CC BY
63
УДК 531.383
В.Я Распопов., д-р техн. наук., проф., зав. кафедрой, (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
П.П. Парамонов,, д-р техн. наук, ген. директор, ро81тпа81ег@е1ау1. sbp.ru ( (Россия, СПб, ФГУП «С.-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова),
Ю. И Сабо., д-р техн. наук, гл. конструктор направления,
[email protected] (Россия, СПб, ФГУП «С.-Петербургское ОКБ
«Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова),
A.B. Шукалов зам. ген. директора, [email protected]
(Россия, СПб, ФГУП С.-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им.
П.А. Ефимова),
А.П. Шведов канд. техн. наук, доц., (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ РЕЗЕРВНОЙ БЕСПЛАТФОРМЕННОЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ
Проводится анализ результатов испытаний резервной бесплатформенной системы ориентации, разработанной на кафедре «Приборы управления» Тульского государственного университета. Рассматриваются перспективы дальнейшей разработки резервной системы на базе созданного измерительного модуля.
Ключевые слова: резервная система ориентации, микромеханические гироскопы, микромеханические акселерометры.
Введение
В августе 2012 года в ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» (ФГУП «ГосНИИАС») проведены лабораторные испытания резервной бесплатформенной системы ориентации (РБСО), разработанной на кафедре «Приборы управления» (ПУ) ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (ТулГУ). В задачу системы входит дублирование показаний штатной навигационной системы пилотируемого летательного аппарата (ЛА) по каналам тангажа и крена, а также угловых скоростей курса, тангажа и крена.
РБСО реализована на базе алгоритмов [1,2], разработанных сотрудниками кафедры ПУ ТулГУ (рис. 1), и датчиков отечественного производст-
- гироскопов ММГ-ЭПТРОН разработки ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (г. Санкт-Петербург);
- акселерометров AT 1104 производства ОАО АНПП «Темп-Авиа» (г. Арзамас).
Испытания проводились на трехкомпонентном стенде С3-600, подключенном к комплексу КПМ-1600М. Целью испытаний была оценка работоспособности и точности выработки параметров: углов курса, тангажа и угловых скоростей курса, тангажа и крена.
174
Рис. 1. Внешний вид РБСО
Задачами испытаний являлись: анализ возможности улучшения точностных характеристик и функциональных возможностей РБСО, а также анализ перспективности дальнейшей разработки.
Анализ испытаний проводился на основании технического описания РБСО, разработанного на кафедре ПУ ТулГУ, технического акта № 2100/01-09.12, подготовленного сотрудниками отделения 2100 ФГУП «ГосНИИАС», а также электронных материалов (графики выходных сигналов РБСО и стенда и телеметрические данные), полученных по результатам проведения испытаний сотрудниками ФГУП «ГосНИИАС».
Условия проведения испытаний
При подготовке к испытаниям РБСО на стенде одной из важнейших задач было согласование приборных осей связанных систем координат (ССК) РБСО и стенда. Данная задача возникла по следующей причине. Из-за наличия углов рассогласования осей ССК РБСО и стенда Ду, ДО, Ду (рис. 2), помимо постоянной разницы показаний по углам тангажа и крена, возникает перекрестное взаимовлияние этих каналов.
На рис. 2 показано: ОХРБСО, ОГРБСо, 0ХРБСО - продольная, нормальная и поперечная оси ССК РБСО; ОХС, OYС, 02С - продольная, нормальная и поперечная оси стенда; Ду , ДО, Ду - рассогласования систем координат стенда и РБСО по углу курса, тангажа и крена соответственно; у с ,О с - угловые скорости стенда по крену и тангажу.
Перекрестное влияние каналов объясняется тем, что из-за рассогласования осей при вращении стенда по тангажу или крену РБСО совершает конусообразное движение, которое приводит к одновременному изменению углов крена и тангажа.
Рис. 2. Взаимная ориентация ССК стенда и РБСО
Угловое рассогласование ССК возникает из-за погрешностей изготовления приспособления для крепления РБСО к стенду. В связи с изложенным установка РБСО на стенд осуществлялась по следующей методике.
1. Стенд устанавливался в нулевое положение по углам тангажа и крена.
2. РБСО перемещалась с помощью регулировочных подкладок таким образом, чтобы показания РБСО по углам тангажа были максимально приближены показаниям стенда. С учетом уровня шумового сигнала РБСО удалось обеспечить погрешность выставки по углам ДО, Ду не хуже 0,5°.
3. Так как в выходных сигналах РБСО отсутствуют показания по углу курса, погрешность выставки Ду по этому углу осуществлялась по следующему алгоритму:
- РБСО поворачивалась относительно оси OYC с целью уменьшения угла Ду;
- стенд поворачивался на фиксированные значения углов крена и отслеживалось взаимовлияние показаний РБСО по каналам тангажа и крена;
- предыдущие операции повторялись до тех пор, пока не было достигнуто снижения взаимовлияния каналов.
В результате удалось обеспечить согласование ССК РБСО и стенда с погрешностью 0,5° по углам тангажа и крена, а по углу курса - менее 5°.
Анализ показывает, что из-за неточности выставки систематические погрешности измерений могут достигать 2°. При этом данную погрешность можно минимизировать путем добавления в РБСО канала курса, что легко реализуется на базе существующего измерительного модуля путем введения дополнительного электронно-измерительного блока.
Оценка погрешности РБСО по угловым скоростям
По результатам испытаний погрешность РБСО по каналам углов тангажа и крена составила 2°. при прямолинейном движении и до 3°. при маневрировании. Погрешность угловых скоростей курса, тангажа и крена составила 2 °/с и носит преимущественно шумовой характер. При этом в выходном сигнале РБСО (рис. 3) на начальном участке работы наблюдается изменение показаний угловой скорости по апериодическому закону с постоянной времени порядка 17 мин. Это объясняется температурным дрейфом микромеханических датчиков, связанным с прогревом измерительного модуля.
О 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Время регистрации, о
Рис. 3. Выходной сигнал РБСО по каналу угловой скорости
Точность системы по каналам угловых скоростей может быть повышена за счет введения температурной компенсации и цифровых фильтров, которые можно реализовать за счет вычислительных ресурсов РБСО.
Введение температурной компенсации позволит также повысить устойчивость РБСО к изменениям температуры окружающей среды в процессе эксплуатации.
При компенсации погрешности каналов угловых скоростей также уменьшатся погрешности каналов тангажа и крена.
Оценка перспективности дальнейших разработок Результаты испытаний показывают, что разработанная на кафедре ПУ РБСО работоспособна и устойчиво функционирует при длительных режимах эксплуатации. Погрешности измерения основных параметров могут быть улучшены при незначительных доработках измерительного блока. При этом конструкция корпуса РБСО (рис. 4) позволяет ввести дополнительный электронно-измерительный блок в состав РБСО.
Рис. 4. Конструкция РБСО: 1 - плата датчиков угловой скорости;
2 - корпус; 3 - дополнительный электронно-измерительный блок;
4 - дополнительные верхние стойки; 5 - основная плата;
6 - акселерометр; 7 - нижние стойки
Путем введения дополнительного блока представляется возможным расширить функциональные возможности РБСО, за счет добавления к выходным параметрам РБСО каналов курса, высоты и географических координат.
Таким образом, на базе существующего измерительного модуля возможно создание резервной навигационной системы (РНС). Вместе с тем, возможно дополнение РБСО автономным источником питания, обеспечив полную развязку системы от функциональных элементов ЛА, а также жидкокристаллическим дисплеем с местным пультом управления для более эффективной визуализации параметров движения ЛА и повышения эргономических характеристик системы.
Также возможно введение дополнительной энергонезависимой памяти, которая обеспечит регистрацию и хранение параметров движения ЛА для последующего анализа.
Таким образом, дальнейшая разработка РБСО является актуальной.
Заключение
Проведенные испытания РБСО в ФГУП «ГосНИИАС» показывают, что РБСО, разработанная на кафедре «Приборы управления», работоспособна и устойчиво функционирует при длительных режимах эксплуатации.
При незначительных доработках путем введения алгоритмов температурной компенсации возможно улучшение ее точностных характеристик.
В целом проведение дальнейших работ по созданию РБСО является оправданным и перспективным, так как представляется возможным создание полностью автономной РБСО, имеющей функции измерения угла кур-
са, высоты полета, линейных скоростей и ускорений ЛА; вычисления текущих географических координат ЛА; визуализации параметров движения ЛА; регистрации и хранения этих параметров.
Список литературы
1. Патент РФ 96235 на полезную модель. МПК7 001С21/16. Бесплатформенная инерциальная гировертикаль / А.П. Шведов, Ю.В. Иванов, В.Я. Распопов. Опубл. 20.07.2010. Бюл. № 22.
2. Распопов В.Я. Информационно-измерительные микросистемы для подвижных объектов / В.Я. Распопов [и др.] // Нано- и микросистемная техника. 2010. №1. С. 27 - 34.
V.Ya. Raspopov, P.P. Paramonov, \Yu.I. Sabo\ A.A. Shukalov, A.P, A.P. Shvedov
THE ANALIS OF RESERVE STRAPDOWN ORIENTETION SYSTEM TEST REZULTS This article is devoted to reserve strapdown orientation system test results which is developed by Control devises department of TSU. Moreover, this article includes describing of perspective development reserve system based on the created measure module.
Key word: reserve strapdown orientation system, micromechanical gyroscopes.
Получено 3.12.12
УДК 531.383
Е.С. Козлова, канд. техн. наук, доц., (4872) 36-45-66, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
С.В.Рогов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-19-59, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИРОКООРДИНАТОРА
Получены дифференциальные уравнения движения гирокоординатора, вращающегося по крену снаряда, позволяющие оценить точность его работы не только при действии внешних возмущений, но и при маневре объекта.
Ключевые слова: трехстепенной астатический гироскоп, карданные углы, погрешность гирокординатора, маневр объекта.
Гирокординатор используется на вращающемся снаряде в качестве раскладчика команд. Основой его конструкции является трехстепенной астатический гироскоп. Исследование гироскопических систем ведется на базе дифференциальных уравнений различного вида [1], в которых в качестве переменных выбраны карданные углы. Применительно к техническим гироскопам обычно используются прецессионные уравнения вида
