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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 -]- JZjâ — К] — / 0Ѳ(t) -Г (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 , +

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 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 +

+ щЬ К] =

/ 0Ѳ{t) +

(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+

2

р2 + 2Я (52 + т ) р + п г 5 2]а =

 

= [2 /Г э/ 0р4 +

(2/ г.

— 2Я/сг£23 — 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