РПЗ (3). Силовые гиростабилизаторы 2 Индикаторносиловые гиростабилизаторы 3

• Название: Силовые гиростабилизаторы 2 Индикаторносиловые гиростабилизаторы 3
• Дата: 08.06.2021
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: РПЗ (3).odt
• Тип: Реферат; #215626
• страница: 2 из 10

Назначение прибора

Назначением проектируемого прибора является стабилизация оси чувствительности гравиметра вдоль местной вертикали с требуемой точностью. Платформа с гравиметром будет использоваться на движущемся объекте – самолете. Из-за этого на прибор будет подвержен действию вибраций и кратковременных ударных ускорений.

Отличительной особенностью гиростабилизатора является то, что он разрабатывался для решения задач автономной навигации и не был предназначен для стабилизации каких-либо приборов. В своем составе он имеет систему акселерометров, датчиков углового положения, счетно-решающее устройство и систему управления, настройки и коррекции погрешностей. Возможность использовать уже имеющийся стабилизатор многократно сократила временные и материальные затраты.

Как будет показано в данной работе, прибор успешно справляется со стабилизацией оси чувствительности гравиметра, не смотря на то, что не был изначально для этого предназначен.

Описание чувствительных элементов системы

1. Гироскоп ГПА-Л2

Гироскоп ГПА-Л2 представляет собой трехстепенной поплавковый астатический гироскоп в кардановом подвесе, являющийся чувствительным элементом углового положения стабиплаты. Принцип действия основан на свойстве трехстепенного гироскопа сохранять неизменным в инерциальном пространстве направление оси кинетического момента и на свойстве прецессировать под действием внешних моментов.

Основными элементами конструкции гироскопа являются:

• 
  гироузел 1, выполненный в виде сферического поплавка с гиромотором на газодинамическом подвесе;
  
• 
  длинная ось 10 с дополнительным креплением гайками 3, 4 и шайбами 14, что наряду с использованием специального техпроцесса герметичного и прочного склеивания позволяет повысить стабильность центра тяжести;
  
• 
  датчики угла 19 индукционного типа и датчики момента 18 магнитоэлектрического типа, расположенные по измерительным осям гироскопа;
  
• 
  токоподводы 12 к гироузлу 1, выполненные в виде спиралей с левой и правой навивкой, что позволяет снизить изменение дрейфа от линейного перемещения поплавка при воздействии линейных ускорений;
  
• 
  камниевые опоры 11 карданова подвеса со сферическими цапфами 13 повышенной точности изготовления;
  
• 
  карданное кольцо 6, выполненное в виде жесткого кольца с повышенной точностью расточки отверстий под бушоны 2;
  
• 
  корпус 8, внутренняя полость которого заполнена фторо-углеродистой жидкостью, в которой взвешен гироузел 1.
  

Кинематическая вязкость жидкости составляет:

- при нормальной температуре ;

- при рабочей температуре для партии жидкости .

В гироскопе применена система термостатирования с форсированным и точным обогревом. Для контроля температуры прибора использована проволочная катушка-термометр.

Основные детали конструкции гироскопа выполнены из бериллия; применена индиевая герметизация корпуса.

Перечисленные конструктивные особенности позволяют обеспечить высокую точность, стабильность характеристик и большой ресурс гироскопа, т.к.:

• 
  применение бериллия обеспечивает быстрый и равномерный прогрев, временную стабильность и износоустойчивость конструкции;
  
• 
  газодинамический подвес позволяет исключить трущиеся поверхности, что способствует повышению стабильности параметров благодаря отсутствию смещения центра тяжести и увеличивает технический ресурс гироскопа;
  

• 
  взвешивание поплавка в жидкости и применение сверхпрецизионных опор карданова подвеса гироузла обеспечивает минимальные моменты трения и виброустойчивость гироскопа;
  
• 
  индиевая герметизация повышает временную надежность, т.к. предотвращает образование газовых пузырей, ухудшающих точностные характеристики гироскопа.
  

В гироскопе реализована безрезисторная схема, позволяющая осуществить в системе алгоритмическую компенсацию следующих параметров:

• 
  систематические составляющие скорости дрейфа, зависящие от ускорений;
  
• 
  перекрестное влияние ДМ;
  
• 
  дрейф, зависящий от давления окружающей среды.
  

Электропривод гироскопа ГПА-Л2 включает в себя гиродвигатель (ГД) и источник питания (ИП), состоящий из преобразователя трехфазного напряжения ПТН-УС и обеспечивающих его работу генератора опорной частоты (ГОЧ) и блока стабилизатора питания (БСП), которые в комплексе обеспечивают стабилизированное напряжение и частоту питания, а также помехозащищенность преобразователя ПТН-УС.
Технические характеристики гироскопа ГПА-Л2.

1. 
   Кинетический момент
   
2. 
   Максимальная скорость прецессии, развиваемая гироскопом .
   
3. 
   Крутизна характеристик датчиков угла:
   

4. 
   Крутизна характеристик датчиков момента:
   
5. 
   Погрешность определения масштабного коэффициента, не более
   
6. 
   Перекрестное влияние датчиков момента, не более
   
7. 
   Входное сопротивление цепей датчиков момента
   
8. 
   Угол поворота гироузла по любой из измерительных осей
   
9. 
   Температурный коэффициент дрейфа гироскопа
   
10. 
    Скорость дрейфа гироскопа
    

• 
  систематическая составляющая скорости дрейфа гироскопа, не зависящая от ускорения, не более
  
• 
  изменение систематической составляющей скорости дрейфа от запуска к запуску (вариация дрейфа), не более:
  

по оси Y

по оси Z

• 
  случайная составляющая скорости дрейфа гироскопа в запуске (за время запуска 2ч), не более:
  

11. 
    Масса гироскопа, не более
    
12. 
    Энергопотребление
    

• 
  мощность, потребляемая датчиками угла, не более
  
• 
  мощность, потребляемая гиромотором, не более:
  

в пусковом режиме

в установившемся режиме

Режим управляемого скольжения гироскопа ГПА-Л2

Электропривод гироскопа ГПА-Л2 включает в себя гиродвигатель (ГД) и источник питания (ИП), состоящий из преобразователя трехфазного напряжения ПТН-УС и обеспечивающих его работу генератора опорной частоты (ГОЧ) и блока стабилизатора питания (БСП), которые в комплексе обеспечивают стабилизированное напряжение и частоту питания, а также помехозащищенность преобразователя ПТН-УС.

ПТН-УС представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное трехфазное и позволяет обеспечивать форсированный запуск ГД с напряжением и рабочий режим с с импульсным намагничиванием, обеспечивающим асинхронизацию ротора. Частота выходного напряжения ПТН-УС

ПТН-УС, включающий режим управляемого скольжения, был внедрен на базе ПТН с амплитудным перевозбуждением.

Основанием для разработки ПТН-УС послужило требование повышения точности гироскопа ГПА-Л2.

Повышение точности гироскопа ГПА-Л2 достигается совершенствованием конструкции прибора за счет снижения погрешностей, определяемых подвесом, опорами, токоподводами, решением вопросов термостатирования, экранирования и т.д., а также путем использования алгоритмических средств управления режимами питания гиродвигателя (ГД).

На точностные параметры ГПА-Л2 кроме конструктивных и технологических факторов, заложенных в них на стадии проектирования и изготовления, большое значение оказывают различные дестабилизирующие факторы, связанные с нестабильностью теплового, магнитного и вибрационного полей, создаваемым гиродвигателем.

Чем точнее прибор, тем выше роль гиродвигателя, т.к. он является основным внутренним источником тепла, магнитного поля и вибраций.

Основными дестабилизирующими факторами являются изменение момента нагрузки и параметров ГД – амплитуды, частоты и фазы питающего напряжения.

Воздействие на ГД дестабилизирующих факторов характеристики ГД, что приводит к появлению различного рода погрешностей, снижающих точность ГПА-Л2, которые классифицируются в соответствии с физической природой вызывающих их возмущений:

• 
  нестабильность кинетического момента Н;
  
• 
  тепловая разбалансировка;
  
• 
  переменные магнитные воздействия;
  
• 
  изменение фазового положения ротора относительно синхронной системы координат.
  

Анализ дестабилизирующих электромагнитных факторов, характеризующих качество источника питания, позволяет выделить три основных фактора, влияющих на точностные параметры гироскопа:

• 
  прерывание питания гиродвигателя, которое дает развозбуждение двигателя с резким изменением тока, а, следовательно, изменением напряжения, магнитного состояния ротора и его поля рассеяния, изменение положения ротора.
  
• 
  изменение напряжения питания ГД, которое может приводить к изменению тока ГД и связанного с ним магнитного поля рассеяния статора, к изменению теплового состояния ГД и тепловой разбалансировке.
  
• 
  сбои по частоте питания, которые приводят к изменению тока, магнитного состояния ротора, изменению положения ротора.
  

В условиях действия дестабилизирующих факторов стабилизирующее действие на точностные параметры гироскопа оказывает режим импульсного перевозбуждения со скольжением ротора, который обеспечивает стабилизацию токов при любых возмущениях и может создать режим скольжения для усреднения положения ротора.

Определение точного уровня погрешностей ГПА-Л2, зависящих от ГД и их систематизация по максимальным значениям вариаций от прерываний питания ГД показала, что максимальную долю вариаций скорости дрейфа составляет погрешность, связанная с развозбуждением ротора ГД, которое составляет:

по оси Y -

по оси Z -

и погрешность, связанная с неоднозначным положением ротора, которая находится в пределах:

по оси Y -

по оси Z -

Средством исключения ошибки, связанной с развозбуждением ротора ГД и уменьшением погрешности, связанной с неоднозначным положением ротора, явилось введение режима управляемого скольжения (ПТН-УС), которое осредняет ее, уменьшая вариацию скорости дрейфа по обеим осям гироскопа до , т.е. в 3-6 раз по сравнению с режимом амплитудного перевозбуждения, реализованного в штатном источнике ПТН.

Суть импульсного регулирования возбуждением ГД состоит в создании по цепям статора импульсов намагничивающего тока в течение доли периода частоты питания, строго дозированных по амплитуде и “привязанных” к определенному временному интервалу, отсчитываемому от напряжения одной из фаз. Импульсное питание обеспечивает стабилизацию магнитного состояния ротора на уровне перевозбужденного режима.

В результате этого обеспечивается стабилизация:

• 
  магнитного состояния ротора и соответствующего магнитного роля рассеяния ротора;
  
• 
  тока двигателя, а, следовательно, и стабилизация теплового состояния;
  
• 
  стабилизируется мгновенная частота вращения, т.е. демпфируются качания ротора.
  

Суть режима скольжения состоит в том, что выбором фазы импульсов, создается периодическое смещение положения намагниченности ротора, что, в свою очередь, приводит к скольжению ротора.

Режим управляемого скольжения обеспечивает:

• 
  сохранение режима перевозбуждения с минимальным током;
  
• 
  минимальное возмущение момента;
  
• 
  стабильность средней скорости;
  
• 
  простоту технической реализации.
  

Внедрение в электропривод источника питания ПТН-УС с режимом управляемого скольжения для снижения вариаций скорости дрейфа, связанных с неоднозначностью положения ротора ГД, позволило:

• 
  обеспечить стабилизацию энергетических характеристик ГД, особенно в условиях действия дестабилизирующих факторов, обеспечивая устойчивый режим перевозбуждения ГД с токами на уровне ;
  
• 
  уменьшить вариации систематической составляющей скорости дрейфа и изменение величины скорости дрейфа при прерывании питания ГД в раз по сравнению с режимом без перевозбуждения (ПТН) и в раза по сравнению с режимом импульсного перевозбуждения;
  
• 
  обеспечить отсутствие развозбуждения ГД, вызванное случайными сбоями в системе питания.
  

Таким образом, разработка и внедрение источника питания ПТН-УС дала возможность улучшить основные точностные параметры гироскопа ГПА-Л2 и уменьшить вариацию скорости дрейфа от запуска к запуску в 2 раза.