Научная статья на тему 'Исследование влияния электроприводов на динамику системы стабилизации и наведения'

Исследование влияния электроприводов на динамику системы стабилизации и наведения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
312
115
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАВЕДЕНИЕ / СТАБИЛИЗАЦИЯ / ГИРОСКОП / ЭЛЕКТРОПРИВОД / GUIDANCE / GVROSCOPE / STABILIZATION / ELECTRICDRIVE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Кожеуров Максим Александрович, Родионов Владимир Иванович

Рассмотрена динамика двухосной гироскопической системы стабилизации и наведения оптической линии визирования с учетом электромагнитных процессов, протекающих в электроприводах постоянного и переменного тока.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Кожеуров Максим Александрович, Родионов Владимир Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE investigation of electric drives influence on guidance and stabilization system dynamic

The dvnamic of biaxial gvroscopic optical line of sight stabilization and guidance svstem with a glance of electromagnetic processes taking place in DC and AC electric drives is examined.

Текст научной работы на тему «Исследование влияния электроприводов на динамику системы стабилизации и наведения»

УДК 629.7.054

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ

М.А. Кожеуров, В.И. Родионов

Рассмотрена динамика двухосной гироскопической системы стабилизации и наведения оптической линии визирования с учетом электромагнитных процессов, протекающих в электроприводах постоянного и переменного тока.

Ключевые слова: наведение, стабилизация, гироскоп, электропривод.

Введение. Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ССиН) применяются в обзорно-прицельных комплексах на морских, воздушных и сухопутных подвижных объектах. Они служат для стабилизации качки основания и наведения оптической линии визирования (ОЛВ), а также для получения информации о параметрах движения ОЛВ. В качестве полезной нагрузки в ССиН используются оптические и тепло-визионные камеры, лазеры, а также отдельные элементы этих приборов: зеркала, линзы, клинья. Для стабилизации ОЛВ на летательных аппаратах (ЛА) применяют электрические приводы (ЭП), осуществляющие движение рам карданова подвеса, в котором установлен оптический прибор (ОП), относительно корпуса ЛА, таким образом, чтобы угловое положение ОЛВ воспроизводило направление задающей линии визирования (ЗЛВ). Для измерения абсолютных угловых скоростей и углов поворота ОЛВ в контурах обратных связей ССиН используются гироскопические датчики угловых скоростей (ДУС).

Как информационно-измерительная система ССиН выполняет две функции: моделирует систему координат, связанную с ОЛВ, и измеряет пеленг ОЛВ относительно корпуса ЛА. От погрешности определения выходной информации в виде углов и угловых скоростей пеленга ОЛВ в значительной мере зависит точность всего обзорно-прицельного комплекса.

Математическая модель ССиН

Рассмотрим двухосную ССиН, уравнения движения которой по азимутальной оси имеют следующий вид [1]:

(JT1 + JT2 cos2 j + Jx2 sin2 j)+ bdTT - H cos j - М = Mb + Mn;

dt dt dt

r d S j d S da a ч /1Ч

Js—^ + bs-+ ks = - H (Wny +--wS); (1)

s dt2 s dt s v ш dt 4 h w

М = F3U (u); u = ws- Waa;

a= (j - jA)C0Sj

где /У1, Зу 2., Зх 2 - моменты инерции наружной рамки и платформы с ОП вокруг осей ОУ1 и ОУ2 ,ОХ2; Ь - момент инерции и коэффициент вязкого трения по оси ОУ\; а, а- отклонение ОЛВ от ЗЛВ и угол прецессии гироскопа ДУС; Н, З0, Ьа,, ка - кинетический момент, момент инерции, коэффициенты вязкого трения и жесткость пружины ДУС; - абсолютная угловая скорость вокруг ЗЛВ; Мв, Мд - возмущающие моменты, зависящие от расположения карданова подвеса и выходной переменной уравнений движения; М, и - момент и напряжение управления ЭП; FЭП (и) - функция ЭД по моменту; №а,Жа- передаточные функции контуров, ДУС и оптико-электронного датчика положения ОЛВ.

Особенностью ССиН является то, что в каждом канале существует два контура регулирования: внутренний (контур ДУС) и внешний (контур наведения), которые работают на один общий ЭП.

Для ЭП с двигателем постоянного тока независимого возбуждения, работающего в режиме датчика момента. Уравнения, определяющие передаточную функцию ^зд (и), можно записать в виде:

Т Ж!^ К - _ . + 1я - ия _ СЕ '

ия - кК [Тк (и _ кЪя ) + I(и _ кЪя ; (2)

М - См ¡Я ,

где ТЯ, ЯЯ - индуктивность и активное сопротивление якорной обмотки; ¡Я, и я , се - ток, напряжение и коэффициент противо-ЭДС; — - коэффициент обратной связи ЭП по току; ТК, -к - постоянная времени и коэффициент усиления корректирующего звена.

Для ЭП с трехфазным асинхронным датчиком момента динамические уравнения имеют следующий вид:

лИ к

щт,-^+¡х)_-_ыПу -К¥(¥ -Ух);

Ш ТК

Т^Ъъ + Я / + ют [ + -2 - и ;

7. о! оХ 7. КХ 7

ш ш

ЛУ

ТК Т +Укх — ; (3)

ш

со- 2 +-—; М - 1,52-У гу

ж Ух у,

где У ,УКХ- заданное и текущее потокосцеплени е р отора; ¡зг,¡оХ - проекции тока статора во вращающейся с угловой скоростью ю системе координат; 7 - Т / Я; ТК - ЬК / ЯК - электромагнитные постоянные времени ста-

127

тора и ротора; Я = Я8 + к2Як; Ь = Ь5-к2ЬК; к = 1т/ ЯК,ЬК- активное сопритивление и индуктивность статора и ротора; Ьт2 - взаимная индуктивность; г - число пар полюсов статора;

Уравнения (1) - (3) учитывают электромагнитные процессы, протекающие в двигателях постоянного и переменного тока и механические процессы в ДУС. Выражения для моментов, действующих по азимутальной оси наведения, имеют следующий вид [2]:

(¡СО,

Мв~- Сл + 3Х2 )Нг 81П % + (^лг - С°ОХ 81П VК - <*>аг (рА ) *

ш

1Г /г г 2 г 2 \,^С0ОУ ^СОс .

где со4 = соох

COS (рх

-(О,

sin (рА

oz

dt dt

переносная составляющая качки JIA.

COS (ръ COS (ръ

Исследование динамики ССиН. В переходном режиме анализ динамики ССиН можно проводить при постоянных углах пеленга (рх, (ръ.

Тогда в режиме стабилизации {Wa = 0 ? ]¥а=ка+кИ/р , М * = const), упрощенная зависимость для погрешности а имеет следующий вид:

а = ТТъ-Ъ " + '

и г эп

где

К УС2С 2С 2С

сс = arctg(yc/Xc);

2 \[ ВД V 1

В режиме наведения (Wa=ka ,Wa=ka ,¿у^, = comf)

к К

COS^B

а =--

+ sin(vHi-eH )]£»*,

где

. kkTJK0 cosc?B ккг1, 4 = g ° ; £H = arc/g-

kakrK0cos<pB

1-24

KkTKocos<PB

На рис. 1 приведены графики вынужденного движения ССиН по переменным Мв, Ру, а, полученные моделированием уравнений (1) - (3) при качке ЛА и движении ЗЛВ с угловыми скоростями:

аОХ = 0,628СОБ 6,28?, аОГ = аог = 0,314СОБ 3,14 ?,

(йш = сош = 0,34Б1И 0,5?. (4)

В процессе моделирования в среде Ма1;ЬаЬ были приняты следующие численные значения параметров ССиН: ТГ=0,00316с, ТЭП=0,002с, ТП =

10с, 2ХТГ =0,0025с, Н =0,0025кгм2с-1, кГ =0, 025с, кП = 333 (Нмс)-1, К0 = 4,33 (Вс)-1, ка = 5000 В / рад, ка = 50000 В/рад.

_4.1_I_I_I_I_I_

0 2 4 6 8 10 12

С

Рис. 1. Графики вынужденного движения ССиН: 1 - фв; 2 - ру; 3 - Мв; 4 - а

Анализ графиков показывает, что погрешность а представляет собой сумму гармонических составляющих, вызванных угловой скоростью ЗЛВ и проекциями качки ЛА. Причем погрешность от качки увеличивается с увеличением проекции пеленга ЗЛВ по углу места и достигает 1 угл. мин., в то время, как максимальная погрешность от наведения ОЛВ с угловой скоростью 0,34 рад/с достигает 3 угл. мин.

Повысить точность наведения позволяет динамическая коррекция ИИССиН, использующая метод подчиненного управления [3] с пропорционально-интегральными регуляторами и метод косвенного измерения задающего воздействия [4]. На рис.2 приведен график вынужденного движения скорректированной ССиН.

Из графиков видно, что значение динамической погрешности ССиН в установившемся режиме наведения ОЛВ не превышает 0,1 угл. мин. при тех же воздействиях и значениях параметров ССиН.

129

0.4

alfa, угл. мин

М, Нм

От, 0.2

рад/с

-0.4

-0.6

О

2

4

6

8

10

12

t С

Рис. 2. Графики вынужденного движения скорректированной ССиН: 1 - cûy2 (t) ; 2 - М(t); 3 - a(t)

Заключение. На примере азимутального канала ССиН проведено исследование абсолютных угловых скоростей, углов пеленга и погрешностей стабилизации и наведения ОЛВ с учетом электромагнитных процессов, протекающих в электроприводах постоянного и переменного тока.

С учетом процессов в электроприводах проведен синтез корректирующих устройств и анализ динамики ССиН с подчиненным регулированием и косвенным измерением задающего воздействия, позволяющий повысить точность наведения ОЛВ до 0,5 угл.мин.

1. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации и управления. Тула:ТулГУ, 2000. 192 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Родионов В.И. Анализ и синтез управляемого гиростабилизатора при переменных углах пеленга летательного аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2005 №3. С. 2 - 6.

3. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Система стабилизации и наведения с подчиненным регулированием // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 8: в 2-х ч. Ч.2.Тула: Изд-во ТулГУ, 2015.

4. Кожеуров М.А., Михед А.Д., Родионов В.И. К вопросу повышения точности информационно-измерительных систем стабилизации и наведения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Ч. 2.Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 210 - 214.

Кожеуров Максим Александрович, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Список литературы

Информационно-измерительные и управляющие системы подвижных объектов

Родионов Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE INVESTIGA TION OF ELECTRIC DRIVES INFL UENCE ON G UIDANCE AND STABILIZATION SYSTEM DYNAMIC

M.A. Kozheurov, V.I. Rodionov

The dynamic of biaxial gyroscopic optical line of sight stabilization and guidance system with a glance of electromagnetic processes taking place in DC and AC electric drives is examined.

Key words: guidance, gyroscope, stabilization, electric drive.

Kozheurov Maksim Aleksandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University.

Rodionov Vladimir Ivanovich, doctor of technical science, professor, tgupu@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.