Теоретические основы построения системы навигации горнопроходческого комбайна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.03, кандидат наук Ву Доан Кет

• Ву Доан Кет
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Ву Доан Кет

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Проблемы навигации горнопроходческих комбайнов. Возможные пути решения

1.1. Горнопроходческий комбайн, как объект управления

1.1.1. Общие сведения о горнопроходческих комбайнах

1.1.2. Управление комбайном

1.2. Рабочие условия в штреке

1.2.1. Общие соображения

1.2.2. Климатические условия

1.2.3. Механические воздействия

1.2.4. Ограничения по электропитанию

1.3. Состояние вопроса навигации горнопроходческих комбайнов в России и в Мире

1.3.1. Состояние вопроса в России

1.3.2. Состояние вопроса за рубежом

1.4. Возможные пути решения

1.4.1. Общие сведения

1.4.2. Инерциальные навигационные системы

1.4.3. Навигационные системы, основанные на счислении пройденного пути

1.4.4. Навигационные системы, основанные на измерении относительной линейной скорости движения

1.4.5. Дальномерные навигационные системы

1.4.6. Системы навигации, использующие различные физические поля

1.4.7. Системы навигации, использующие лазерные технологии

1.4.8. Системы навигации, основанные на анализе изображений объекта, полученных с помощью цифровых фотокамер

1.4.9. Системы навигации, использующие набор приборов, в котором основными является электронный тахеометр и наземный гирокомпас

1.4.10. Предлагаемые структура и принцип работы системы ориентации и навигации горнопроходческого комбайна

Выводы по главе

Глава 2. Теоретические основы построения системы

2.1. Постановка задачи

2.2. Алгоритмы вычисления местоположения горнопроходческого комбайна

2.2.1. Принцип определения местоположения ГПК

2.2.2. Использование алгебры кватернионов

2.2.3. Использование направляющих косинусов

2.2.4. Проверка достоверности алгоритмов

2.3. Алгоритмы вычисления параметров ориентации горнопроходческого комбайна

2.3.1. Алгоритмы вычисления углов, характеризирующих ориентацию горнопроходческого комбайна относительно вертикали

2.3.2. Алгоритм вычисления азимута горнопроходческого комбайна

2.4. Алгоритмы вычисления основных параметров штрека

2.4.1 Формулирование задачи

2.4.2 Определение ширины штрека и смещения ГПК относительно плоскости симметрии штрека

2.4.3 Определение азимута и уклона осевой линии штрека

Выводы по главе

Глава 3 Прибор ориентации на основе системы аналитического гирокомпасирования

3.1. Исходные положения

3.2. Состав и принцип работы прибора

3.3. Алгоритмы вычисления азимутального угла

3.4. Алгоритм вычислений угла, характеризующего ориентацию проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора

3.4.1. Смещение нуля и изменение крутизны характеристики ДУС (чувствительности, масштаба) от пуска к пуску

3.4.2. Фазовая погрешность ДУС

3.4.3. Запаздывание в определении угла е по показаниям энкодера

3.4.4. Помехи (шум) в выходном сигнале ДУС

3.5. Последовательность действий по определению углов ©, Ф

Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальные исследования наземного прибора ориентации

4.1. Цель экспериментальных исследований

4.2. Экспериментальная установка

4.2.1. Краткое описание установки

4.2.2 Технические характеристики установки

4.3. Методика проведения экспериментов

4.4. Результаты экспериментальных исследований

4.4.1. Настройка масштабных коэффициентов акселерометров и ДУС

4.4.2. Определение эффективности подавления влияния дефектов ДУС на точность определения угла е^

4.4.3. Проверка разработанных алгоритмов вычисления параметров ориентации наземного прибора ориентации

4.5. Анализ результатов

Выводы по Главе

Общие выводы и заключение

Список использованных источников

Список иллюстративного материала

Приложения

Приложение 1. Краткое описание некоторых проходческих комбайнов

Приложение 2. Краткое описание входящих в состав экспериментальной установки приборов и устройств

Приложение 3. Протокол замеров и результаты вычислений при экспериментальной проверке разработанных алгоритмов определения углов ©, Ф, ¥ ориентации НПО

Приложение 4. Акты внедрения

Обозначения и сокращения Сокращения, используемые в тексте диссертации:

ГН - генератор напряжений;

ГПК - горнопроходческий комбайн;

Д - дальномер;

ДГ - двигатель-генератор;

ДНГ - динамически настраиваемый гироскоп;

ДУ - датчик угла;

ДУС - датчик угловой скорости;

ДДУС - двухкомпонентный датчик угловой скорости;

ИД - исполнительный двигатель;

ИП - интегрирующий привод;

К - компаратор;

НПО - неподвижный наземный прибор ориентации; ОВ - одновибратор; ОГ - оптическая головка; ОСЦ - осциллограф; П - платформа;

ППО - подвижный прибор ориентации;

ПТНА - преобразователь «ток-напряжение» акселерометра;

ПТНД - преобразователь «ток-напряжение» ДУС;

ПУ - пульт управления;

СК - система координат;

СТС - система термостатирования;

СУИП - схема управления интегрирующего привода;

СФКУ - схема формирования кода угла;

У - усилитель;

УПА - усилитель-преобразователь акселерометра;

УПДУС - усилитель-преобразователь датчика угловой скорости;

ЦВ - цифровой вольтметр;

ЭСЧ - электронно-счётный частотомер.

Основные системы координат:

О0 ^оПоСо - правая, горизонтальная, географически ориентированная, опорная СК с началом в исходной точке О0 с известными географическими координатами, находящейся в штреке;

О0Х0У020 - правая СК, связанная с корпусом НПО;

ОАго^ого - правая СК, связанная с оптической головкой ОГО, установленной в кардановом подвесе на корпусе НПО;

О^пС - правая, горизонтальная, географически ориентированная СК с началом в определённой точке О, жёстко связанной с ГПК;

ОХУ1 - правая СК, связанная с ГПК;

ОХ0ГУ0^0Г - правая СК, связанная с оптической головкой ОГ.

Основные обозначения:

0, Ф - углы Эйлера-Крылова, характеризующие ориентацию корпуса НПО по отношению к СК О0 £0п0Со;

а, в, у - углы Эйлера-Крылова, характеризующие ориентацию ГПК по отношению к СК О^пС;

п, С - текущие координаты ГПК в СК О0^0ПоСо;

ф0, Х0, Н0 - широта, долгота и альтитуда точки О0;

ф, X, Н - текущие широта, долгота и альтитуда ГПК;

А, В - углы, характеризующие ориентацию линии О О по отношению к СК

В - ширина штрека;

И0, И - высоты НПО и НПО относительно плоскости подошвы штрека;

А - смещение относительно плоскости симметрии штрека;

X - азимут осевой линии штрека;

к - уклон осевой линии штрека;

5 - угол, характеризующий ориентацию продольной оси ГПК относительно осевой линии штрека в азимуте;

V - углы Эйлера-Крылова, характеризующие ориентацию линии О0О по отношению к СК О0Х0У^0;

р, а - углы Эйлера-Крылова, характеризующие ориентацию линии О0О по отношению к СК ОХУ1.

Введение

Актуальность темы. Навигация в шахте - это навигация под землей. Термин «подземная навигация» в России впервые употреблён в [1, 2]. Однако в указанных работах авторы рассматривали вопросы навигации в скважине. Задачи, решаемые системой ориентации и навигации в шахте, в частности, в штреке и требования к системе сильно отличаются от таковых в буровой скважине. Особое место занимает навигация инспектирующего снаряда, движущегося внутри нефте- или газопровода

[3].

Проблема управления горнопроходческими комбайнами (ГПК) при строительстве штреков и тоннелей является общемировой. Основной составной частью системы управления ГПК является система ориентации и навигации. Анализ достоинств и недостатков известных навигационных систем, используемых в системах управления различными подвижными объектами, показал, что в шахтных условиях эти системы либо неработоспособны, либо не обеспечивают требуемой точности, либо не обеспечивают полной информации о параметрах ориентации и навигации ГПК, либо сложны и неудобны в эксплуатации. Общим недостатком систем, используемых в настоящее время для определения ориентации и местоположения ГПК является необходимость почти постоянного присутствия в штреке (тоннеле) специалиста - маркшейдера. Кроме того, основные части этих систем основаны на использовании высокоточных оптических приборов, которые требуют их установки на специальных штативах и точной вертикализации. А выбор места для длительного стояния штатива в штреке (тоннеле) в условиях его заполненности технологическим оборудованием представляет собой сложную задачу. В данной ситуации разработка новой системы ориентации и навигации ГПК является актуальной, необходимой задачей.

Целью диссертационной работы является разработка структуры, принципа функционирования системы ориентации и навигации ГПК; разработка алгоритмов вычислений параметров, характеризирующих местоположение и ориентацию ГПК, а также основных параметров штрека (ширины штрека, азимута и уклона осевой линии штрека); разработка действующего макета наземного прибора ориентации

(НПО), входящего в состав системы и реализующего принцип аналитического гирокомпасирования с вращающимся датчиком угловой скорости, и его экспериментальное исследование.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. На основе анализа достоинств и недостатков навигационных систем, используемых в системах управления подвижными объектами до настоящего времени в условии штреков (тоннелей), предложить новые структуру и принцип функционирования системы ориентации и навигации ГПК, основанной на использовании новейших достижений в области гироскопической и навигационной техники, лазерной техники, радиосвязи и радиолокации, цифровых методов передачи и обработки информации.

2. Для предложенной системы разработать алгоритмы вычисления параметров, характеризующих местоположение и ориентацию ГПК, включая смещение ГПК относительно вертикальной плоскости, в которой находится осевая линия штрека (плоскости симметрии штрека), угол, характеризующий ориентацию продольной осью ГПК относительно осевой линией штрека в азимуте, а также алгоритмы вычислений основных параметров штрека.

3. Разработать структуру, приёмы замеров и алгоритмы вычислений в системе аналитического гирокомпасирования с вращающимся датчиком угловой скорости (ДУС), на основе которой построен НПО, позволяющие устранить или уменьшить влияние основных погрешностей ДУС на точность определения азимутального угла.

4. Создать действующий макет НПО на основе системы аналитического гирокомпасирования с вращающимся датчиком угловой скорости.

5. Провести экспериментальные исследования макета НПО с целью проверки разработанных алгоритмов вычисления параметров его ориентации, а также определения степени влияния дефектов ДУС и привода платформы на точность определения азимутального угла; оценить достижимую точность определения параметров ориентации.

Объектом исследования является система ориентации и навигации ГПК, используемого при строительстве штреков и тоннелей.

Предметами исследования являются предложенные структура и принцип функционирования системы ориентации и навигации ГПК, алгоритмы вычислений параметров, характеризующих ориентацию и местоположение комбайна, а также основных параметров штрека; принцип построения, приёмы замеров и алгоритмы вычислений в НПО.

Методы исследования. В диссертации при рассмотрении кинематики системы для определения параметров ориентации и навигации объектов в пространстве используются горизонтальная, географически ориентированная система координат (называемая иногда географической) и системы координат, связанные с рассматриваемыми объектами; углы Эйлера-Крылова; алгебра кватернионов и направляющие косинусы.

При разработке конструкции наземного прибора ориентации использована САПР T-Flex 15 учебной версии. Расчёты параметров по полученным алгоритмам осуществлялись в программе Mathcad

Диссертационная работа в структурном плане состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

В первой Главе рассматриваются различные виды проходческих комбайнов, применяемых при строительстве штреков и тоннелей, а также условия в штреке. Анализируются достоинства и недостатки известных навигационных систем, используемых в настоящее время в системах управления различными подвижными объектами в случаях их применения в штреке. Формулируются требования к современным системам ориентации и навигации ГПК. Предлагается система ориентации и навигации, которая может работать в автоматизированном режиме при строительстве штреков, тоннелей и обеспечивать машиниста комбайна информацией о местоположении и ориентации ГПК, основных параметрах штрека, а также о смещении ГПК от осевой линии штрека и угле между продольной осью ГПК и осевой линией штрека. Излагаются структура и принцип работы предложенной системы. Система состоит из трёх основных приборов: базового

наземного прибора ориентации (НПО), закреплённого под кровлей штрека в точке с известными географическими координатами; подвижного прибора ориентации, установленного на ГПК в задней его части; вычислителя с монитором, который может устанавливаться в кабине ГПК или находиться за пределами ГПК в руках машиниста. Все приборы связаны между собой беспроводными двухсторонними каналами обмена информации. В системе осуществляется непрерывное измерение расстояния между НПО и ППО. В состав НПО и ППО входит система автоматического взаимного визирования, предназначенная для передачи направления с НПО на ППО путём определения ориентации линии визирования по отношению к системам координат, связанным с корпусами НПО, ППО, и последующих вычислений. Задача разработки и исследования системы взаимного оптического визирования в диссертации не рассматривается; предлагается лишь один вариант её принципиальной схемы, что необходимо для разработки алгоритмов обработки информации в системе. Для определения расстояния от НПО до ППО, высот НПО и ППО относительно поверхности подошвы и расстояний от ППО до стенок штрека в состав НПО и ППО также включаются дальномеры. Принцип работы системы ориентации и навигации ГПК заключается в следующем. Местоположение и ориентация ГПК вычисляются на основе информации об ориентации линии оптического визирования по отношению к опорной, горизонтальной, географически ориентированной СК, начало которой расположено в точке пересечения осей подвеса оптической головки системы взаимного оптического визирования, расположенной в НПО, расстоянии между НПО и ППО, ориентации линии оптического визирования по отношению к СК, связанным с корпусами НПО и ППО, а также ориентации ГПК относительно вертикали. Основные параметры штрека определяются с учётом ориентации линии оптического визирования по отношению к опорной СК, высот НПО и ППО по отношению к плоскости подошвы штрека и расстояний НПО и ППО до стенок штрека.

Вторая Глава посвящена разработке теоретических основ построения системы ориентации и навигации по предложенной схеме, а именно:

разрабатываются алгоритмы вычисления параметров, характеризующих местоположение ГПК и его ориентацию, включая смещение ГПК относительно плоскости симметрии штрека, угол, характеризующий ориентацию продольной оси ГПК относительно осевой линии штрека в азимуте, а также алгоритмы вычислений ширины штрека, азимута и уклона осевой линии штрека. При разработке теории были введены следующие СК: горизонтальная, географически ориентированная, опорная СК, начало которой является точка пересечения осей подвеса оптической головки системы взаимного оптического визирования, расположенной в НПО; горизонтальная, географически ориентированная СК, началом которой является точка пересечения осей подвеса оптической головки системы взаимного оптического визирования, расположенной в ППО; СК, связанные с корпусами составных частей системы. Для задания ориентации объектов по отношению к опорным СК используются углы Эйлера-Крылова. На основе информации об ориентации линии оптического визирования, расстоянии между НПО и ППО, ориентации ГПК относительно вертикали, ориентации линии оптического визирования относительно корпуса ГПК вычисляются географические координаты ГПК и ориентация ГПК по отношению к опорной горизонтальной, географически ориентированной СК. Ширина штрека и смещения НПО и ППО от осевой линии штрека определяются с учётом расстояний НПО и ППО до стенок штрека. Азимут и уклон осевой линии штрека вычисляются на основе информации об ориентации линии оптического визирования по отношению к опорной СК, о высотах НПО и ППО по отношению к плоскости подошвы штрека, а также о смещениях НПО и ППО от осевой линии штрека.

В третьей Главе рассматриваются вопросы построения неподвижного наземного прибора ориентации НПО на основе системы аналитического гирокомпасирования. Приведен краткий обзор теории и практического применения систем аналитического гирокомпасирования для определения ориентации объекта по отношению к горизонтальной, географически ориентированной опорной СК. Показано, что основная проблема состоит в обеспечении требуемой точности определения азимутального угла. В данном случае с целью повышения точности

определения азимутального угла корпуса НПО предлагаются новый порядок замеров и новые алгоритмы вычислений в системе аналитического гирокомпасирования с вращающимся ДУС. Предлагаемая система содержит: гироскопический датчик угловой скорости, установленный на одноосной вращающейся платформе; два акселерометра, закреплённые на основании прибора; точный преобразователь угла в цифровой код (энкодер), установленный по оси вращения платформы, и вычислитель. Платформа приводится во вращение с помощью привода, обеспечивающего постоянную, строго заданную угловую скорость. Прибор может быть наклонён по отношению к вертикали места в любом направлении на угол до 15-20 градусов. Основное внимание уделено поиску приёмов и алгоритмов вычисления азимутального угла, которые позволили бы исключить или уменьшить влияние погрешностей датчика угловой скорости на точность определения этого угла. К таким погрешностям относятся: смещение нуля, изменение крутизны характеристики (масштаба, чувствительности), динамические погрешности (амплитудные и фазовые) при условии их постоянства в пуске, а также шум в выходном сигнале датчика угловой скорости. Предлагается сначала вычислять угол, характеризующий ориентацию проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора, а затем вычислять азимутальной угол на основе информации об указанном угле, а также углах, характеризующих ориентацию прибора по отношению к вертикали места (плоскости горизонта). Угол, характеризующий ориентацию проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора, определяется по результатам отсчётов углов с энкодера с учётом знака производной в те моменты времени, когда сигнал с датчика угловой скорости при вращении платформы становится равным нулю.

Четвёртая Глава посвящена экспериментальным исследованиям специально разработанного макета НПО (без системы взаимного оптического визирования и дальномера). Приводится принципиальная электрокинематическая схема макета прибора и схема экспериментальной установки в целом. Процесс выполнения экспериментов состоит из трёх этапов: калибровки акселерометров и датчика

угловой скорости; проверки предложенных порядка замеров и алгоритма вычисления угла, характеризующего ориентацию проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора, и оценка степени влияния дефектов датчика угловой скорости на точность определения этого угла; проверки разработанных алгоритмов вычисления параметров ориентации прибора (углов Эйлера-Крылова). Полученные результаты анализируются.

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

В Приложениях приведены технические характеристики и внешний вид некоторых типов ГПК, описание экспериментальной установки, а также численные результаты проведённых экспериментов.

Научная новизна:

1. Предложена новая концепция построения системы ориентации и навигации ГПК, позволяющей определять параметры ориентации и навигации ГПК, а также основные параметры штрека в автоматизированном режиме.

2. Разработаны: алгоритмы вычислений трёх углов, характеризующих ориентацию ГПК в горизонтальной, географически ориентированной СК; алгоритмы вычислений географических координат ГПК (широта, долгота и альтитуда), а также координат ГПК в горизонтальной, географически ориентированной, опорной СК; алгоритмы определения основных параметров штрека (ширины штрека, азимута и уклона осевой линии штрека); алгоритмы определения смещения ГПК относительно плоскости симметрии штрека, а также угла между продольной осью ГПК и осевой линией штрека.

3. Предложены принцип построения, приёмы замеров и алгоритмы вычислений в НПО, позволяющие устранить или уменьшить влияние основных погрешностей ДУС на точность определения азимутального угла.

Научные положения, вносимые на защиту:

1. Предложенные структура, принцип функционирования системы ориентации и навигации ГПК.

2. Алгоритмы вычислений текущих параметров, определяющих ориентацию и местоположение ГПК, а также основных параметров штрека.

3. Предложенная схема построения НПО на основе системы аналитического гирокомпасирования с вращающимся датчиком угловой скорости и новые алгоритмы вычислений параметров ориентации.

4. Разработанная методика экспериментальных исследований действующего макета НПО, выполненного в соответствии с предложенной схемой.

Практическая значимость:

1. Разработанная система ориентации и навигации ГПК, работающая в автоматизированном режиме может использоваться для навигации ГПК избирательного разрушения, ГПК сплошного разрушения, а также тоннелепроходческого щита при строительстве штреков и тоннелей.

2. Алгоритмы вычислений параметров могут быть использованы для разработки программного обеспечения предложенной системы ориентации и навигации ГПК.

3. Результаты экспериментов подтверждают возможность создания системы аналитического гирокомпасирования, позволяющей при использовании ДУС на основе ДНГ определять азимутальный угол с погрешностью 1 - 2 угловые минуты и два угла, характеризующие ориентацию её корпуса относительно плоскости горизонта с погрешностью, не превышающей долей угловой минуты.

4. При успешной разработке системы взаимного оптического визирования с достаточно высокой точностью погрешность определения местоположения комбайна по отношению к СК, связанной с базовым прибором, при удалении от него комбайна на расстояние до 100 м не превысит 10-20 см.

5. Результаты исследований внедрены в производственный и учебный процессы.

Достоверность результатов работы подтверждается результатами численных экспериментов и экспериментальных исследований макета наземного прибора ориентации.

Внедрение результатов работы.

Полученные в диссертационной работе результаты внедрены:

- в учебном процессе Отделения электронной инженерии Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» при проведении лекционных и практических занятий по курсу «Приборы навигации», а также при выполнении НИР и ВКР студентами по направлению подготовки 12.03.01 «Приборостроение».

- на машиностроительном предприятии «Ильма» (г. Томск) в ходе выполнения работ по созданию системы ориентации и навигации горнопроходческого комбайна.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретические основы построения системы навигации горнопроходческого комбайна»

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на конференциях и форумах:

- III Всероссийском Форуме школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Космическое приборостроение», 08 - 10 апреля 2015г., Томск, Россия;

- XVIII конференции молодых ученых "Навигация и управление движением", 15-18 марта 2016 г., Санкт-Петербург, Россия;

- IV Всероссийском молодёжный Форум с международным участием «Инженерия для освоения космоса», 12 - 14 апреля 2016г., Томск, Россия;

- 54-й Международной научной студенческой конференции МНСК-2016 «Электротехнические комплексы и системы», 16 - 20 апреля 2016г., Новосибирск, Россия;

- V Международном молодёжном Форуме «Инженерия для освоения космоса», 18 - 20 апреля 2017г., Томск, Россия;

- XI Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (НТИ-2017) 4 - 8 декабря 2017г., Новосибирск, Россия;

- VI Международном молодёжном Форуме «Инженерия для освоения космоса», 26 - 28 апреля 2018г., Томск, Россия.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 10 научных работах, в том числе в 3 статьях в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ.

Глава 1. Проблемы навигации горнопроходческих комбайнов. Возможные

пути решения

1.1. Горнопроходческий комбайн, как объект управления 1.1.1. Общие сведения о горнопроходческих комбайнах

Горнопроходческие комбайны (ГПК) предназначены для проходки тоннелей, штреков, рытья каналов, добычи угля и т.п. [4, 5]. За последние 50 лет в производстве ГПК достигнут значительный прогресс: постоянное увеличение веса, размера комбайна и мощности режущей головки; улучшенная конструкция телескопической стрелы, скребкового конвейера и погрузочного устройства; более эффективный дизайн рабочего органа; достижения в гидравлических и электрических системах; применение достижений в области автоматизации и удалённого контроля. Все перечисленные достижения позволяют резко повысить возможности и срок службы ГПК. По способу обработки забоя исполнительным органом различают ГПК избирательного и сплошного разрушения.

ГПК избирательного разрушения - машина со стреловидным исполнительным органом с фрезерной коронкой, снабженной резцовым режущим инструментом, обеспечивающим разработку забоя любой формы поперечного сечения. Это является причиной более широкого использования комбайнов избирательного разрушения по сравнению с комбайнами сплошного разрушения. ГПК избирательного разрушения подразделяют на машины: легкого типа (с массой до 20 - 25 тонн), среднего типа (35 - 50 тонн) и тяжелого типа (до 100 - 110 тонн). Все типы ГПК оборудуются гусеничным ходом. ГПК легкого и среднего типов наиболее распространены на угольных шахтах, где с их использованием проводится около 40 - 45 % горных выработок. Средняя скорость проведения выработок такими комбайнами 140 - 160 м/месяц, максимальная - до 1500 м/месяц.

ГПК сплошного разрушения отличает наличие исполнительного органа роторного типа с буровой коронкой, снабженной шарошечным инструментом и специальными ковшами, одновременно разрушающими весь забой и обеспечивающим захват и погрузку горной массы. Диаметр буровой коронки ГПК

от 4 до 10 м; комбайн может быть оборудован дополнительными фрезами для придания выработкам арочной формы [6, 7].

ГПК сплошного разрушения по степени маневренности близок к тоннелепроходческим щитам.

Сравнивая степень маневренности ГПК избирательного разрушения, ГПК сплошного разрушения и тоннелепроходческого щита следует отметить, что задача определения ориентационных и навигационных параметров ГПК избирательного разрушения является наиболее сложной. В дальнейшем основное внимание сосредоточим на ГПК избирательного типа. 1.1.2. Управление комбайном

Комбайном управляет оператор (машинист). Конечная цель управления -разрушение массива горных пород и формирование штрека с заданной формой поперечного сечения и проектным пространственным расположением. Для достижения указанной цели оператор должен обеспечить определенные пространственные движения рабочего органа комбайна. В общем случае для этого необходимо управление положением и движением рабочего органа относительно корпуса комбайна и положением самого комбайна в штреке. При этом, поскольку ширина штрека или тоннеля, как правило, значительно превосходит размеры комбайна, возможны значительные поступательные перемещения комбайна и его развороты относительно осевой линии штрека.

Из изложенного вытекает вывод о том, что процесс управления в целом должен включать в себя три составляющие:

- управление поступательным движением комбайна и его положением;

- управление его угловым пространственным положением и движением;

- управление положением и движением рабочего органа по отношению к комбайну.

В настоящее время в основном осуществляется ручное управление горнопроходческими комбайнами, при котором решения о положении и характере движения рабочего органа относительно комбайна, положении и движении самого комбайна принимает машинист. Последний, благодаря непрерывной

мыслительной деятельности должен сопоставлять фактическую форму и размеры штрека в зоне разрушения горной массы, а также положение осевой линии штрека в азимуте и относительно плоскости горизонта с проектными. При этом одновременно он должен оценивать положение комбайна относительно плоскости симметрии и границ штрека. Необходимую информацию для осуществления процесса управления дают машинисту его органы зрения, специальные приборы, которыми начали оснащать проходческие комбайны, например, инклинометры, специальные системы контроля и управления, включающие в себя также приборы, размещенные вне комбайна, и соответствующие маркшейдерские службы. 1.2. Рабочие условия в штреке

1.2.1. Общие соображения

Речь идёт о создании системы ориентации и навигации горнопроходческого комбайна, работающего в условиях штреков и тоннелей. Учитывая, что такие системы для плавающих, летающих, перемещающихся по поверхности Земли и работающих в глубоких буровых скважинах активно разрабатываются и производятся в мире более полувека, представляет интерес сравнение условий эксплуатации шахтных систем с названными.

Проводится такое сравнение по основным группам факторов, определяющим условия эксплуатации технических систем: климатические, в том числе характер и свойства окружающей среды; механические воздействия; ограничение по электропитанию. При сравнении полагается, что часть оборудования из состава системы будет находиться непосредственно на комбайне, а другая часть установлена в штреке на некотором удалении от комбайна и неподвижна.

1.2.2. Климатические условия

Если рассматривать штреки и тоннели, расположенные на глубине до 500м, то температура окружающей среды всегда положительна, но не так велика, как в глубоких (2 - 4 тыс. м) буровых скважинах. Температура в штреке находится в диапазоне от +2°С до +40°С. Этот диапазон практически охватывает все возможные случаи применения системы.

Давление окружающей среды в шахтах несколько выше, чем на поверхности, но эти изменения при глубинах до 500 м незначительны и не создают серьёзных проблем при разработке системы в отличие, например, от систем для летательных аппаратов (давление значительно понижено или вакуум) или скважинных систем (давление достигает сотен атмосфер).

Характер и свойства окружающей среды в шахтах являются определенным препятствием на пути создания системы. В первую очередь - повышенная влажность воздуха за счёт работы системы орошения для борьбы с пылью. Следует ожидать уровня влажности, близкой к 100%. При этом не исключается оседание мелких капель воды с пылью на поверхность приборов, размещённых на комбайне. Менее вероятным, но возможным следует считать попадание капель влаги и частиц пыли на удаленную от забоя и комбайна аппаратуру.

Другой фактор - запыленность. Степень запыленности воздуха в рабочей зоне комбайна может достигать 2 Г/м3. По мере удаления от комбайна вдоль штрека степень запыленности снижается.

Третий фактор - возможное присутствие в воздушной среде газа метан, который при определенных концентрациях способен образовывать с кислородом воздуха взрывоопасную смесь. Чтобы аппаратура системы ориентации и навигации не стала причиной взрыва в штреке (тоннеле), она должна обеспечивать требования к взрывозащищённому электрооборудованию с взрывозащитой вида «искробезопасная электрическая цепь» по ГОСТ Р 51330.10-99.

Четвёртый фактор - движение воздушной среды за счёт работы системы вентиляции забоя. Наличие пыли и мелких капель влаги в окружающей среде и движение самой среды должно учитываться при использовании лазерных, ультразвуковых и радиоволновых технологий в шахте.

Конструкции всех составных частей системы, соприкасающихся с окружающей средой, должны защищать их от пыли и влаги. Применяемые материалы и их покрытия должны обеспечить необходимую коррозионную стойкость аппаратуры в указанных выше условиях применения [8].

1.2.3. Механические воздействия

Работа проходческого комбайна, осуществляющего разрушение горной массы с помощью вращающегося рабочего органа (продольно- или поперечно-установленной фрезы), невозможна без возникающих при этом вибраций и ударов. Вибрации и удары присутствуют на комбайне и с него передаются на грунт. Они также возникают в призабойной горной массе в месте, где происходит её разрушение.

На комбайне к вибрациям и ударам, возникающим за счёт взаимодействия рабочего органа с горной массой, добавляются вибрации, создаваемые работой электроприводов, гидроприводов, трансмиссией и гусеничного движителя.

Уровень виброперегрузки корпуса с рамой-балкой комбайна при его работе может достигать в диапазоне частот (0,5 - 100) Гц 1 единицы; при этом могут иметь место многократные удары с длительностью 2 ^ 20 мс с перегрузкой до 15 единиц

[9].

Вибрации и удары, возникающие в горной массе, распространяются вокруг и по мере удаления от источника затухают. Степень затухания зависит от свойств горной массы: в твердых породах степень затухания меньше, в мягких - больше.

Определенную роль в возникновении вибрации горной массы в штреке играют также работающие транспортёры и движущиеся вагонетки, осуществляющие удаление измельчённой горной массы из забоя.

Если наличие вибрации и ударов для разрабатываемой системы является критичным, работа комбайна и транспортёра на короткий промежуток времени может быть остановлена.

Следует также иметь в виду, что причиной вибрации и ударов грунта могут быть буровзрывные работы, производимые поблизости от места расположения приборов системы ориентации и навигации, например, в соседнем штреке или лаве.

1.2.4. Ограничения по электропитанию

Требование искрозащищённого исполнения аппаратуры системы накладывает ограничения на источники питания аппаратуры, характер и величины питающих напряжений и допустимые потребляемые мощности.

Как правило системы ориентации и навигации ГПК состоят из двух или более частей. Одна часть закрепляется на ГПК, неподвижная часть размещается либо на штативе на поверхности подошвы, либо под кровлей штрека, а часть находится в кабине ГПК или в руках машиниста при дистанционном управлении ГПК.

Для части, находящегося на ГПК проблемы с ограничением тока и мощности практически отсутствуют, так как к двигателям ГПК подключается мощная сеть напряжением 660 В или 1140 В [10]. Это напряжение может быть преобразовано в нужный номинал напряжения.

Для питания неподвижной части системы можно использовать слаботочные сети, присутствующие в штреке. Но по этим сетям проходит ток напряжением не более 24 В и силой тока, исчисляемой мА [11]. Этот фактор должен учитываться при разработке данной части.

В руках машиниста находится вычислитель с монитором, в качестве которого часто используется ноутбук в взрывозащищённом исполнении. Для питания ноутбуков в штреке самым простым и удобным способом является использование аккумуляторных батарей.

1.3. Состояние вопроса навигации горнопроходческих комбайнов в России и в Мире

1.3.1. Состояние вопроса в России

Вопросы автоматизации и управления горнопроходческими комбайнами в отрасли обсуждаются уже последние несколько десятков лет. Однако серьёзных работ в этом направлении не проводилось, соответственно, публикаций также было мало.

Длительное время все вопросы, связанные с ориентацией и навигацией подземных машин, решались маркшейдерскими службами шахт и рудников, а основными инструментами при этом были оптические теодолиты, наземные гирокомпасы, оптические нивелиры, отвесы и обычные рулетки. Разработкой и производством наземных гирокомпасов в искробезопасном исполнении в России занимался Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ, г. Санкт-Петербург).

Новое качество во весь комплекс работ под землей привнесли лазерные технологии. Во-первых, появились лазерные дальномеры (лазерные рулетки) -точные и простые в обращении приборы. Во-вторых, разработка компактных, надежных и достаточно мощных полупроводниковых лазеров позволило в подземных выработках создавать неподвижное опорное направление. С помощью несложных устройств смещение горного комбайна или тоннелепроходческого щита относительно луча преобразовывалось в соответствующие сигналы, которые выводились на пульт оператора. Были также разработаны устройства, позволяющие измерять углы поворотов горной машины по отношению к направлению, задаваемому лучом лазера [12].

Третий этап в совершенствовании методов навигации и ориентации горных машин и комплексов связан с появлением в мире электронных тахеометров. Эти приборы позволяют визировать удаленные объекты, определять два угла, характеризующих ориентацию направления на объект, а также с помощью встроенного лазерного дальномера определять расстояние до этого объекта [13].

И, наконец, в последние годы начало развиваться новое направление в области определения ориентации и местоположения объекта, основанное на получении изображений объекта с нескольких точек наблюдения с помощью высококачественных цифровых фотокамер и последующей обработки изображений с использованием специальных программ [14]. 1.3.2. Состояние вопроса за рубежом

За рубежом вопросам создания нового горно-шахтного оборудования, а также оборудования для строительства тоннелей уделяется серьёзное внимание. Следует констатировать, что фирмы - мировые лидеры в разработке и производстве указанного оборудования - это зарубежные фирмы. Перечислим некоторые из них:

- VMT GmbH (Германия);

- Группа компаний MSB/IBS в составе IBS GmbH (Германия);

- MSB Maschinenbau Schmitt (Германия);

- BBM Maschinenfabric Meran GmbH (Германия);

- Sandvik (Швеция);

- Концерн Herrenknecht AG (Германия);

- The Robbins company (США);

- Mosaic company (США).

Анализ зарубежных патентов, научных статей и рекламных материалов зарубежных фирм показывает, что основные методы определения ориентации и местоположения горно-шахтного оборудования - горнопроходческих комбайнов и тоннелепроходческих щитов, используемые за рубежом, те же, что используются в России. И это естественно, поскольку Россия много заимствует у зарубежных разработчиков. Наибольшее распространение среди методов и средств определения положения и ориентации горнопроходческих комбайнов получили методы, основанные на использовании современных электронных тахеометров в сочетании с оптическими отражателями, установленными на комбайне.

Следует отметить, что в горной промышленности недостаточно используются современные достижения аэрокосмической отрасли, в первую очередь в вопросах подземной навигации и ориентации горных машин и комплексов. В то же время задачи подземной навигации в буровых скважинах в мире и в России успешно решаются именно благодаря привлечению к решению проблем предприятий и организаций аэрокосмической (ракетно-космической) отрасли. 1.4. Возможные пути решения

1.4.1. Общие сведения

При выборе пути разработки системы ориентации и навигации ГПК необходимо учитывать, что штрек (тоннель) является закрытым помещением (под землей), поэтому использование глобальных спутниковых навигационных систем невозможно. В штреке для навигации ГПК используются только локальные системы. Параметры, характеризующие местоположение и ориентацию их базовых приборов определяются маркшейдерскими службами.

1.4.2. Инерциальные навигационные системы

Инерциальная навигационная системы (ИНС) считается полностью автономной. Это является причиной их широкого применения в системах управления различных подвижных объектов: плавающих (подводных и наводных

кораблей) [15, 16]; летающих (аэродинамических, баллистических, космических летательных аппаратов) [17, 18]; перемещающихся по поверхности Земли (автомобили, бронетехника, передвижные ракетные комплексы и пр.) [19]; скважинных приборов (инклинометрия скважин) [20]; внутритрубного инспектирующего снаряда при контроле нефте- и газопровода [21]. Нарушить работу ИНС практически можно только разрушив (уничтожив) сам подвижный объект - носитель этой системы.

Идея построения ИНС одновременно и гениальна, и проста: три линейных акселерометра, оси чувствительности которых взаимно ортогональны и направлены известным образом (например, вдоль осей инерциальной опорной системы координат), измеряют три проекции вектора линейного ускорения объекта. Выходные сигналы акселерометров непрерывно интегрируются по времени. Первые интегралы дают значения линейных скоростей движения объекта в направлении указанных осей, вторые - величину пути, пройденного объектом вдоль тех же осей, т.е., значения текущих координат объекта [22, 23]. Для придания заданного направления осям чувствительности акселерометров последние устанавливаются на гиростабилизированной платформе (платформенные ИНС). Т.е., составной частью навигационной системы становится система ориентации.

Однако, акселерометры измеряют не только ускорение движения вдоль заданной оси, но и составляющую гравитационного ускорения, которую, во-первых, необходимо знать, а во-вторых, непрерывно вычитать из показаний акселерометров. С учётом необходимости включения в состав системы гиростабилизированной платформы и быстродействующего вычислителя система получается достаточно сложной.

В последние 20 ^ 30 лет большие усилия разработчиков были направлены на создание бесплатформенных систем ориентации и навигации [24]. В целом в них реализуется та же идея, однако опорная система координат (СК), вдоль осей которой действуют линейные ускорения, присутствует в системе виртуально, т.е. в памяти вычислителя. На оси этой системы координат проектируются ускорения, измеренные акселерометрами. Акселерометры крепятся жёстко на корпусе

подвижного объекта. Углы, характеризующие ориентацию объекта по отношению к указанной СК вычисляются по информации с трёх гироскопических датчиков угловой скорости, также закреплённых жёстко на корпусе объекта.

Отсутствие в составе ИНС гиростабилизированной платформы упрощает систему, но при этом ужесточаются требования к чувствительным элементам -гироскопам и акселерометрам. Последние подвергаются всем механическим воздействиям, которые присутствуют на корпусе объекта. Объём вычислений, которые должен выполнять бортовой вычислитель в реальном масштабе времени, также возрастает [25].

Несмотря на указанные достоинства, ИНС не могут быть применимы для определения навигационных параметров ГПК. Причиной этого являются недостаточная для решения поставленных задач точность. Особенность любой ИНС состоит в том, что одна из составляющих погрешности, основная, нарастает во времени пропорционально квадрату времени. Чтобы показать это, приведём следующие рассуждения.

Представим себе, что работа системы сопровождается только инструментальными погрешностями. Конкретно это: погрешности, вносимые акселерометрами; погрешности, вносимые устройством компенсации гравитационного ускорения; погрешности, вносимые вычислителем, в частности, при интегрировании; прочие погрешности. Из всех инструментальных погрешностей рассмотрим только одну - вызванную наличием нулевого сигнала (смещения нуля) акселерометров. Датчики акселерометров навигационного класса являются прецизионными измерительными приборами. Действительно, порог чувствительности лучших образцов составляет одну миллионную долю от диапазона измерения. Примем, что смещение нуля составляет такую же величину.

Выберем диапазон измерения ускорения - 4 g или ~ 40 м/с2. Тогда смещение нуля составит 40 •Ю-6 м/с2.

При определении координат происходит двойное интегрирование сигналов акселерометров по времени. Выполним интегрирование составляющей,

обусловленной смещением нуля, на временных отрезках (1 минута, 10 минут и 1 час) и определим искомую погрешность (при нулевых начальных условиях)

А„ин = I Г°40 • 10"6 • Ж • Ж = 40 • 10"6 • 602 = 0,144 м;

1мин JJo

Я'600 , , ,,

40 • 10"6 • Ж • Ж = 40 • 10"6 • 6002 = 14,4м;

0

Я 3600 Л Л Т

40 • 10"6 • Ж • Ж = 40 • 10"6 • 36002 = 518,4м.

Следует отметить, что данная погрешность нарастает с увеличением длительности работы системы и не зависит от скорости перемещения объекта. Погрешность будет нарастает даже при неподвижном объекте. Полученные значения погрешности имеют тот же порядок, что и погрешности серийных авиационных ИНС - от одного до четырёх (в зависимости от типа) километров за час полёта. Но в случае, например, самолета-истребителя такая погрешность является допустимой, поскольку после часового полёта самолёт по информации только с ИНС вернётся в район своего аэродрома, а посадку осуществит по информации с других приборов. В случае же навигации ГПК такие погрешности совершенно недопустимы.

Таким образом, ИНС не пригодны для осуществления навигации ГПК. 1.4.3. Навигационные системы, основанные на счислении пройденного пути

Такие системы являются не вполне автономными. Принцип их работы состоит в измерении пройденного пути в опорной СК и измерении направления движения. Зная величину перемещения и направление, можно определить величину перемещения в направлении Север-Юг и Восток-Запад, и, следовательно, определить координаты местоположения объекта.

На таком принципе строится, например, танковые навигационные системы, навигационные системы топопривязчиков. Информация о величине пройденного пути берётся с движителя - колёс и гусениц так же, как для спидометра автомобиля. На борту обязательно должен быть курсовой прибор. Поскольку гирокомпасы на высокоманевренных объектах неработоспособны, в качестве измерителей курса, как правило, используются гирополукомпасы (гироазимуткомпасы) [26].

Системы, основанные на счислении пройденного пути, в навигации ГПК, казалось бы, применимы. Однако, получить информацию о пройденном пути, измеряя угол поворота движителя комбайна (колеса, гусеницы) нельзя, поскольку при работе комбайна из-за больших усилий резания породы рабочим органом может возникать скольжение гусениц комбайна относительно поверхности, на которой он находится. Выходом из положения может быть применение системы измерения пройденного пути, которая успешно реализована в оптической и лазерной компьютерных мышках [27]. Принцип действия такой системы состоит в следующем. Светодиод с помощью системы фокусирующих линз подсвечивает участок поверхности под мышью. Отраженный от этой поверхности свет, в свою очередь, через другую линзу попадает на приёмный сенсор микросхемы -процессора обработки изображений, который делает снимки поверхности под мышью с высокой частотой (единицы кГц). Полученные изображения обрабатываются процессором. В результате получается информация о перемещении мыши: направлении и расстоянии перемещения. Однако на сегодняшний день каких-либо сведений об использовании этого принципа для решения навигационных задач нет.

В итоге использование навигационных систем, основанных на счислении пройденного пути для определения параметров, характеризующих местоположение и ориентацию ГПК невозможно.

1.4.4. Навигационные системы, основанные на измерении относительной линейной скорости движения

Такие системы по принципу работы близки рассмотренным выше системам, основанным на счислении пройденного пути. Разница в том, что величину пройденного пути по отношению к опорной СК определяют путём интегрирования по времени сигналов с измерителей относительной линейной скорости. Различные варианты систем отличаются только способом измерения этой относительной скорости.

В авиации в эксплуатации находятся аэрометрические навигационные системы. В них определяется скорость самолёта по отношению к набегающему на

него воздушному потоку (воздушная скорость). С этой целью используются простые устройства - трубки Пито, открытые навстречу воздушному потоку. Очевидно, что движение самой воздушной массы в районе полёта самолёта будет вызывать погрешность в определении координат, которую следует относить к категории методических. Для их устранения штурман, получая информацию о величине скорости ветра и его направлении на данной высоте с соответствующих метеостанций, вводит поправки в измерение скорости, что позволяет значительно увеличить точность. Другой способ измерения относительной скорости движения (полёта) объекта - применение допплеровского измерителя скорости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ву Доан Кет, 2019 год

Список использованных источников

1 Плотников, П. К. Развитие и применение метода решения задач подземной навигации / П. К. Плотников, В. Б. Никишин, Ю. В. Чеботаревский, А. И. Синев, В. Ю. Чеботаребский // Гироскопия и навигация. - 2007. - №3 - С. 20 - 33.

2 Биндер, Я. И. Современные информационно-измерительные комплексы подземной навигации и ориентации / Я. И. Биндер, И. Е. Гутнер, А. П. Мезенцев, А. А. Молчанов // Гироскопия и навигация. - 2003. - №1 - С. 110 - 122.

3 Патент РФ на изобретение № 2197714, МПК G01B 17/00, F17D 5/00. Система определения координат трассы подземного трубопровода / Плотников П. К., Синев А. И., Никишин В. Б., Рамзаев А. П. -Заявл. 17.09.2001. Опубл. 27.01.2003. - Бюл. № 3.

4 Жабин, А. Б. Проходческие комбайны для обеспечения подготовки шахтных полей, отрабатываемых высокопроизводительными очистными механизированными комплексами / А. Б. Жабин, А. А. Маликов // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. - 2014. - № 2. - С. 100113.

5 Черных, В. Г. Применение комбайновой технологии при строительстве транспортных тоннелей / В. Г. Черных, А. А. Домницкий, А. С. Носенко // Горное оборудование и электромеханика. -2018. № 3. - С. 26-28.

6 Хорешок, А. А. Проходческие комбайны со стреловидным исполнительным органом. Часть 1. Опыт производства и развития: монография / А. А. Хорешок, Л. Е. Маметьев, А. М. Цехин и др. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. - 213 с.

7 Vogt, D. A review of rock cutting for underground mining: past, present, and future [online] / D. Vogt // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. - 2016. - Vol.116, n.11. - Pp.1011-1026. - Available from: http://dx.doi.org/10.17159/2411-9717/2016/v116n11a3 (Дата обращения: 01.09.2018).

8 Фугенфиров, А. А. Огроительство транспортных тоннелей: Учебное пособие для вузов. - 3-е изд., стереотипное / А. А. Фугенриров. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. - 298 с.

9 Клорикьян, С. Х. Машины и оборудование для шахт и рудников. Справочник . 6-е изд., стереотип / С. Х. Клорикьян, В. В. Старичнев, М. А. Сребный. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2000. - 471 с.

10 Шкрабец, Ф. П. Электроснабжение подземных потребителей глубоких и энергоемких шахт / Ф. П. Шкрабец // Горные науки и технологии. - 2017. - № 3. -С. 25-42.

11 Данилевич, А. И. Опыт оснащения проходческих и проходческо-очистных комбайнов современными средствами автоматизации, диагностики и дистанционного управления / А. И. Данилевич, А. Н. Стебнев // Горное оборудование и электромеханика. - 2008. - № 8. - С. 53-55.

12 Глебов, Н. А. Лазерная система определения пространственных координат комплекса для строительства минитоннелей / Н. А. Глебов, А. Я. Ваколюк, С. Б. Притчин // Горное оборудование и электромеханика. - 2013. - № 2. - С. 19-24.

13 Леонов, А. Г. Первая российская система навигации тоннеле-проходческих комплексов / А. Г. Леонов, Г. М. Стафеев, А. А. Чигорин // Маркшейдерский вестник. -2005. -№4. - С. 76.

14 Дергачев, К. Ю. Методы локальной навигации мобильных роботов на основе технического зрения / К. Ю. Дергачев, Л. А. Краснов, А. Н. Радомский // Электротехнические и компьютерные системы. - 2017. - № 25. - С. 295-300.

15 Анучин, О. Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / О. Н. Анучин, Г.И. Емельянцев. - СПб.: Электроприбор, 2003. - 390 с.

16 Климов, Д. М. Инерциальная навигация на море / Д. М. Климов. - М.: Наука, 1984. - 117 с.

17 Распопов, В. Я. Системы управления и навигации беспилотными летательными аппаратами // XIV конференция молодых ученых «Навигация и

управление движением»: материалы докладов. СПб: АО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2012. - С. 20-36.

18 Лысенко, Л.Н. Наведение и навигация баллистических ракет. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 672 с.

19 Конев, Д. С. Алгоритм навигационной задачи интегрированной навигационной системы транспортного средства / Д. С. Конев, И. В. Щербань, С. В. Соколов // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения.

- 2013. - № 4. - С. 51-57.

20 Биндер, Я. И. Актуальные вопросы построения и использования непрерывных гироинклинометров / Я. И. Биндер // Каротажник. - 2011. - № 12 (210). - С. 97-119.

21 Патент РФ на изобретение № 2207512, МПК 001С 21/12, F17D 5/06, G01N 27/82. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд / Синев А. И., Плотников П. К., Рамзаев А. П. Никишин В. Б. - Заявл. 08.01.2002. Опубл. 27.06.2003. - Бюл. № 18.

22 Mohinder S. Grewal. Global Position Systems, Inertial Navigation, and Integration / S. Grewal Mohinder, R. Weill Lawrence, P. Andrews Angus. - New York: Wiley, 2004.

- 408 p.

23 Охотин, А. Л. Инерциальная навигация в подземной маркшейдерии / А. Л. Охотин, Е. Н. Беляев // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2010. - №1. - С.180-182.

24 Plotnikov P. K. Theory and Modeling of Functioning of Strapdown Autonomus and Corrected Gyroin-clinometers / P. K. Plotnikov, V. B. Nikishin, A. A. Skripkin // Symposium GyroTechnology. Stuttgart, Germany, 1995. - 27 c.

25 Матвеев, В. В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В. В. Матвеев, В. Я. Распопов / под общ. ред. д.т.н. В. Я. Распопова. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн» ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с.

26 Кузнецов, М. И. Танковые навигационные системы / М. И. Кузнецов, В. К. Преснов, Л. И. Сурат; под ред. проф. А. С. Белоновского. - М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1978. - 120 с.

27 Хачатрян, Г. Г. Применение компьютерной оптической мыши в качестве датчика перемещения на плоскости // Вестник национального политехнического университета Армении. Информационные технологии, электроника, радиотехника. - 2013. № 2. - С. 42-49.

28 Урличич, Ю. М. ГЛОНАСС - Российская национальная система. Состояние, перспективы развития и применения системы ГЛОНАСС / Ю. М. Урличич // T-COMM: Телекоммуникации и транспорт. - 2008. - №2. - С. 14-18.

29 LV-MaxSonar®-EZ™ Series. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ Datasheet.pdf (Дата обращения: 01.09.2018).

30 Сафонов, С. В. Цифровой посадочный радиодальномер / C. В. Сафонов, В. М. Мусонов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. - 2011. - № 7. - С. 200-201.

31 Климашов, Б. М. Радиолокационный измеритель малых высот для посадки летательных аппаратов / Б. М. Климашов // Авиакосмическое приборостроение. -2010. - № 11. - С. 27-32.

32 Войнич, Б. Столкновение вертолета с наземными объектами. Бортовая радиолокационная система предупреждения / Б. Войнич, А. Сосновский, Д. Буянов, Д. Трошин // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2001. - № 4 (34). - С. 5255.

33 Лесных, И. В. Импульсный лазерный дальномер сверхвысокой точности / И. В. Лесных // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. -2004. - № 3. - С. 127-130.

34 Михляев, С. В. Погрешности измерения лазерного триангуляционного дальномера при зондировании наклонной зеркальной поверхности / С. В. Михляев // Датчики и системы. - 2007. - № 4. - С. 11-14.

35 Желамский, M. Электромагнитное позиционирование: преимущества и области применения / М. Желамский // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007, №3, с. 96-101.

36 Raab F. H. Magnetic Position and Orientation Tracking System / F. H. Raab, E. B. Blood, T. O. Steiner, H. R. Jones // IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems. - 1979. - Vol. 15, № 5. - p. 709-718.

37 Алёшин, Б. С. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / Б. С. Алёшин, А. А. Афонин, К. К. Времеенко и др. / Под ред. Б.С. Алёшина, К. К. Времеенко, А. И. Черноморского. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 424 с.

38 Patent US 7015697, Int. Cl. G01V 3/08. Multi-frequency boring tool locating system and method / Guenter W. Brune, John E. Mercer; assignee Merlin Technology Inc, Renton, WA, US. - Appl. No. 10/822123; filled Apr. 10, 2004; pub. date Mar. 21, 2006.

39 Patent US 6814163, Int. Cl. E21B 47/024. Two solenoid guide system for horizontal boreholes / Arthur F. Kuckes; assignee Vector Magnetics LLC, Ithaca, NY, US. - Appl. No. 10/649828; filled Aug. 28, 2003; pub. date Nov. 09, 2004.

40 Патент РФ на изобретение № 2206751, МПК E21D9/093, E21C35/24. Система автоматического управления механизмами передвижения щита и возведения крепи тоннелепроходческого комплекса / Н.А. Глебов, Ю.Н. Мирошников, Б.Е. Нырков, С.Б. Притчин, А.Р. Сенько. - Заявл. 22.10.2001. - Опубл. 20.06.2003.

41 Patent CN 101975063A, Int. Cl. E21C 35/24, G01C 15/00. Laser guided positioning and orientation device and method of roadheader / Tang Sh., Xu N., Tong M., Tong Z. - Appl. No. 201010278942; filled Sep. 10, 2010; pub. date Feb. 16, 2011.

42 Patent US 8157330B2, Int. Cl. E21C 35/24. Method and apparatus for maintaining longwall face alignment / Edward F. Niederriter; assignee Joy MM Delaware, Inc., Wilmington, DE, US. - Appl. No. 12/433311; filled Apr. 30, 2009. - Pub. date Apr. 17, 2012.

43 Красильщиков М. Н. Самонаведение высокоскоростного беспилотного летательного аппарата на терминальном участке полета в атмосфере / М. Н.

Красильщиков, К. И. Сыпало // Известия российской академии наук. Теория и системы управления. - 2011. - № 6. - С. 128-137.

44 Patent DE 10118514A1, Int. Cl. G01B 11/245. A method for operating point stabilization in non-contact 3D position detection of an object by means of digital cameras / Neddermeyer W., Lilienthal A., Gruenewald D., Gruenewald F., Winkler W.; assignee VMT Vision machine technic bildverarbeitungssy, DE. - Appl. No. 2001118514; filled Apr. 16, 2001. - Pub. date Oct. 24, 2002.

45 Ckarke-Hackston N. Guidance for Partial Face Excavation Machine / N. Ckarke-Hackston, J. Belz, A. Henneken // 1st International Conference on Machine Control & Guidance, ETH Zurich, Switzerland. - 2008. - P. 31-38.

46 Бранец, В. Н. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела / В. Н. Бранец, И. П Шмыглевский. - М.: Наука, 1973. - 320 с.

47 Челноков, Ю. Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения / Ю. Н. Челноков. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 512 с.

48 Белянин, Л. Н. Акселерометрический измеритель зенитных углов / Л. Н. Белянин, О. В. Глазкин / Томский политехнический институт. - Томск, 1989. - 14 с. : ил. Библиогр. 5 назв. - Деп. в Информприбор 07.09.89, № 4716 - пр. 89 г.

49 Белянин, Л. Н. Измеритель зенитного и апсидального углов инклинометра / Л. Н. Белянин, С. М. Воробьева, О. В. Глазкин // Системы управления подвижными объектами и автоматизация технологических процессов: Тез. докл. науч. - практ. конф. - Томск: Томский политехн. ин-т, 1989. - С. 28.

50 Уттект, Г. У. Новый гироскоп для геофизических исследований / Г. У. Уттект, Дж. П. де-Вард // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. - 1983. - №3., -С.14-19.

51 Биндер, Я. И. Аналитическое компасирование в инклинометрии скважин малого диаметра / Я. И. Биндер // Гироскопия и навигация 2003. - № 2. - С. 38-46.

52 Биндер, Я. И. Бесплатформенный гироинклинометр с ориентацией главной оси двумерного датчика угловой скорости в плоскости поперечного сечения

скважины/Я. И. Биндер, Т. В. Падерина // Гироскопия и навигация. 2004, № 1. - С. 5-15.

53 Белянин, Л. Н. Калибровка модуля акселерометров в условиях неопределенности направления их осей чувствительности / Л. Н. Белянин, Е. В. Якимова // Материалы 1-й всероссийской с международным участием научно-практической конференции по инновациям в неразрушающем контроле. 25 - 29 июля 2011г., Горный Алтай. Контроль. Диагностика 2011г. - С. 64-70.

54 Ву, Д. К. Алгоритмы вычисления параметров в системе ориентации и навигации горнопроходческого комбайна / Д. К. Ву // Наука. Технологии. Инновации: Сборник научных трудов в 10 ч. / под ред. д.т.н. Гуськова А.В. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. - Часть 10. - С. 102-106.

55 Белянин, Л. Н. Алгоритмы вычислений в непрерывном гироскопическом инклинометре / Л. Н. Белянин // Автоматизация и информационное обеспечение технологических процессов в нефтяной промышленности: Сб. статей / Под ред. А. К. Хорькова. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. Т2. - С. 50-63.

56 Белянин, Л. Н. Опыт создания гироскопического инклинометра / Л. Н. Белянин, А. Н. Голиков, В. М. Мартемьянов, С. Н. Самойлов // Автоматизация и информационное обеспечение технологических процессов в нефтяной промышленности, том 2: Сб. трудов ОАО НПФ «Геофит» ВНК. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - С. 34-49.

57 Белянин, Л. Н. Скважинная гироскопическая система ориентации трехкомпонентного сейсмического зонда / Л. Н. Белянин // Гироскопия и навигация. - 2003. - №1. С. 19 - 30.

58 Попов, Г. В. Быстрое определение азимута / Г. В. Попов // Авиакосмическое приборостроение. - 2014. - № 1. - С. 3-9.

59 Редькин, С. П. Азимутальное ориентирование с помощью датчиков угловой скорости / С. П. Редькин // Авиакосмическое приборостроение. - 2014. - № 4. - С. 10-22.

60 Patent US 8099876B1, Int. Cl. G01C 19/38. Azimuth determination system and method therefor / Angelo Trúncale, Robert J. Atmur, Joseph E. Justin, Brian Barsamian;

assignee The boeing company, Chicago, IL, US. - Appl. No. 12/276,056; filled Nov. 21, 2008; pub. date Jan. 24, 2012.

61 Patent US20100088063 A1, Int. Cl. G06F 15/00, G01B 1/00. Method and apparatus for precision azimuth measurement / Darren R. Laughlin; assignee A-tech corporation, Albuquerque, NM, US. - Appl. No. 12/572,181; filled Oct. 1, 2009; pub. date Apr. 08, 2010.

62 Patent US7412775 B1, Int. Cl. G01C 19/38, G01C 19/02. Gyroscope north seeker system and method / Drew A. Karnick, Timothy J. Hanson; assignee Honeywell International Inc., Morristown, NJ, US. Appl. No. 11/833,398; filled Aug. 3, 2007; pub. date Aug. 19, 2008.

63 Попов, Г. В. Исследование возможности построения наземного гирокомпаса на ДНГ по схеме ДУС / Г. В. Попов, А. А. Наумов, А. И. Сорокин // IV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сб. докл. - 1997. - С. 200-208.

64 Патент РФ на изобретение № 2300078, МПК G01C19/38. Способ измерения проекций горизонтальной составляющей вектора угловой скорости вращения Земли для определения азимутального направления (компасирования) / Алимов С. М., Биндер Я. И., Дудницын Б. В., Малтинский М. И., Мумин О. Л., Святый В. В., Сумароков В. В. - Заявл. 13.09.2005. - Опубл. 27.05.2007. - Бюл. № 15.

65 Patent US 8099876B1, Int. Cl. G01C 19/38. Azimuth determination system and method therefor / Angelo Truncale, Robert J. Atmur, Joseph E. Justin, Brian Barsamian; assignee The boeing company, Chicago, IL, US. - Appl. No. 12/276,056; filled Nov. 21, 2008; pub. date Jan. 24, 2012.

66 Патент РФ на изобретение № 2110767, МПК G01C19/34. Способ аналитического гирокомпасирования с помощью гироскопического датчика угловой скорости / Редькин С.П. - Заявл. 27.02.1996. - Опубл. 10.05.1998.

67 Патент РФ на изобретение № 2104490, МПК Е21В 47/02, G01C 19/00. Гироскопический инклинометр и способ определения угловой ориентации скважин/ Белов Е.Ф. и др.- Заявл. 25.06.1996. - Опубл. 10.02.1998. - Бюл. №16.

68 Патент РФ на изобретение № 2282717, МПК Е21В 47/022, 0010 19/44. Гироскопический инклинометр и способ определения угловой ориентации скважин/ Белов Е.Ф. и др.- Заявл. 05.09.2005. - Опубл. 27.08.2006. - Бюл. №24.

69 Патент РФ на изобретение № 2387828, МПК Е21В 47/022, 0010 19/00. Способ определения угловой ориентации скважин гироскопическим инклинометром/ Белов Е.Ф., Белов М.Е.- Заявл. 22.10.2008. - 0публ.27.04.2010. -Бюл. №24.

70 Патент РФ на изобретение № 2100594, МПК Е21В 47/02, 0010 9/00. Способ определения азимута и зенитного угла скважины и гироскопический инклинометр/ Лосев В.В. и др.- Заявл. 09.02.1996. - Опубл. 27.12.1997. - Бюл. №31.

71 Патент РФ на изобретение № 2159331, МПК Е21В 47/022. Способ определения азимута и зенитного угла скважины и гироскопический инклинометр/ Дьяченко С.П. и др.- Заявл. 05.10.1999. - 0публ.20.11.2000. - Бюл. №6.

72 Фрейман, Э. В. Особенности построения алгоритмов ориентации гироскопических инклинометров на базе одноосного гиростабилизатора / Э. В. Фрейман, С. В. Кривошеев, В. В. Лосев // Гироскопия и навигация. 2001. - №1 (41). - С. 36-46.

73 Цыбряева, И. В. Методы повышения точности инклинометрии скважин гироскопическим инклинометром ИГН73-100/80 / И. В. Цыбряева, А. А. Гуськов, С. В. Кривошеев, А. Ю. Стрелков // Научно-технический вестник «Каротажник». -2013. - № 4. - С. 81-89.

74 Лазарева, Т. Я. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп / Т. Я. Лазарева, Ю. Ф. Мартемьянов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. - 352 с.

75 Лукьянов, Д. П. Прикладная теория гироскопов / Д. П. Лукьянов, В. Я. Распопов, Ю. В. Филатов - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2015. - 316 с.

76 Подчезерцев, В. П. Компоненты модели погрешностей динамически настраиваемого гироскопа / В. П. Подчезерцев, Тан Синюань, Цинь Цзыхао // Авиакосмическое приборостроение. - 2015. - №1. - С. 8-18.

77 Инкрементные угловые фотоэлектрические преобразователи перемещений (инкрементные энкодеры) ЛИР 190Е [Электронный ресурс]. - Режим доступа: Мр://вкЫ8.ги/тёех.рЬр?р=3&с=4&ё=190 (Дата обращения 01.09.2018).

Список иллюстративного материала

Рис. 1.1 Приборы, входящие в систему БЬБ-ТМ ................................................35

Рис. 1.2 Состав разрабатываемой системы..........................................................38

Рис. 1.3 Электро-кинематическая схема предлагаемой системы навигации ГПК

................................................................................................................................... 39

Рис. 2.1 Опорные и связанные системы координат............................................47

Рис. 2.2 Опорная и связанная СК для определения ориентации ГПК относительно

вертикали ................................................................................................................. 56

Рис. 2.3 К определению параметров штрека.......................................................60

Рис. 2.4 К определению фактического расстояния от точки О до плоскости левой

стенки штрека ......................................................................................................... 62

Рис. 3.1 Составные части прибора и их положение относительно опорной

и связанной с корпусом прибора систем координат .........................................80

Рис. 3.2 График, поясняющий метод определения ориентации проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора ... 82 Рис. 3.3 Выходной сигнал ДУС при наличии смещения нуля и изменения крутизны

его характеристики ................................................................................................. 86

Рис. 3.4 К пояснению способа устранения влияния фазовой погрешности ДУС

................................................................................................................................... 89

Рис. 3.5 График, отражающий изменение выходного сигнала ДУС при наличии помехи (а) и этот же график в увеличенном масштабе для диапазона угла е вблизи

точки А (Ь)...............................................................................................................91

Рис. 4.1 Действующая установка...........................................................................94

Рис. 4.2 Действующий макет НПО........................................................................95

Рис. 4.3 Схема установки.......................................................................................97

Рис. 4.4 Макет НПО на двухкоординатной оптической делительной головке

ОДГ-10.....................................................................................................................100

Рис. 4.5 Макет НПО на наклонно-поворотном стенде КПА-5..........................102

Рис. 4.6 График, отражающий изменение скорости вращения платформы в течение одного оборота........................................................................................................110

Приложения

Приложение 1. Краткое описание некоторых проходческих комбайнов

В данном Приложении приведены технические характеристики и внешний вид 3 типов горнопроходческих комбайнов, произведённых в России и Швеции.

Горнопроходческий комбайн КПЮ-50 (ООО «Юргинский машзавод»,

Россия)

Комбайн проходческий КПЮ-50 предназначен для механизированного разрушения забоя и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок, производительностью от 0,2 до 2,0 м3/мин.

Применение радиоуправления с носимого радиопульта, а также с возможностью работы системы управления в ручном гидравлическом режиме (при необходимости). Наличие резервного носимого пульта дистанционного управления (ПДУК).

Увеличенная устойчивость при отработке забоя за счет расширения опорной базы проходческого комбайна.

Повышенная энерговооруженность. Улучшенные маневренность и проходимость. Увеличенная устойчивость при отработке забоя за счет расширения опорной базы комбайна проходческого. Наличие увеличенного до 280 мм клиренса. Высота по корпусу 1,7 м. Производительность до 500 - 700 м/месяц. Основные характеристики:

Верхний предел прочности разрушаемых пород, Мпа - 100

Абразивность пород, мг, не более - 15

Максимальное сечение выработки по размаху стрелы с одной установки (в проходке), м2 - 35

Минимальное сечение выработки (в свету), м2 - 10

Диапазон углов наклона проводимых выработок, град. ± 12

Габаритные размеры в транспортном положении, м: длина - 12,9

ширина по питателю - 4,0

высота по корпусу

Мощность электродвигателя исполнительного органа, кВт

Скорость движения скребковой цепи, м/с

Скорости движения, м/мин

рабочая (с погрузкой)

маневровая (без погрузки)

Максимальное тяговое усилие на одной гусенице, т Удельное давление на почву, Мпа Мощность электродвигателя насосной станции, кВт Напряжение электропитания, В Масса снаряжённого комбайна, т

1,75 132 1,1

1,9 4,5 28 0,11 110 1140/660 58

Рис. П1.1 Внешний вид горнопроходческого комбайна КПЮ-50

Горнопроходческий комбайн КП21 (ОАО «Копейский машиностроительный завод», Россия)

Проходческий комбайн КП21 предназначен для механизации отбойки и

погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных от -18° до

+12° горных выработок, в шахтах, опасных по газу и пыли, при строительстве

подземных сооружений и разработке рудных и не рудных месторождений

полезных ископаемых.

Технические характеристики КП21:

Производительность, не менее:

по углю и породе асж < 42 МПа, м3/мин - 2

по породе прочностью асж=100 МПа, м3/мин - 0,3

Верхний предел прочности разрушаемых пород, Мпа - 100

Форма сечений выработок - любая, кроме круглой

Сечение проводимых выработок, м2 - 10 - 28

Размеры выработки вчерне:

высота, м - 4,5

ширина, м (с одной установки) - 6,5

Габаритные размеры в транспортном положении, мм, не более:

длина - 12500

ширина - 2400

высота по исполнительному органу - 1850

высота по корпусу - 1750

Масса комбайна, т - 46

Масса перегружателя, т - 6

Исполнительный орган - телескопическая стрела с продольно-осевой коронкой Мощность эл. двигателя, кВт - 110

Режущий инструмент - ПС2-16

Величина телескопической раздвижки, мм, не менее - 500

Погрузочный орган - питатель с нагребающими лапами или звездами

Ширина стола питателя, мм - 3400/4300/4500 Конвейер - скребковый, реверсивный, с одним или двумя приводами

Мощность эл. двигателя, кВт - 30 или 2Х15 Ходовая часть - гидропривод хода Скорость передвижения, м/мин:

рабочая (с погрузкой) - 1,2

маневровая (без погрузки) - 4

ускоренная - до 10

Ширина траков гусеничной цепи, мм - 500

Клиренс, мм - 250

Удельное давление на почву, МПа, не более - 0,15

Давление в гидросистеме, Мпа - 18

Напряжение питания, В - 660 или 1140 Суммарная мощность эл.двигателей, установленных

на комбайне, КВт - 189

Система пылеподавления - с подачей воды в зону разрушения и место перегрузки

Рис. П1.2 Внешний вид горнопроходческого комбайна КП21 Горнопроходческий комбайн SANDVIK MT720 (фирма 8ап^1к, Швеция)

Технические характеристики Масса, т Длина, м Высота, м

Ширина погрузочного органа Размеры выработки вчерне: высота, м

ширина, м (с одной установки) Диапазон углов наклона проводимых выработок, град. Напряжение питания, В -

Скорость передвижения, м/мин -

Мощность рабочего органа, кВт -

Общая мощность -

- 130

- 19,35

- 4,62

- 4,56

- 6,6 - 9,1 ± 18

1000 или 1140 от 0 до 18 300 522

Рис. П1.3 Внешний вид горнопроходческого комбайна SANDVIK МТ720

Приложение 2. Краткое описание входящих в состав экспериментальной

установки приборов и устройств

В данном приложении приведены краткое описание приборов и устройств, входящих в состав установки, схема которой представлена на рис. 4.3.

Акселерометры Ах и А - компенсационные, построенные на основе датчика акселерометра маятникового типа ДА-11, разработанного Раменским приборостроительным конструкторским бюро. В нём маятник подвешен на камневых опорах. В приборе применены датчик угла трансформаторного типа и датчик момента магнитоэлектрического типа.

ДНГ - гиродатчик типа ГВК-6 (динамический настраиваемый гироскоп), разработанный Раменским приборостроительным конструкторским бюро. Имеет внутренний двухколечный карданов подвеса ротора, синхронно-гистерезисный привод ротора, индуктивные датчики угла и магнитоэлектрические датчики момента по каждой из двух измерительных осей, совпадающих с осями ОХп и ОУп . Гиродатчик обеспечивает заявленные разработчиком точностные характеристики в условиях термостатирования прибора. Для обеспечения термостатирования в конструктцию гиродатчика встроен резистивный датчик температуры, а также два нагревательных элемента.

Платформа П предназначена для размещения на ней ДНГ и обеспечения его вращения относительно корпуса прибора вокруг оси О2 . В качестве опор подвеса использованы шарикоподшипники. По оси подвеса платформы установлены:

- преобразователь «угол - код» (энкодер) - в верхней части прибора;

- узел токоподводов (на рисунке не показан) и двигатель-генератор с понижающим редуктором - в нижней части прибора.

Двигатель-генератор ДГ-0.1ТА с понижающим редуктором входит в состав интегрирующего привода и обеспечивает плавное вращение платформы с заданной стабилизированной скоростью в заданном направлении. Представляет собой комбинированную электрическую машину, состоящую из двухфазного асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором и

тахогенератора переменного тока с полым немагнитным ротором. Роторы двигателя и генератора закреплены на одном валу.

Схема управления интегрирующего привода СУИП обеспечивает требуемую величину скорости и направление вращения платформы. Вместе с двигателем-генератором она образует интегрирующий привод, структурная схема которого представлена на рис. П2.1

Рис.П2.1 Схема интегрирующего привода структурная

На рисунке П.2.1 обозначено: ИРН - источник регулируемого напряжения; У - усилитель; ИД - исполнительный двигатель; Р - рекдуктор; ТГ - тахогенератор.

Интегрирующим привод называют на том основании, что угол поворота вала двигателя численно равен интегралу по времени от поданного на вход привода управляющего напряжения. Соответственно, угловая скорость вращения вала двигателя прямо пропорциональна этому напряжению. Как видно из рис. П2.1, интегрирующий привод представляет собой замкнутую систему регулирования скорости вращения двигателя. Основу её составляет исполнительный двигатель ИД, охваченный тахометрической отрицательной обратной связью.

Таким образом, при достаточно большом коэффициент усиления усилителя можно считать величину управляющего напряжения на выходе ИРН равным напряжению, вырабатываемому тахогенератором ТГ. Если последний имеет прямо пропорциональную зависимость выходного напряжения от скорости вращения ротора, то и зависимость скорости вращения вала двигателя, сочленённого с ротором тахогенератора, от управляющего напряжения также будет прямо пропорциональной.

В установке реализован вариант интегрирующего привода на переменном токе. Схема привода электрическая принципиальная представлена на рис. П2.2.

М1

1. * подбирается при настройке.

2. Нулевой сигнал тахогенератора компенсировать потенциометром 1*5 при настройке; фазу компенсирующего напряжения подбирать перепайкой выводов трансформатора ТУ1 (выводы 6, 7).

Рис. П2.2 Схема интегрирующего привода электрическая принципиальная

Двигатель имеет обмотку возбуждения ОВД и две идентичные обмотки управления ОУ1, ОУ2. Последние могут включаться как последовательно, так и параллельно. Привод питается от однофазной сети переменного тока напряжением 36 В частотой 400 Гц, которое непосредственно подаётся на обмотку возбуждения тахогенератора ОВГ. На обмотку возбуждения двигателя ОВД это напряжения подаётся через фазосдвигающий конденсатор С4, ёмкость которого подбирается так, чтобы был обеспечен сдвиг фазы между токами в обмотках управления и возбуждения двигателя, равный 90°.

Для компенсации нулевого сигнала тахогенератора, возникающего из-за неперпендикулярности осей обмоток возбуждения и сигнальной, часть напряжения, снимаемого с обмотки W3 трансформатора TV1 суммируется с выходным сигналом тахогенератора. Подбор фазы компенсирующего напряжения и его величины осуществляется перепайкой выводов обмотки W3 и подбором положения потенциометра R4, при котором сумма напряжений при неподвижном роторе становится равным нулю.

Управляющее напряжение для привода вырабатывается из напряжения на обмотке W2 трансформатора TV1 с помощью потенциометра R6 «Величина» и переключателя SA1 «Направление» на три положения: «Выкл», «+», «-». Сумма сфазированного напряжения с выхода тахогенератора, напряжения компенсации нулевого сигнала и управляющего напряжения поступает на вход усилителя низкой частоты.

Усилитель построен на основе операционного усилителя ДА1, объединённого с усилителем мощности на транзисторах VT1, VT2. К выходу усилителя подключена первичная обмотка трансформатора TV2 через разделительный конденсатор C3. С выходных обмоток трансформатора TV2 напряжение поступает на включенные последовательно обмотки управления двигателя ОУ1 и ОУ2.

Усилители-преобразователи акселерометров УПАХ, УПАГ и датчиков угловой скорости УПДУСХ, УПДУС7 предназначены для преобразования

амплитудно-модулированных сигналов переменного тока датчиков угла в токи управления датчиками момента магнитоэлектрического типа.

Структурная схема усилителя-преобразователя акселерометров представлена на рис. П2.3

и,

Рис. П2.3 Структура усилителя-преобразователя акселерометров

На рис. П2.3 обозначено:

ВК - входной каскад;

ДМ - демодулятор;

ФНЧ - фильтр нижних частот;

КЦ - корректирующие цепи;

УМ - усилитель мощности;

£/оп - опорное напряжение, необходимое для работы демодулятора.

На вход усилителя-преобразователя подаётся амплитудно-модулированный сигнал переменного тока на несущей частоте 19,2 кГц. Демодулятор ДМ -однополупериодный. В качестве опорного напряжения используется напряжение прямоугольной формы амплитудой 10 В, вырабатываемой генератором напряжений ГН. Фильтр нижних частот ФНЧ предназначен для сглаживания выходного сигнала демодулятора. Представляет собой апериодическое звено первого порядка. Корректирующие цепи КЦ включают в себя изодромное звено и звено с введением производной. В результате реализуется пропорционально-интегрально-дифференциальный закон управления датчиком момента цепи компенсации.

Усилители-преобразователи двухкомпонентного датчика угловой скорости УПДУСХ, УПДУС выполнены по такому же принципу и отличаются

от описанных выше усилителей-преобразователей акселерометров параметрами отдельных звеньев, а также наличием цепей формирования стабильных токов.

Последние подаются на компенсационные обмотки датчиков момента динамически настраиваемого гироскопа для компенсации систематических составляющих возмущающих моментов, действующих на гироскоп. Величины указанных токов подбираются при калибровке датчика угловой скорости.

Преобразователи «ток - напряжение» акселерометров ПТНАХ, ПТНАГ и датчика угловой скорости ПТНДХ, ПТНД предназначены для преобразования токов в обмотках управления датчиков момента акселерометров и датчика угловой скорости в пропорциональные им напряжения.

В отличие от обычно используемого для этих целей постоянного резистора, включённого последовательно в цепь обмотки датчика момента и являющегося пассивным преобразователем, в установке применены активные преобразователи тока в напряжение.

Схема такого преобразователя представлена на рис. П2.4.

Л*

Рис. П2.4 Активный преобразователь «ток-напряжение» На рис. П2.4 обозначено: УП - усилитель-преобразователь; ОДМ - обмотка управления датчика момента; ОУ - операционный усилитель; Я* - резистор; Яб - балластный резистор.

Обмотка датчика момента включена во входную цепь ОУ. В случае необходимости согласовать выходной каскад усилителя-преобразователя по уровню максимального выходного напряжения с максимальной величиной тока в

обмотке датчика момента в цепь последовательно с обмоткой датчика можно включать балластный резистор Я . Номинал последнего выбирается так, чтобы при максимальном выходном напряжении усилителя-преобразователя по обмотке датчика момента протекал бы требуемый максимальный ток управления. При этом инвертирующий вход ОУ можно считать потенциально заземлёнными.

Напряжение на выходе преобразователя связано с током в обмотке простым соотношением

и =--! • I

вых одм •

*

Высокие требования предъявляется к резистору Я . Это должен быть резистор, обладающий высокой температурной и временной стабильностью.

Преимущество такого преобразователя по сравнению с пассивным состоит в том, что за счёт его меньшего выходного сопротивления на точность преобразования меньшее влияние оказывает нагрузка преобразователя, в том числе её нелинейность.

Обеспечение требуемых коэффициентов передачи (масштабных

коэффициентов) акселерометров и датчиков угловой скорости осуществляется

*

подбором номиналов резистора Я в процессе калибровки датчиков.

Система термостатирования (СТС) предназначена для нагрева динамически настраиваемого гироскопа после подачи на него напряжений питания до температуры + 75° С и последующего поддержания температуры гироскопа в течение всего цикла измерений на уровне + (75 ± 0.5)° С.

Система представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. Исполнительными элементами системы являются два нагревательных элемента, размещенные на наружной поверхности гироскопа. В качестве датчика температуры используется проволочный терморезистор, встроенный в конструкцию гироскопа.

Значительное превышение температуры статирования над максимально возможной температурой окружающей среды позволяет строить систему по

принципу догрева гироскопа до температуры статирования. В этом случае необходимо, чтобы тепловой поток собственных тепловыделений гироскопа при отключенных нагревательных элементах сбрасывался бы в окружающую среду при температуре гироскопа ниже температуры статирования. Эти требования обеспечиваются в конструкции макета прибора ориентации.

Закон регулирования в системе в диапазоне температур от + 70 ° С до + 75 ° С -пропорциональный; за пределами указанного диапазона - релейный. График зависимости теплового потока Р, подводимого к гироскопу, от температуры гироскопа ? представлен на рис. П2.5.

Рис. П2.5 График зависимости теплового потока, подводимого к гироскопу,

от температуры гироскопа Для реализации пропорционального закона регулирования в диапазоне температур от + 70 ° С до + 75 ° С используется широтно-импульсная модуляция.

Напряжение, подаваемое на нагревательные элементы - 60 В постоянного тока. С целью уменьшения вредного влияния системы термостатирования на источник питания + 60 В и снижения уровня создаваемых помех, на промежуток времени, когда широтно-импульсный модулятор отключает нагревательные элементы от источника, к нему подключается балластный резистор. Сопротивление резистора равно сопротивлению нагревательных элементов. В результате мощность, потребляемая системой термостатирования от источника питания + 60 В, остаётся постоянной, равной 18 Вт, в течение всего времени работы системы.

Время выхода системы на режим при температуре окружающей среды + 20°С и одновременном пуске гироскопа и включении системы термостатирования - 7 мин.

Контроль за температурой гироскопа осуществляется с помощью схемы измерения температуры, преобразующей изменение омического сопротивления термодатчика гироскопа в напряжение постоянного тока. При температуре гироскопа, равной + 75° С напряжение на выходе схемы измерения составляет + 7.5 В. Масштабный коэффициент схемы измерения равен 0.1 ^^.

Датчик угла ДУ (энкодер) предназначен для преобразования угла поворота платформы относительно корпуса прибора в электрические сигналы, содержащие информацию о величине угла поворота и направлении вращения платформы.

В качестве датчика применён преобразователь угловых перемещений ЛИР-190Е инкрементного типа разработки и производства Специального конструкторского бюро измерительных систем (СКБ ИС), г. Санкт-Петербург.

Преобразователь характеризуется высокими метрологическими характеристиками:

дискретность, угл. сек - 3,6;

точность (предел допускаемой погрешности), угл. сек. - ± 5.

На выходе преобразователя формируются прямоугольные импульсные сигналы напряжения ПИ (ГЫ ТТЬ). Преобразователь вырабатывает две последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые по фазе на четверть периода сигнала, а также прямоугольные импульсы референтной метки (один импульс на оборот). Указанные три сигналы поступают на схему сформирования кода угла (СФКУ).

Компаратор К предназначен для формирования импульса напряжения в тот момент времени, когда выходной сигнал ДУС (канал шг) в процессе его изменения во времени станет равным нулю. Компаратор построен на основе двух широкополосных прецизионных операционных усилителей типа 140УД26а, имеющих сверхнизкое значение входного напряжения шума и большой коэффициент усиления (= 1000000). Для увеличения крутизны переднего фронта выходных импульсов при малых амплитудах сигнала ДУС и малых скоростях вращения платформы усилители включены последовательно. Таким

образом, суммарный коэффициент усиления двух последовательно включенных операционных усилителей составляет 1012. Для защиты входов усилителей от перенапряжения применены двухсторонние ограничители на стабилитронах. Аналогичный ограничитель применён на выходе компаратора, что позволяет получать импульсы на выходе стандартной для цифровых устройств амплитуды

На выходе компаратора в момент равенства нулю выходного напряжения ДУС

(Ю

формируется либо положительный перепад напряжения (производная ——

(е

(и

положительна), либо отрицательный (производная-— отрицательна).

(е

Благодаря большому коэффициенту усиления крутизна переднего фронта импульса на выходе компаратора ограничивается только предельной скоростью нарастания выходного напряжения операционного усилителя, равной 11 В/мксек даже при величине проекции угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора, равной 0.01 град/час и скорости вращения платформы, равной 1 град/сек.

Сигнал с выхода компаратора подаётся на вход одновибратора.

Одновибратор ОВ предназначен для выработки импульса большой длительности, передний фронт которого по времени совпадает с передним фронтом импульса любой полярности на выходе компаратора.

При наличии шума в выходном сигнале ДУС действие помех может привести к тому, что при переходе полезной составляющей сигнала через «нуль» реальный сигнал может за короткий промежуток времени пересечь нулевую линию не один раз, а два или более. В результате на выходе компаратора может возникнуть серия импульсов. Применение одновибратора обеспечивает формирование одного импульса, передний фронт которого совпадает с моментом первого пересечения уровня выходного напряжения ДУС нулевой линии. На последующие импульсы, поступающие на его вход в течение промежутка времени, равного длительности импульса одновибратора, последний не реагирует. В связи с этими длительность импульса одновибратора выбирается такой, чтобы к моменту формирования

заднего фронта импульса уровень полезной составляющей сигнала ДУС при его изменении по гармоническому закону был больше уровня помех.

В условиях проводимых экспериментов длительность импульса одновибратора поставляла 4.4 сек.

Одновибратор построен на основе микросхемы NA555 - точного таймера фирмы Texas Instruments.

Сигнал с выхода одновибратора подаётся на схему формирования кода угла (СФКУ).

Схема формирования кода угла (СФКУ) предназначена для выполнения трёх функций.

Первая - преобразование сигналов, вырабатываемых датчиком угла ДУ (энкодером) инкрементного типа в цифровой двоичный код и выведение на экран компьютера текущего значения угла s в градусах, угловых минутах и угловых секундах.

Вторая - выработка кода угла поворота платформы s и выведение значения этого угла на экран компьютера на момент прихода на схему импульса с выхода одновибратора ОВ, совпадающего по времени с передним фронтом импульса на выходе компаратора.

Третья - выработка последовательности импульсов, частота следования которых прямо пропорциональна скорости изменения угла s (угловой скорости вращения платформы П по отношению к корпусу прибора). Импульсы подаются на вход электронно-счётного частотомера ЭСЧ для определения угловой скорости вращения платформы.

Все указанные три функции выполняет электронное микропроцессорное устройство - компьютерная плата ЛИР-940-РС1-9рт-00 разработки и производства Специального конструкторского бюро измерительных систем (СКБ ИС). Конструктивно устройство представляет собой плату расширения, устанавливаемую внутрь блока персонального компьютера на шину PCI. Плата поддерживается программным обеспечением «СКИФ» версия от 1.5 от «СКБ ИС», которое выходит в комплект поставки.

Электронно-счётный частотомер (ЭСЧ) предназначен для точного измерения скорости вращения платформы в процессе экспериментального исследования макета наземного прибора ориентации, а также для контроля частоты напряжений питания ДНГ и акселерометров при настройке и отладке экспериментальной установки.

С помощью частотомера определяется среднее значение угловой скорости вращения платформы за фиксированный промежуток времени (время счёта). Значение скорости определяется путём деления угла поворота платформы на время счёта. Угол поворота платформы равен произведению количества импульсов, поступавших на вход частотомера с выхода схемы формирования кода угла (СФКУ) на дискрету угла.

В качестве частотомера использован электронно-счётный частотомер типа Ч3-

54.

Погрешность измерения указанным частотомером частоты синусоидальных и импульсных сигналов 57 определяется формулой, приведённой в техническом

описании прибора ЕЯ2.721.039 ТО

8, =±

' 1

8 0 +

/ • I

^ изм с

\ ^ изм сч У

где: 8 - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого генератора или внешнего источника; /изм - измеряемая частота, Гц;

¿сч - время счёта, с.

Максимальная относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого генератора после установления рабочего режима частотомера не превышает ± 5 • 10-7 в течение12 месяца.

Тогда относительная погрешность измерения угловой скорости вращения платформы при использовании импульсов с дискретностью 3.6 угл.сек и времени счёта, равного 1 с составит:

при скорости вращения 10 град/с (/ч = 10000Гц) - 1.005 • 10-4 (~0.01%);

при скорости вращения 1 град/с (/сч = 1000Гц) - 1.0005 -10 3 (-0.1%).

Генератор напряжений (ГН) предназначен для формирования специальных напряжений, необходимых для питания динамически настраиваемого гироскопа, датчиков акселерометров, а также напряжения опорного сигнала, используемого в усилителях-преобразователях датчика угловой скорости и акселерометров.

Генератор вырабатывает:

- два напряжения прямоугольной формы типа «меандр», сдвинутых одно относительно другого на четверть периода стабилизированной частоты (480 ± 0.096) Гц для питания гиродвигателя; амплитуда составляет 19 В в первый момент после включения в течение 80 с, после чего уменьшается до 11 В;

- два напряжения гармонической формы 2.5 В частоты 19.2 кГц на гальванически развязанных выходах для питания датчиков угла гироскопа и акселерометров;

- напряжение, по форме близкое к прямоугольному 10 В частоты 19.2 кГц, строго сфазированное с напряжением 2.5 В 19.2 кГц и используемое в качестве опорного в демодуляторах усилителей-преобразователей датчика угловой скорости и акселерометров.

Питание генератора осуществляется от источников питания ИП1 (цифровая часть генератора), ИП2 (аналоговая часть генератора) и ИП3 - выходные каскады источника питания гиромотора.

Конструктивно генератор напряжений выполнен на двух платах с использованием элементной базы производства СССР и России.

Цифровые вольтметры ЦВХ, ЦВ7 предназначены для измерения уровня выходных сигналов (напряжений постоянного тока) акселерометров и двухкомпонентного датчика угловой скорости.

В качестве вольтметров использованы универсальные цифровые вольтметры типа В7-28, которые характеризуются многофункциональностью, высокой точностью измерения, а также возможностью автоматического и дистанционного управления процессом измерения.

Основная погрешность измерения вольтметром постоянных напряжений на пределах измерения 0.1; 1; 10 В определяется выражением, приведённым в техническом описании и инструкции по эксплуатации прибора Тг2.710.003 ТО

8 = ±

' и Л

0.025 + 0.005 •ип

V их у

где: 5 - основная погрешность измерения постоянного напряжения, %; ип - предел измерения по входу Нх вольтметра, В; и - показание вольтметра, В.

В процессе экспериментальных исследований макета наземного прибора ориентации вольтметры используются на диапазоне измерения 10 В. В результате основная погрешность измерения напряжения 1 В на этом диапазоне составляет ± 0.075%, напряжения 0.1 В - ± 0.525%.

Время измерения постоянного напряжения на пределах 1; 10; 100; 1000 В не превышает 0.33 с.

Переключение вольтметров с режима измерения сигналов акселерометров в режим измерения сигналов датчика угловой скорости осуществляется с помощью переключателя 1.

Осциллограф ОСЦ предназначен для визуального контроля за изменением выходного сигнала датчика угловой скорости при вращении платформы. Осциллограф также использовался при настройке и отладке установки.

В установке использован осциллограф цифровой запоминающий, модель АКИП-4122/10. Осциллограф двухканальный с высокими метрологическими характеристиками. Отличительная особенность данного осциллографа - широкий диапазон скоростей горизонтальной развёртки (минимальная - до 1000 с/дел). Это позволяет наблюдать весь цикл изменения сигнала ДУС при повороте платформы на 1 оборот даже при сравнительно малых скоростях вращения.

Источники питания ИП1, ИП2, ИП3, ИП4 предназначены для обеспечения питания стабилизированными напряжениями постоянного тока обслуживающей электроники установки.

Источник ИП1 вырабатывает два напряжения +5 В и -5 В относительно общего провода, которые используются для питания цифровой части обслуживающей электроники.

Источник ИП2 вырабатывает два напряжения +15 В и -15 В относительно общего провода, которые используются для питания аналоговой части обслуживающей электроники.

Источник ИП3 вырабатывает два напряжения +19 В и -19 В относительно общего провода, используемые в генераторе напряжения ГН для формирования напряжений питания гиродвигателя гироскопа.

Источник ИП4 вырабатывает напряжение +60 В, которое используется в системе термостатирования ДНГ.

Отличительная особенность всех указанных источников питания - низкий уровень пульсации выходных напряжений. Все источники питаются от стандартной однофазной сети 220 В 50 Гц.

Приложение 3. Протокол замеров и результаты вычислений при экспериментальной проверке разработанных

алгоритмов определения углов 0, Ф, ¥ ориентации НПО

Постоянная времени ФНЧ: 10 с

Скорость вращения платформы: 6,92 град/с

Температура в помещении лаборатории: + 25° С

№ Заданные углы Эйлера-Крылова Измеренные параметры Вычисленные параметры

Пл. 0 ф ¥ № пуск. и , В ах ' и , В йу > 82г1 е2г-1Т 82г1 5 N 0 ф ¥

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

102°55'55'' 293°18'10'' 234°53'31'' 71°17'24''

1 0.000121 0.000115 103°5'38'' 293°39'39'' 235°34'12'' 71°28'4'' 175°46'17'' 0°0'5'' 0°0'5'' 184°13'48''

102°30'25'' 293°19'48'' 235°24'43'' 71°47'56''

102°51'28'' 292°43'51'' 235°8'52'' 71°24'57''

1 0°0'0'' 0°0'0'' 184°19'25'' 2 0.000123 0.000114 102°31'37'' 293°18'21'' 236°14'38'' 70°53'16'' 175°37'42'' 0°0'5'' 0°0'5'' 184°22'23''

102°20'24'' 293°13'22'' 235°34'55'' 71°16'44''

102°52'37'' 293°13'55'' 234°26'6'' 71°28'58''

3 0.000122 0.000116 102°43'15'' 292°59'56'' 235°13'22'' 71°10'15'' 175°36'10'' 0°0'5'' 0°0'5'' 184°23'56''

102°14'13'' 293°27'14'' 235°42'3'' 71°42'7''

12°55'55'' 209°11'34'' 142°20'31'' 336°43'4''

1 0.000119 0.000103 12°56'45'' 209°58'19'' 143°14'20'' 336°35'6'' 85°42'55'' 0°0'5'' 0°0'4'' 274°16'55''

11°58'19'' 211°37'4'' 143°59'42'' 337°4'26''

12°54'54'' 209°53'9'' 142°19'30'' 336°36'36''

2 0°0'0'' 0°0'0'' 274°19'25'' 2 0.000117 0.000104 12°17'49'' 210°49'8'' 143°3'46'' 336°54'25'' 85°45'32'' 0°0'5'' 0°0'4'' 274°14'20''

11°59'9'' 211°19'12'' 143°56'13'' 337°2'37''

13°1'15'' 209°40'44'' 142°26'24'' 336°56'31''

3 0.000116 0.000106 12°21'3'' 210°32'16'' 142°47'56'' 336°50'49'' 85°44'21'' 0°0'5'' 0°0'4'' 274°15'32''

11°57'14'' 211°7'45'' 144°8'45'' 337°1'26''

282°12'32'' 119°19'22'' 53°44'34'' 246°1'4''

1 0.000134 0.000125 282°1'12'' 119°49'26'' 55°13'51'' 246°18'57'' 355°44'30'' 0°0'6'' 0°0'5'' 4°15'22''

282°41'31'' 119°41'45'' 54°13'22'' 247°36'25''

281°55'40'' 118°46'48'' 53°26'24'' 246°51'39''

3 0°0'0'' 0°0'0'' 4°19'25'' 2 0.000135 0.000127 281°49'15'' 119°29'13'' 54°18'36'' 247°5'6'' 355°30'24'' 0°0'6'' 0°0'5'' 4°29'28''

281°25'19'' 119°8'34'' 54°1'40'' 247°46'30''

281°30'50'' 119°0'46'' 55°14'49'' 246°24'13''

3 0.000136 0.000124 280°28'37'' 119°54'54'' 54°54'14'' 246°19'55'' 355°33'13'' 0°0'6'' 0°0'5'' 4°26'38''

281°36'10'' 119°28'58'' 53°58'22'' 247°46'51''

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

191°10'26'' 28°5'42'' 325°6'18'' 159°45'57''

1 0.000137 0.000134 190°39'18'' 27°6'25'' 325°25'12'' 158°56'49'' 265°43'22'' 0°0'6'' 0°0'6'' 94°16'52''

189°53'52'' 27°21'28'' 326°20'9'' 158°48'50''

191°1'15'' 27°9'28'' 325°31'48'' 159°26'56''

4 0°0'0" 0°0'0'' 94°19'25'' 2 0.000135 0.000136 190°34'12'' 27°39'43'' 326°6'25'' 158°41'20'' 265°39'24'' 0°0'6'' 0°0'6'' 94°20'46''

189°51'43'' 27°12'3'' 325°47'34'' 158°50'16''

190°21'18'' 27°50'52'' 324°54'7'' 160°2'31''

3 0.000138 0.000137 190°32'9'' 27°1'40'' 325°56'2'' 158°59'16'' 265°48'24'' 0°0'6'' 0°0'6'' 94°11'46''

190°3'18'' 28°8'27'' 326°56'42'' 158°54'25''

95°43'55'' 295°42'14'' 229°14'42'' 78°48'7''

1 0.42831 0.000112 97°32'52'' 296°22'12'' 230°8'2'' 79°40'33'' 175°13'47'' 5°0'25'' 0°0'5'' 184°7'37''

96°50'42'' 297°0'18'' 228°21'36'' 77°20'13''

96°31'44'' 295°28'40'' 230°13'15'' 78°10'33''

5 5°0'0" 0°0'0'' 184°19'25'' 2 0.42852 0.000130 97°44'27'' 295°59'38'' 230°47'2'' 77°33'43'' 175°9'14'' 5°0'32'' 0°0'5'' 184°11'35''

96°57'43'' 296°50'13'' 228°12'54'' 77°20'52''

96°41'24'' 295°10'58'' 228°49'33'' 78°19'40''

3 0.42845 0.000095 97°42'39'' 295°44'49'' 230°30'46'' 78°10'48'' 174°59'29'' 5°0'29'' 0°0'4'' 184°19'60''

96°46'19'' 296°26'52'' 228°57'10'' 76°32'52''

40°48'50'' 233°22'40'' 163°2'27'' 352°14'45''

1 0.42825 0.000108 40°15'10'' 233°44'42'' 166°8'13'' 351°26'60'' 108°16'22'' 5°0'22'' 0°0'5'' 244°27'36''

41°19'26'' 234°4'33'' 166°29'27'' 356°19'15''

40°37'8'' 233°28'4'' 162°54'18'' 352°48'39''

6 5°0'0'' 0°0'0'' 244°19'25'' 2 0.42815 0.000110 40°9'3'' 234°14'20'' 166°2'27'' 351°43'15'' 108°26'12'' 5°0'18'' 0°0'5'' 244°18'14''

40°46'48'' 235°4'55'' 166°31'19'' 356°54'14''

40°27'10'' 234°1'51'' 163°23'9'' 352°25'8''

3 0.42819 0.000105 39°37'30'' 234°4'44'' 165°46'1'' 351°40'19'' 108°19'31'' 5°0'18'' 0°0'4'' 244°24'36''

41°20'9'' 234°6'7'' 166°19'58'' 356°42'10''

340°50'42'' 178°39'25'' 101°34'37'' 298°12'36''

1 0.42835 0.000120 339°23'56'' 179°30'36'' 103°28'51'' 298°32'38'' 50°5'42'' 5°0'25'' 0°0'5'' 304°12'14''

339°59'31'' 181°6'14'' 101°56'49'' 297°52'33''

341°32'56'' 176°54'36'' 101°10'22'' 298°28'40''

7 5°0'0'' 0°0'0'' 304°19'25'' 2 0.42839 0.000123 340°59'13'' 177°56'24'' 103°26'24'' 298°38'56'' 49°52'12'' 5°0'29'' 0°0'5'' 304°26'53''

339°37'40'' 179°31'12'' 102°10'58'' 297°59'6''

341°36'28'' 177°1'58'' 100°51'57'' 298°36'46''

3 0.42841 0.000130 340°45'21'' 178°29'16'' 103°17'6'' 298°41'6'' 49°53'30'' 5°0'29'' 0°0'5'' 304°25'26''

339°33'57'' 179°41'60'' 102°14'16'' 297°51'50''