Файл: Свешников А.А. Вероятностные методы в прикладной теории гироскопов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 242
Скачиваний: 1
122 |
ОСНОВНЫЕ У РА В Н ЕН И Я |
ПРИКЛАДНОЙ ГИРОСКОПИИ |
[ГЛ. з |
получим |
Гуг7у + |
£/у + Sjß = 0. |
(3.218) |
|
Приведем уравнение маятника-корректора. Так как в рас сматриваемом случае ось стабилизации рамы параллельна продоль ной оси корабля и плоскость качания маятника-корректора будет совпадать с плоскостью шпангоута, то уравнение колебаний маят ника по аналогии с (52) при чисто бортовой качке корабля будет
[см. (55)]
П Ь + 2СГм*і + Хі = -Ь О (0, |
(3.219) |
где Тк — постоянная времени маятника; С— относительный коэф фициент затухания; &=l/g [см. (53)]; г — расстояние по верти кали точки подвеса маятника от продольной оси корабля.
Уравнения движения гирорамы следует дополнить уравне ниями, характеризующими переходные процессы в электрических элементах ГС. Присоединяя к (219) и (218) уравнения (211) и (208), получим систему дифференциальных уравнений движения ГС
2 /„ |
Jуй -Г 2Щ -]- JZjâ — К] — / 0Ѳ(t) -Г nß (t) -(- Mlt |
|
|
2H (â ич) — S2a n $ = |
—S3Xi (t) — |
|
|
|
Tl h + 2CTMXi + Xi = |
—kz®(t), |
(3.220) |
|
T1ü 1 + u1 + s$ = 0, |
|
Ц І - И + м - р г у
Более простая система уравнений получается при отсутствии качки в случае неподвижного основания. Полагая в (220) для этого
случая Ѳ=Ѳ=Х1= и = 0 , |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
J^ä + |
2#(3 + nxâ — К] — Мѵ |
|
|
|
|
||||||
27г 9(3 — 2На. — S2ol-f- |
= |
—М2 |
|
|
(3.221) |
||||||
|
T1Ü1+ U 1 + S £ = о, |
|
|
|
|
||||||
*1Г |
+ і + bä. — р и |
— 0 . |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из (221) можно найти передаточные функции ГС по коорди |
|||||||||||
нате а по отношению |
к |
возмущающим воздействиям |
М х и М2: |
||||||||
Ьл>ж, (s) = Ln (s) ' |
Д / |
Д « ) ’ |
г |
м 2 |
— |
-^ 1 |
V” |
/ |
____ |
М 2 |
(s) ' (3.222) |
|
а |
( s ) |
|
_ |
т |
/ ю |
|
а ( s ) |
|||
|
|
|
|
М2($) -- |
“ 12(^) ' |
|
|
|
|||
Для случая малых постоянных времени усилителя и стабили |
|||||||||||
зирующего двигателя |
(Гу = Тц — 0 ) имеем |
|
|
|
|
|
|
||||
Ln (в) = |
2 /, 1 + W2S |
|
|
|
|
|
(3.223) |
||||
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
L 12 ( s) ■ |
2 Hs + S^K |
|
|
|
|
|
(3.224) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 3.5] |
ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ |
СТАБИЛИЗАТОРЫ |
123 |
где |
|
|
|
А = 2/г. , / ^ 4 + |
ГJrn2+ 2 /г , (щ + |
Ж )] s3 + [п2(nx + |
WQ + |
|
+ 4Я2] s2 + 2Я (S1?K + S2)s + ЗДрА'. |
Если принять пх= п2= 0, Ту — Тл = О, £ 2 = 0, то уравнение собственных колебаний ГС, например по координате а, можно записать в виде
^ г “ + 2СГд.га + |
а + ^ - а = 0, |
(3.225) |
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
гр |
___^ г . Э-^Т] |
о- р |
_27г. эу& |
|
|||
С . г |
4 //2 ’ |
|
д.г — 4 / / 2 |
1 |
(3.226) |
||
^ 2 /Г К"2 / ^ ” ’ |
п = |
ЬАГ, |
m = |
AjpAT, |
|||
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||
Гд г — электромеханическая |
постоянная |
времени стабилизирую |
|||||
щего двигателя- и |
гироскопов; С— относительный |
коэффициент |
затухания; п — крутизна демпфирующего момента на оси враще ния, обусловленного противоэлектродвижущей силой, которая возникает при вращении якоря стабилизирующего двигателя; пг — крутизна статической характеристики СД, т. е. зависимость между моментом, прикладываемым СД к оси рамы, и углом ß прецессии гироскопа.
Для получения связи углов а и ß с углом наклона объекта ѳ (t) (например, с углом бортовой качки корабля), пренебрегая
в общей системе (220) малыми постоянными времени |
Ту, Тл, Тк |
||||
и не учитывая возмущающие |
моменты М г и |
М г и |
переносную |
||
угловую скорость и |
системы отсчета, |
имеем |
|
|
|
J^ä + |
2Щ + щЬ — К] = |
/ 0Ѳ{t) + |
nß (t), |
|
|
2/г. І — 2Яа — S2а + |
ra2ß = |
—S2Xi (t), |
|
||
|
|
Xi = |
—-kz®(0 . |
|
(3.227) |
|
t/y + |
s,ß = |
0 , |
|
|
/ + bä. — pUy = W(t).
Исключая из |
последней системы ß, /, |
Uy и Xi, |
получим |
уравне |
||
ние (р = djdt) |
|
|
|
|
|
|
{ 2 / г . э/ , Р 4 + [J^ + 2 / г . э ( « і + ЪК)\ръ+ |
|
|
|
|||
+ [п2 (пг + |
ЬК) + |
4Я2] р2 + 2Я (£іРЯ + St) Р + |
ЗД рЯ ) а = |
|||
= (2/г.о V 4 + |
[2/г.»(я. + |
+ |
Ѵ о - 2 Я З Д Р 3 + |
|
||
|
|
+ К К + |
WQ — S.StfKkz] р2} Ѳ, |
(3.228) |
124 |
ОСНОВНЫЕ У РА В Н ЕН И Я ПРИКЛАДНОЙ |
ГИРОСКОПИИ [ГЛ. 3 |
||
которому соответствует |
передаточная функция |
|||
|
|
L*,e(s) = j , |
(3.229) |
|
где |
через А обозначено |
то же |
выражение, |
что и в формулах |
(223) и (224), а |
|
|
|
|
Б = |
27г а70.94 + [27г.а (п, + ЪК) + |
n j 0 - 2HSjcz\s3 + |
||
|
|
|
+ [п2 {пг + ЬК) — S ^ j K k z ] S2. |
При кратковременном использовании силового гиростабилиза тора маятниковая коррекция может отсутствовать. В этом случае в (227) следует положить S2=0, Z1 =0. Если не учитывать также моментов сил жидкостного трения в осях прецессии (я2 = 0 ), то вместо (227) получим
|
|
j ft + |
2tfß + |
пхЬ. — К] = 70Ѳ(t) + |
n j (t), |
|
||||
|
|
|
|
27r J — 2Я<х = |
О, |
|
(3.230) |
|||
|
|
|
|
|
|
Uj + |
Sjß = |
О, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
/ + |
&* — pUr — №(t). |
|
|
|||
Если обозначить п = п 1-{-ЬК, |
m = |
S-ipK [см. (226)], то (230) при- |
||||||||
мет вид |
|
J |
-f- 2Яр + |
+ |
mß= |
70Ö(t) + |
нѲ (t), |
|
||
|
|
(3.231) |
||||||||
|
|
|
|
27r „ß — 2Яя = |
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
или, после разделения переменных |
(р =djdt), |
|
||||||||
(2 /г.J 4PZ+ |
27г Зпр2+ |
4Я2р + |
2Яте) я = |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
= |
(27г.870р3 + |
2Jг ьпр2) |
(3.232) |
|
(27г э7^ |
3 + |
27г эдр2 + |
4Я 2р + |
2Ята) ß = |
|
|||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
(2Я70р2 + 2Япц) Ѳ, |
|
||
откуда |
получим |
выражения |
передаточных |
функций |
А,.. («) и |
|||||
Ѳ(Ѳ) ГС в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
г |
/ \ ________ 9 (^qs3 + ns2)__________ |
(3.233) |
||||||
|
|
«-в W ~ 2 / г. g/^s3 + 2 / г. gras3 + 4Я2« + 2Нт ’ |
|
|||||||
|
|
т |
/ \ _________ 2 Я (70«3 + »*)________ |
(3.234) |
||||||
|
|
^ß.9 Vй; — 2/г_д/^з + 2/г. 3ns2 + 4^2s + 2Hm' |
||||||||
|
|
|
Заметим, что (233) можно получить из общего выражения (229), если принять п1-\-ЪК=п, 5 г=0, тгг= 0 .
§ 3.5] |
ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ |
125 |
Учитывая (226), перепишем (233) и (234) в виде
4п (/о* 3 + res2)
(3.235)
(s ) — |
(3.236) |
Для анализа погрешностей ГС с корректором следует исходить из уравнений (227). Если в них принять п2= 0 и учесть обозначе ния (226), то получим
(3.237)
откуда, например, для координаты а получаем уравнение (р = djdt)
[2Jг. »1пР* + 2Jг.апр3+ |
4Я 2 |
р2 + 2Я (52 + т ) р + п г 5 2]а = |
|
= [2 /Г э/ 0р4 + |
(2/ г. |
— 2Я/сг£2)р 3 — Ы 5 гр2] 0 |
(3.238) |
и соответствующую передаточную функцию
2 / г. 3 ^os4 + ( 2 / г. эп — 2HkzS2) s3 — fe m S 2s2
Практическим применением рассмотренного выше одноосного силового ГС являются силовые ГН, измерители углов отклонения объекта относительно плоскости горизонта. Принципиальная схема силового ГН с одним гироскопом приведена на рис. 3.13, в которой датчик сигналов ДС через усилитель управляет стаби лизирующим двигателем СД. Обычно ГН устанавливается на стабилизированной площадке, даваемой ГВ. Пусть в исходный момент ось Oz гироскопа (рис. 3.14) составляет угол с осью вращения наружного карданова кольца подвеса площадки, сов падающей с продольной осью О £ корабля; угол ос,, не является ма лым. Обозначим через у (t) погрешность стабилизации площадки в плоскости шпангоута корабля, являющуюся случайной функ цией времени. Полагая углы а и ß отклонения оси гироскопа ма лыми, запишем уравнения прецессионного движения ГН в виде
(3.240)
г д е X — у д е л ь н а я с к о р о с т ь с и с т е м ы к о р р е к ц и и .
126 |
ОСНОВНЫЕ УРА В Н ЕН И Я ПРИКЛАДНОЙ ГИРОСКОПИИ |
[ГЛ. 3 |
Вводя постоянную времени системы коррекции
*Г- II |
|
перепишем (240) в виде |
|
А = yß cos я0, |
1 |
^ß + ß ^ — 7 y sin an. |
1 |
(3.241)
(3.242)
Как было указано выше, сочетание двух одноосных ГС обра зует двухосный силовой ГС, который создает стабилизированную
Рис. 3.14. Углы, определяющие положение гироскопа направле ния.
вого типа.
относительно плоскости горизонта площадку; этот стабилизатор может быть также использован в качестве ГВ силового типа. В ка честве примера на рис. 3.15 приведена принципиальная схема четырехгироскопной силовой ГВ. Здесь стабилизируемая пло щадка П, представляющая собой внутреннее кольцо карданова подвеса, установлена в наружном кольце К, ось вращения кото рого направлена параллельно, например, продольной оси объекта. На площадке П размещены две гирорамы, каждая из которых состоит из двух гироскопов Гг, Г2 и Г з, Г4, а оси прецессии гиро скопов связаны соответственно антипараллелограммами (спарни ками) Ах и Да. На осях прецессии гироскопов Г2 и r t установлены датчики сигналов ДСХи ДС2, которые управляют через усилители Ух и У2 стабилизирующими двигателями СДХ и СД2. Система коррекции площадки П относительно плоскости горизонта состоит из маятников М х и М 2 и управляемых ими датчиков моментов Д М Хtil Д М ѵ установленных на осях прецессии гироскопов Гх и Гг