - кинетический момент гироскопа; а и Р - углы поворота ротора гироскопа вокруг осей x и у относительно его корпуса; юх, Юу - компоненты абсолютной угловой скорости движения корпуса; Мс, Мп - моменты сопротивления вращению платформы и двигателя следя-

щей системы; Сп - момент инерции платформы вокруг оси вращения; Dп - коэффициент демпфирования стенда вокруг его оси вращения; Mx, My - возмущающие моменты, приложенные к ротору ДНГ; Mмx, Mмy - моменты датчиков моментов ДНГ.

Рис. 1.1. Кинематическая схема системы «гироскоп - поворотный стенд» где: KW и - передаточные функции контура обратной связи гироскопа и

следящей системы, Jд, Jx и Уу - токи в двигателе следящей системы и датчиках

момента гироскопа ДМХ (ток управления) и ДМу, соответственно, ДС - двигатель

следящей системы, ДУХ, ДУу - датчики угла гироскопа по осям х и у, юг- - угловая скорость вращения стенда.

Первые два уравнения системы (1.1) представляют уравнения движения ротора гироскопа, а третье - уравнение движения платформы вокруг ее оси вращения.

1.2. Уравнения движения динамически настраиваемого гироскопа

Широкое распространение в качестве чувствительных элементов индикаторных гиростабилизаторов динамически настраиваемые гироскопы получили, в

основном, благодаря своей относительно невысокой стоимости и более простой технологии изготовления по сравнению с поплавковыми приборами. При этом они имеют две измерительные оси, малые габариты и массу и достаточно высокую точность, позволяющую применять их в качестве чувствительных элементов в гиростабилизаторах инерциальных навигационных систем, бесплатформенных инерциальных навигационных системах и системах ориентации различных объектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Цинь Цзыхао, 2018 год

Источник питания

Рис.2.11. Функциональная схема стенда автоматизированной калибровки

Arduino Mega 2560 - это устройство на основе микроконтроллера ATmega 2560. В его состав входят: 54 цифровых входа/выхода (из которых 15 могут использоваться в качестве ШИМ-выходов), 16 аналоговых входов, 4 UART (аппаратных приемопередатчика для реализации последовательных интерфейсов),

кварцевый резонатор на 16 МГц, разъем USB, разъем питания, разъем ICSP для внутрисхемного программирования и кнопка сброса. Arduino Mega может быть запитан от USB либо от внешнего источника питания - тип источника выбирается автоматически. Он имеет 16 аналоговых входов, каждый из которых реализует 10 разрядный аналого-цифровой преобразователь АЦП.

На Рис.2.12 представлено окно программы системы сбора и обработки информации на базе платы Arduino. Аналоговые входы А1 и А2 используется для съема значений токов датчиков момента гироскопа, а A3 и А4 - для съема сигналов от датчиков угла гироскопа. Цифровой вход D3 предназначен для получения сигнала от датчика угла платформы. Цифровые выходы D22, D24, D25, D28, D30, D32, D34, D36, D38, D40, D42 используются для управления питанием, а цифровые входы D26, D 27, D29, D31, D33, D37, D39, D41, D43 - для контроля питания.

□¡^ Form2

Ш

Система сбора и обработки информации к плате Arduino

Тип гироскопов Параметры порта

ГБК-6

Место испытаний Москва. Россия Ч

По умолчанию

Выход

Порт: Бод:

Цифровые сигналы Вход ДУ платформы

D3 -

Аналоговые сигналы

Вход ДМх

ДМу

Al

ДУх ДУУ

А2

A3

А4

Положение ИГ Б ход

Ох Л

оу Т

Выход

HIGH LOW

wt(üU)

D26 -

mi

D24 -

D25 -

D22 -

Контроль питания +5В(АЦП)

=15В(ДХ КУ)

=27В(УМ)

Привод гироскопа

КОС ГП

КОС СТ

Ток управления _Гу

D29 -

D31 -

D33 •

D37 •

D39 •

D41 •

D43 -

Выход

Управление питания +5В(АЦП)

=15В(ДУ. КУ)

=27В(УМ)

Привод гироскопа

Режим форсажа

КОС ГП

КОС СТ

D2S -

D30 -

D32

D34 -

D36 -

D3E -

D40 -

Ток управления Jy D42

Рис.2.12. Окно программы сбора и обработки информации

На Рис.2.13 показано основное окно программы в режиме испытаний, где представлены состояния всех элементов стенда и ДНГ в режиме реального времени: положение гироскопа на стенде; угловое положение платформы; контроль и управление источниками питания; токов в моментных датчиках и напряжений с датчиков угла.

Рис. 2.13. Окно программы «Испытания»

На Рис.2.14 представлена структура базы данных. Имя папки верхнего уровня определяется датой испытаний, а следующие уровни: типом гироскопа и номером измерения. Каждое испытание включает 4 файла данных.

Рис. 2.14 Структура базы данных

На Рис.2.15 представлено окно программы в режиме расчета результатов испытаний и включает в себя расчет математических ожиданий и среднеквадра-

тических отклонений измеряемый величин, и расчет матрицы масштабных коэффициентов.

Рис.2.15. Окно программы в режиме расчета результатов испытаний Выводы по главе 2

1. Получены и исследованы уравнения движения комплексной системы «гироскоп - поворотный стенд», на базе одноосной следящей системы, учитывающие особенности совместной динамики гироскопа и стенда.

2. На основе полученных уравнений составлены структурные схемы для положений 1 и 2, проведено моделирование работы системы в переходном и установившемся режимах в среде БтыНпк (Ыа^аЩ и выбраны оптимальные параметры контуров обратной связи гироскопа и поворотного стенда в режиме слеженпя за положением гироскопа, обеспечивающие высокую точность калибровки матрицы масштабных коэффициентов ДНГ;

3. Разработан алгоритм калибровки масштабных коэффициентов ДНГ, и приведена оценка влияния собственной скорости вращения Земли и собственного дрейфа гироскопа на точностные характеристики разработанного алгоритма калибровки и даны рекомендации по снижению влияния этих факторов на точность калибровки;

4. Разработано программное обеспечение позволяющее считывать данные с измерительных каналов гироскопа и через АЦП и модуль сопряжения передавать их на компьютер, графически визуализировать процесс калибровки на дисплее компьютера в реальном времени, а также производить их запись в базу данных на жестком диске.

ГЛАВА 3. Конструкция стенда

3.1. Кинематическая схема стенда

На Рис.3.1 показана кинематическая схема поворотного стенда с установленным на нем калибруемым гироскопом 1. Представленная конструкция стенда состоит из: основания 4; двигателя следящей системы 5; коллекторного токопод-вода 6, вала 7; платформы 2, кронштейна 8 для установки гироскопа 1; датчика угла поворота платформы 3, статор которого закреплен на основании 4, а элементы подвижной части зафиксированы на платформе 2.

Рис.3.1. Кинематическая схема стенда

Платформа 2, закрепленная на валу 7, вращается вокруг вертикальной оси. Гироскоп устанавливается на стенде с помощью кронштейна 8 так, чтобы одна из калибруемых осей совпадала с осью вращения платформы. Для юстировки оси вращения поворотной установки относительно вертикали места испытаний ис-

пользуются регулируемые стойки 9, которые обеспечивают требуемую выставку платформы по показаниям прецизионных жидкостных уровней.

Электрические цепи передачи информации и подачи питания на гироскоп и электронные модули включают в себя разъемы РС19 и РС50, а также коллекторный токоподвод [45].

3.2. Параметры и элементы конструкции стенда

Для формирования параметров контура обратной связи следящей системы калибровки динамически настраиваемых гироскопов и анализа кинематики стенда, в среде автоматизированного проектирования SolidWorks была разработана 3-0 модель конструкции стенда, представленная на Рис. 3.2 и Рис. 3.3.

В исходном положении корпус стенда устанавливается таким образом, чтобы его система координат осью £ была ориентирована на Север, а ось £ - по вертикали места испытаний. Ось ц, при этом, будет ориентирована на Запад.

Рис. 3.3 Габаритные чертежи стенда

Для установки гироскопа на платформе и возможности переустановки в 2-х положениях, соответствующих калибровке по 2-м осям, используется кронштейн, конструкция которого представлена на Рис.3.4. Стальные, отшлифованные вставки 3 обеспечивают точную фиксацию кронштейна с платформой по трем точкам в каждом из двух положениях. Питание гироскопа и съем информации осуществля-

ется с помощью разъема 2 типа РС19, показанного на Рис.3.4. Корпус кронштейна и диск 4 используются для установки плат электроники.

0300мм

Рис.3.5. Платформа стенда

Массовые характеристики кронштейна (Рис.3.4) и платформы (Рис.3.5), рассчитанные с помощью модели в среде SolidWorks, представлены в Таблице 1.

Массовые характеристики кронштейна и платформы

Элементы стенда Вес [кг] 2 Моменты инерции [Нмс ]

А В С

Кронштейн 3.39 0.013 0.009 0.0088

Платформа 4.84 0.022 0.022 0.0440

Кронштейн + Платформа 8.23 0.035 0.031 0.0528

В качестве двигателя следящей системы используется коллекторный магнитоэлектрический безредукторный датчик момента типа ДМ-5, технические характеристики которого представлены в Таблице 2.

Таблица 2.

Технические характеристики ДМ-5

Характеристики

Крутизна, [Н.см/А] 11

Максимальный потребляемый ток, [А] 1.3

Допустимое время подачи максимального тока, [мин.] 1.5

Момент трения, [Н/см] 0.7

Электрическое сопротивление обмоток, [Ом] 18

Габариты, [мм] 50x15x16

Масса, [г] 170

Диапазон рабочих температур, [°С] от -60 до +80

Таким образом, в настоящей диссертационной работе на основе разработанной 3-0 модели стенда и его элементов проведен анализ его кинематической схемы и массовых характеристик необходимых для формирования контура обратной связи следящей системы. В Таблице 3 представлены основные параметры стенда.

Основные технические характеристики стенда

Ориентация оси вращения Вертикальная

Диапазон задаваемых угловых скорости Определяется калибруемым гироскопом

Погрешность измерения оборота платформы 4.5 угл.сек.

Масса платформы с кронштейном 8.23 кг

Момент инерции вращающейся части 0.0528 Нмс2

Двигатель следящей системы ДМ-5

Габаритные размеры 0520x560 мм

Масса стенда не более 30 кг

Напряжение питания 220 ±22 В

Частота питающей сети 50 ± 1Гц

Интерфейс управления USB

3.3. Схема измерения угла поворота платформы

а=1.7мм, /=4.5мм, 5=0.4мм, Л=300мм

Рис. 3.6. Схема датчика угла

Для обеспечения высокоточного измерения угловой скорости вращения платформы стенда могут использоваться фотоэлектрические датчики угла, датчи-

ки Холла, оптические датчики и другие. В данной работе используется датчик, аналогичный датчику угла ДНГ, в качестве импульсного датчика. Он представляет собой индуктивный датчик, схема которого представлена на Рис. 3.6.

На статоре датчика, представляющем из себя П-образный сердечник из электротехнической стали, наклеены две обмотки, подключаемые к источнику переменного напряжения и^) с частотой 19.2кГц. Магнитный поток в сердечнике статора датчика угла замыкается через магнитномягкие вставки приклеенные на вращающейся с угловой скоростью юг- платформе.

Индуктивность катушек статора датчика угла платформы равна [46]:

1). без магнитопровода:

Ь = N 2 аУ (3.1)

2). с замкнутым магнитопроводом:

Ь = аУ (3.2)

3). для разомкнутого магнитопровода:

Ь = N 2аУ (3.3)

4). для магнитопровода с зазором 5:

г N2 5 п ¿л

Ь = М) N255 (3.4)

где: ц0 - абсолютная магнитная проницаемость; - относительная магнитная проницаемость магнитопровода; N - число витков катушки статора датчика угла; а - сторона поперечного сечения магнитопровода; У - величина, зависящая от отношения а/1, где I - высота сердечника статора. 5 - площадь поперечного сечения сердечника; 5 - воздушный зазор.

Преобразование изменения индуктивности датчика в электрический сигнал можно осуществить в мостовой схеме, с помощью параллельного или последовательного соединения ЬС звеньев, представленных на Рис.3.7.

Ui(t)

R

C

Ua(t)

L(t) i

R

I

U2(t)

Ub(t) , Ui(t) i

R b

Ri

a R2

Ua(t).

C i

I

a

R2

U2(t)

Схема 1. Последовательное

включение LC звеньев

Схема 2. Параллельное

включение LC звеньев

Рис.3.7. Мостовые измерительные схемы датчика угла где: U1(t ) = U0 sin œt - питание ДУ;

U2 (t ) = Uh (t ) - Ua (t ) = A(t )ej<p( t ) - выходной сигнал ДУ.

Из соотношений (3.1) - (3.4) следует, что индуктивность кадушки зависит от параметров поперечного сечения сердечника, числа витков катушек N и величины зазора 5. Зависимость индуктивности катушки L=fy) от угла поворота платформы показана на графике Рис.3.6.

Амплитуды и фазы выходного сигнала U2(t) для 1-ой и 2-ой схем определяются соотношениями:

Для 1-ой схемы

A(t ) =

( R + r )( rR1 - RR2 ) + R1 Г 1 Y œL(t) V œ C y 2 + R ( R1 + R2 ) Г 1l œL(t) V œC y

( Ri + R2 )

( R + Г )2 +Í œL(t )

V œC y

-U

(3.5)

p(t ) = arctan-

R ( Ri + R2 )f œL(t )

V œC y

( R + r ) ( rR1 - RR2 ) + R1 œL(t ) -

œC

Для 2-ой схемы

(R + г)(Я -ЯЯ2) Я^)

Ю С

С

2 - R R2

г2 + Ю2¿(Г)2 -

2 Ь(г)'

С

+

A(t) =

+ [( Я1 + Я 2 ) ЮС Ю2Щ)2 - ЮЬ(') + г2 Т ^ ЮС ) 2

(Я1 + Я 2 ) ( п ь^)Т2 (п г/ л я+гТ2 1 гЯ + w + ЯюЬ^) С ) 1 и юС ) _

и

(3.6)

Ф^) = - агс1ап

Я (

(R1 +и2)»СГад ЮС

2т /-+\2 ЮЩ\ г2

(Я + Г)(Ги1 - ЯЯ2) , „2

22 ЮС

С

и2 я^

2 2г/л2 2L(t) г2 + ю2 Ь^ )2--^

С

Для обеспечения работоспособности схемы фазочувствительного выпрямления необходимо исключить смещение фазы выходного напряжения и2(0 относительно опорного сигнала, для чего величина емкости должна быть равна:

1

Для 1-ой схемы: С

ю2 Ь

Для 2-ой схемы: С =

о

Ь

г2 + ю2 Ь0

Выбор соотношения плеч мостовой схемы

я

Для 1-ой схемы: Я = — г

2 Я

Для 2-ой схемы: Я2 =

Я

. (г2 + ю2Ь0

Я

2 т2 гю Ь

На Рис. 3.8 представлена принципиальная схема формирования импульсного сигнала датчика угла поворота платформы. Выходное напряжение и2(у) с мостовой схемы поступает сначала на предварительный усилитель и выпрямитель, и далее в виде и3(у) поступает на компаратор. Передний фронт сформированного импульса и4(у) запускает счетчик времени. и5 - напряжение, определяющее порог срабатывания компаратора.

2

и

ДУ

платформы

Мостовая схема

и2(у)

Предварительный усилитель и выпрямитель

Частотомер-хронометр

Щу)

Компаратор

Т3(у)

Фильтр

и

Рис. 3.8. Принципиальная схема формирования импульсного сигнала датчика угла поворота платформы

Графики этих сигналов в зависимости от времени для 1-ой и 2-ой схем представлены на Рис. 3.9.

График 3.9 показывает принципиальную возможность использования, как 1-ой, так и 2-ой схемы обработки сигнала с импульсного датчика угла поворота платформы. В качестве их достоинства можно отметить простоту, надежность, отсутствие подвижных контактов и унификацию элементной базы с ДНГ (т.к. используется элемент, заимствованный из конструкции ДНГ).

Ширина переднего фронта импульса Т74(0 имеет вид:

для 1-ой схемы: у

и"

^Зшах

ЛУ = 77;

из 2а

Ц3шах В

для 2-ой схемы: у

„ Цз

тт"

^3шах

Ц

3шах

а В

где: а - ширина полюса магнитопровода ДУп, В - диаметр места расположения ДУп относительно оси вращения стенда, у" - угол поворота платформы при срабатывании компаратора.

Таким образом, погрешность измерения угла поворота платформы за один оборот (360°) определяется формулой:

у" Ц

для 1-ой схемы: Л. =--100% =-3

у 2п Ц"

а

3шах

жВ

для 2-ой схемы: А „ = У- • 100% = ---— • 100%

2п и3тах

и2(у)

и3(у)

и

3 тах

и?

3 тах

и4(у)

I I J

п I

у

1-ая схема

2-ая схема

Рис.3.9. Графики зависимости сигнала с датчика угла от времени

для 1 -ой и 2-ой схем

Выводы по главе 3

1. Разработана кинематическая схема контрольно-испытательного поворотного стенда, и представлены его основные характеристики;

2. Разработана 3-D модель конструкции поворотного стенда в среде SolidWorks, промоделирована кинематика движения, проведен расчет его упруго-массовых характеристик, необходимых для выбора параметров контура обратной связи следящей системы;

3. Проанализированы два варианта схемы включения датчика угла поворота платформы используемого для прецизионного измерения угловой скорости вращения стенда

4. Сформирован импульсный сигнал с датчика угла платформы, параметры переднего фронта которого обеспечивают гарантированный запуск электронного частотомера-хронометра с высокой точностью измерения временных промежутков.

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования

4.1. Методика проведения экспериментальных исследований

На Рис.4.1 представлен вид рабочего места для экспериментальной отработки алгоритмов калибровки динамически настраиваемого гироскопа с использованием предложенного измерительного комплекса «гироскоп - поворотный стенд».

Персональный Модуль сопряжения ПОВОротНый стенд

компьютер (Arduino Mega 2560)

Рис.4.1 Внешний вид рабочего места для проведения экспериментальных исследований измерительного комплекса «гироскоп - поворотный стенд»

Для экспериментальной отработки алгоритмов калибровки выбран динамически настраиваемый гироскоп типа ГВК-6, внешний вид которого представлен на Рис. 4.2. Питание синхронного гистерезисного привода гироскопа осуществляется от статического преобразователя, имеющего высокую стабильность частоты. Двухфазное напряжение питания, имеющее форму прямоугольных импульсов с частотой 480+0,096 Гц, равно 18+2,7 В при форсаже (в течение 25 секунд при разгоне) и 10+1,0 В в рабочем режиме. Датчик угла индуктивного типа состоит из че-

тырех измерительных элементов (статоры ДУ) и магнитомягкого кольца (ротор), попарно включенных по мостовой схеме с питанием возбуждения 2,5+0,125В, 19200+19,2Гц. При отклонении ротора изменяется индуктивность диаметрально противоположных измерительных элементов (при уменьшении зазора индуктивность увеличивается, а при увеличении - уменьшается) и на выходе ДУ появляется сигнал, пропорциональный углу поворота гироскопа. Датчик момента - магнитоэлектрического типа. При протекании тока в катушке ДМ возникает сила Ампера взаимодействия магнитного поля постоянного магнита, установленного в магнитопроводе и катушки. Для точной выставки корпуса гироскопа относительно системы координат связанной с датчиками моментов, вокруг оси 2 используются юстировочные эксцентрики.

Рис. 4.2. Внешний вид ГВК-6 и его контакты где: 5, 14 - Возбуждение ДУ; 1 - ДУу; 15 - ДУх; 6 - Общий для ДУу и ДУу; 3, 13 - ДМх; 4, 8 - ДМу; 18, 19, 20 - Питание привода (0°, 90°, общий).

Элементы схемы системы «гироскоп - поворотный стенд»

Питание привода гироскопа ГВК-6 осуществляется от специализированного источника питания с высокой стабильностью частоты, необходимой для обеспечения условия динамической настройки (1.5') гироскопа. Стабильность

частоты питания (Рис.4.3) обеспечивается прецизионным генератором ГЗ-110, задающим опорную частоту 5760 Гц для источника питания, который формирует форсажное (18 В) и рабочее напряжение (10 В) с частотой 480 Гц.

Генератор сигналов низкочастотный прецизионный Г3-110

1В, 5760 Гц

Блок питания привода ГВК-6 * ?

1В

19ШР

480Гц 10(18)В Включение форсажа 10В 10В 21В

а Ь с + — + — + —

3 4 5 8 9 2 1 7 6 10 11

Рис. 4.3. Схема контактов источника питания привода гироскопа

Фазочувствительный выпрямитель выполняет преобразование напряжения переменного тока с выхода предварительного усилителя в постоянное напряжение с учетом фазы опорного сигнала, в качестве которого используется напряжение питания ДУ. На Рис.4.4 представлены обозначения его контактов для подключения в контуры обратной связи гироскопа и следящей системы. Коэффициент преобразования фазочувствительного усилителя равен 120 В/В.

ФЧВ

Конт. Цель Цель Конт.

9 ДУх1 Вход сигн. Выход ДУх 2

1 ДУ2 Общ. 4

10 ДУу1 Вход сигн. ДУу 6

7 ДУу2 Питание +15в 5

8 опора Вход опорн. Общ. 4

4 Общ. -15в 3

Рис.4.4 Упрощенная электрическая схема ФЧВ

Источник питания датчика угла ДНГ, обеспечивающий формирование напряжения 2.5 В с частотой 19.2 кГц показан на Рис. 4.5. Он включает в себя генератор Вина и усилитель мощность.

—КЭ-

Dl Ü2

■ÍH—и-

VEE

Рис. 4.5. Схема источника напряжения питания ДУ где: R=82 кОм, С=100 пФ, Ri=20 кОм, R2=22 кОм, R3=10 кОм, R4=33 кОм, R5=39 Ом, VCC=+15B, VEE= -15В, RL - резистор регулировки амплитуды выходного напряжения.

Усилитель мощности (Рис.4.6), выполненный на микросхеме OPA 551 и транзисторах КТ814г и КТ815г, используется в выходных каскадах контуров обратной связи гироскопа и следящей системы для подключения моментных датчиков гироскопа и двигателей следящей системы, работающих при токах более 20мА.

vcc

R2 т

vee

Рис.4.6. Усилитель мощности

С помощью корректирующего усилителя обеспечивается требуемая коррекция амплитудно-частотной характеристики каналов следящей системы для получения желаемого качества работы следящей системы. В соответствии с параметрами выбранными в главе 2 на Рис.4.7 и 4.8 даны электрические схемы вариантов корректирующего усилителя каналов гироскопа и следящей системы на основе инвертирующего усилителя.

Рис.4.7. Корректирующий усилитель канала гироскопа где: Я1=Я2=100 кОм, С1=0,22 мкФ, Я3=510 кОм, С2=0,022 мкФ, Д4=Д5=330 кОм, Я6=680 кОм, С3=0,047 мкФ, С4=0,15 мкФ, УСС=+15В, УЕБ= -15В.

Рис.4.8. Корректирующий усилитель канала следящей системыгде: Я1=Я2=Я3=Е4=51 ОкОм, С1=0,047мкФ, С2=0,47мкФ, Я5=3.9кОм, Я6=Я7=330Юм, С3=0,01мкФ, Я8=680Юм, С4=0,22мкФ, УСС=+15В, УЕЕ= -15В.

Схема преобразования напряжений для подачи в плату сопряжения.

Для измерения положительных значений аналоговых сигналов в Агёшпо имеется встроенный АЦП, преобразующий аналоговое напряжение диапазона (0...5)В в цифровую величину (0.. .1023), а для измерения отрицательных напряжений используется электронная схема показанная на Рис. 4.9, обеспечивающая

преобразование напряжения из диапазона (—10...+10)В в диапазон (0...+5)В.

Я1

иИзм(—10.+10)В

о-

А Я4 Цо(+5)В

I

Я.

я

С1

ивх(0.+5)В

-о

Рис.4.9.Схема преобразователя диапазонов измеряемых напряжений где: Ъ1=220 кОм, Я2=75 кОм, Я3=750 Ом, Я4=330 Ом, С1=0,1мкФ, Яизм=390 Ом

Измеряемое напряжение ииз в цепи моментного датчика и преобразованное напряжение ивх, подаваемое в ЛМшпо связаны следующим соотношением:

_(Я + Я2 )( Я + Я4 ) + Я Я п _

и из п п . п п . л л ивх

Я1Я3

Я2Я3 + Я2 Я4 + Я3Я4 0

( Я2Я3 + Я2Я4 + Я3Я4 )

и0

= 0.255 • ивх + 0.5174ЦУ,

Схема формирования импульсного сигнала датчика угла поворота платформы с использованием последовательного ЬС контура представлена на Рис.4.10. Размер магнитопровода датчика угла платформы: а=1.7мм, 5=0.2мм, /=4.5мм (Рис. 3.6), при этом индуктивность обмотки ДУ: для разомкнутого магнитопровода Ь=1.424 мН, для магнитопровода с зазором (5=0.2мм) Ьтах=2.907 мН. На основе параметров выбранных резисторов, конденсаторов и других (Рис.4.9) моделирована схема формирования импульсного сигнала в среде МыШ8т, и получено значение максимального напряжения = 11.4 В. Из Рис.4.11 видно,

что постоянное напряжение и5 =

Я

14

Я13 + Я14

УСС. Тогда по формуле (3.7) можно оп-

ределить погрешность определения угла поворота платформы за один оборот (360°);

Л =

Я

14

V

СС

а

100% = 0.35 -10—33%

(4.1)

Я7

Рис.4.10. Схема формирования импульсного сигнала датчика угла поворота платформы где: Я^Я2=Я3=Я4=200Ом, Я5= Я6=10кОм, Я7= Я8=51кОм, Я9=Я12=20кОм, Я10=Я11=220кОм, Я13=680кОм, Я14=1кОм, Я15=1кОм, С=0,047мкФ,

С1=С2=С3=С4=С5=0,1мкФ, УСС=+15В, УЕЕ= -15В.

Схема стабилизации тока управления (Рис.4.11) на основе полевого транзистора типа КП903В используется для подачи стабилизированного тока управления в обмотку датчика момента калибруемого канала. Для обеспечения разных по величине токов управления применены следующие номиналы резисторов Яг мощностью 3 Вт и напряжения У0, как показано в Таблице 4.

Рис.4.11. Схема подачи постоянного тока где: Яизм=47 Ом, Я1=330 Ом, Я2=220 Ом, Я3=170 Ом, Я4=133 Ом, Я5=113 Ом, Я6=89 Ом, Я7=74 Ом, Я8=66 Ом

Номинальные значения резисторов Ri, напряжения V0

R Ri R2 R3 R4

Vo(B) 20.2...26.4 23.6.29.7 26.8.33.6 30.8.37.8

7(мА) 21.2...21.7 30.8.31.6 39.6.40.8 49.3.50.8

R R5 R6 R7 R8

Vo(B) 33.0.40.3 35.8.43.3 39.3.47.0 42.2.49.4

1(мА) 61.4.63.2 69.6.71.8 79.9.82.3 88.5.91.3

4.2. Результаты экспериментальных исследований

Ниже на Рис.4.12. приведен вариант алгоритма калибровки ДНГ в автоматизированном режиме.

Порядок выполнения эксперимента в соответствии с алгоритмом (Рис. 4.12) калибровки состоит из следующих шагов:

1. Включить компьютер;

2. Соединить все структурные элементы измерительного комплекса в соответствии со схемой на Рис. 4.13.

3. Подключить USB;

4. Запустить программу Single Axis Stand.exe;

5. Нажать на кнопку «Настройка», и проконтролировать систему сбора и обработки информации к плате Arduino;

6 Установить испытуемый блок в положение 1 (y является осью вращения стнеда), и проконтролировать, что вилка XS соединена с розеткой ХРУ;

7. Для положения 1 нажать кнопку «Xt©t» или «Xt©>^» (для положения 2 — «Yt©t» или « Yt©^»), чтобы определить направление вращения платформы. Сверху посмотреть на платформу, если она вращается против часовой стрелки, то считается положительное направления вращения с знаком «Î»;

Стенд