CC BY
20
Смирнов Владимир Александрович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MATHEMATICAL MODEL OUTPUT SIGNALS EQUIPMENT SNS, PART OF THE OPEN AND LOOSELY COUPLED INERTIAL-SA TELLITE NAVIGATION SYSTEMS
V. V. Savelyev, M.B. Bogdanov, A. V. Prohortsov, V.A. Smirnov
The analytical dependence of the output signals of the SNS devices that can be used for modeling the inertial-satellite navigation systems based on open and loosely interconnecting circuits.
Key words: receiving equipment, inertial-satellite navigation system, aggregation.
Saveliev Valery Viktorovich, doctor of technical science, professor, head of departa-ment, pproxavarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Bogdanov Maxim Borisovich, candidate of technical science, docent, bmb 75a rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Prohortsov Alexey Vjacheslavovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Smirnov Vladimir Alexandrovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russian Tula, Tula State University
УДК 531.383
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
УСКОРЕНИЙ
В.В. Кулешов
В работе рассматривается преобразователь ускорений, работающее в автоколебательном режиме. Получены аналитические зависимости позволяющие реализовать расширение полосы пропускания и повысить точность.
Ключевые слова: апертурная ошибка, временной интервал, передаточная функция, автоколебательный режим.
Известны преобразователи ускорений, содержащие инерционную масс, датчик угла, усилитель, датчик момента и отрицательную обратную связь [1, 2]. Точность работы существующих преобразователей механических величин компенсационного типа (акселерометров, датчиков угловой скорости) определяется точностью работы интегрирующих аналоговых усилителей и порогового элемента. Кроме того, точность зависит от параметров схемы электронного ключа, осуществляющего выборку информа-
160
ции и основная погрешность устройства будет связана с конечностью времени заряда конденсатора интегрирующего усилителя. Эта погрешность приводит к апертурной ошибке свойственной схеме выборки и обработки информации. Точность преобразователя ускорений можно повысить структурными методами - путем введения в устройство корректирующих звеньев [3]. Недостатком метода является малая полоса пропускания и коэффициент усиления по разомкнутому контуру, определяющий погрешность устройства в установившемся режиме [4]. Повысить точность компенсационных устройств можно путем реализации их работы в автоколебательном режиме [5, 6].
Целью настоящей работы является повышение точности и расширения полосы пропускания преобразователя ускорений.
Оценим динамику преобразователя ускорений, работающего в автоколебательном режиме, с помощью структурной схемы (рис. 1).
Передаточная функция чувствительного элемента преобразователя ускорений
---,
* 1)
где К - коэффициент передачи; Т - постоянная времени; 5 - преобразователь Лапласа.
Для расширения полосы пропускания в преобразователь ускорений введены регулятор с передаточной функцией
где КI - коэффициент передачи интегратора; Тх — —-, К2 - коэффициент
К2
передачи прямой ветви регулятора и релейный элемент.
Рис. 1. Структурная схема преобразователя ускорений
161
Преобразователь ускорений, содержащий релейный элемент, управление которым осуществляется сигналом цепи обратной связи, имеет ограниченную частоту переключения ю (автоколебания), которая определяется при заданных значениях фазы - р, относительного коэффициента демпфирования - е' и постоянной времени - Та по формуле
2 • Т е
( = атег^ а2 а . (1)
1- Та аа
Устойчивые автоколебания в преобразователе ускорений возникают при условии, что фаза релейного элемента рн больше изменения фазы линейного звена рл, вызванного разбросом параметров в преобразователе ускорений, и это условие можно записать в виде:
Рн > (л. (2)
Задаваясь фазой релейного элемента рн =-100 определим по формуле (1) частоту устойчивых автоколебаний в преобразователе ускорений при параметрах: еа =2, Та =0.2 с.
После подстановки параметров преобразователя ускорений получим уравнение позволяющее определить частоту автоколебаний:
( 180°-10°)= 2•2•0,2•а . (3)
1 - 0.04 •а2
Частота автоколебаний Ю, полученная из уравнения (3), равна Ю=111 с-1 ( / =17,7 Гц).
Параметры релейного элемента преобразователя ускорений связаны с амплитудой входного сигнала устройства зависимостью
а=$ш(р н), (4)
где а - пороговое значение релейного элемента с зоной нечувствительности; Ж - амплитуда входного сигнала (ускорения).
Так как в преобразователе ускорений предусмотрена импульсная синхронизация, то порог, определяемый квадратурной составляющей, будет равен 2-10"^ [3].
Амплитуда минимального входного сигнала из (4) определяется
как:
Ж = . а ч = 5,88• а = 2-10-4 g•5,88= 1,17б^10-^.
Бтрн)
Коэффициент передачи Кп преобразователя ускорений можно оп-
Ж
ределить как: тх , где Жтах - максимальное измеряемое ускорение (Ж = 1^). После подставки Ж получим значение коэффициента передачи равное
К = (1/6)? = 0,14-104.
п —А 1,176 -10 4 #
Передаточная функция преобразователя ускорений на частотах 2 - е
ю >___имеет вид
tg (Фн - Т)
Ж.
Ж
- этФ + Фэке) - е-2 Р-Тэкв-5 = Жл (з) - Жн (з), (5)
х(п +1)-Тл -х(п)-Тл где Тэкв =-^-—; з - преобразование Лапласа; Т^^- время
дискретизации; х(п+1) и х(п) - значение информации соответственно в первом (19) и во втором (20) регистре стека; фэкв = аг^(Тэкв - ю).
В полученной зависимости (5) изменяя параметры ф и Т ,за
У 7 Г- Г- т экв экв
счет введения тригггера и сумматоров, можно увеличить частоту автоколебаний, коэффициент передачи по разомкнутому контуру Кп и расширить
полосу пропускания.
Увеличение частоты переключения релейного элемента в преобразователе ускорений достигается за счет введения на вход релейного элемента, включенного в цепь обратной связи, основного сигнала и разностного сигнала. Введение двух сигналов на вход релейного элемента позволяет осуществить работу устройства для измерения ускорений на подъеме фазовой характеристики, и при заданных значениях Тэкв и фэкв частота переключения релейного элемента будет определяться из соотношения
Ф + Ф'экв +Ф рэ = -1800,
Ф экв - фаза релейного элемента.
За счет разностного сигнала происходит переключение релейного элемента еще до того, как отклонение чувствительного элемента стало равным нулю. При этом этот сигнал подбирается, таким образом, и переключение прецезионого релейного элемента происходит в такой момент времени, что чувствительный элемент, продолжая двигаться по инерции достигает исходного положения при значение разностного сигнала равным нулю.
Введение двух сигналов на вход релейного элемента позволяет увеличить частоту переключения (автоколебаний), расширить полосу пропускания, увеличить быстродействие и коэффициент передачи по разомкнутому контуру.
Практическая схема реализации преобразователя ускорений на рис.2 [7].
В приведенной схеме реализации преобразователя ускорений использованы следующие обозначения: 1 - чуствительный элемент; 2 - датчик угла; 3 - генератор опорного напряжения; 4, 26 - усилитель; 5, 6 -логические элементы; 7 - схема-ИЛИ; 8, 19, 23 - релейный элемент, 9, 11, 14 - фильтр; 10, 13, 15 - сумматор; 12, 24 - преобразователь; 16 - генератор стабильной частоты; 17 - схема синхронизации; 18 - генератор пилы; 20, 21
- ждущие синхронные генераторы; 22 - Я8-триггер; 25 - мостовая схема; 27
- датчик момента; 28, 29 - схемы совпадения; 30 - реверсивный двоичный счетчик; 31 - итоговый регистр.
Рис. 2. Функциональная схема преобразователя ускорений
Полученные результаты могут быть использованы при проектировании измерительных устройств компенсационного типа для систем стабилизации, и навигации.
Список литературы
1. А.с. №742801 СССР. Акселерометр /А.Г. Бурик, Ю.Я. Никулин // Б.И.1980 1980, № 23.
2. Низкочастотные линейные компенсационные акселерометры / В.В. Метальников, А.Н. Любезнов, В.Н. Колганов и др. // Приборы и системы управления. № 10. 1990. С. 21-22.
3. Структурный метод повышения точности маятникового компенсационного акселерометра / А.Г. Бурик // Изв. вузов Приборостроение. №3. 1981.С. 61-64.
4. Влияние корректирующих звеньев на параметры преобразователя ускорений / В.В. Кулешов, Е.Р. Кожурова // Оборонная техника. 1980. № 10-11. С. 35 - 36.
5. А.с. №167764 СССР. Гиротахометр / А.Н. Кутуров, А.Э. Кирмель Б.И.1991, №34.
6. О статической погрешности компенсационного акселерометра с импульсной обратной связью / А.И. Скалон // Изв. вузов Приборостроение. N 12. 1981. С. 41.
7. Пат. 2171995 РФ. Устройство для измерения ускорений / А.Н. Кутуров, В.В. Кулешов, 2002.
Кулешов Владимир Вениаминович, канд. техн. наук, доц., v47kuleshov@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE METHOD OF INCREASING THE ACCURACY OF THE ACCELERATION
TRANSDUCER
V. V. Kuleshov
This paper considers the acceleration transducer working in the auto-oscillatory regime. Analytical dependences allowing re-alizovat expansion of bandwidth and improve accuracy.
Key words: aperture error, the time interval, the transfer function, the avtokolebatel-
ny mode.
Kuleshov Vladimir Veniaminovich, candidate of tehnicale sciences, docent, v4 7kuleshov@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.586
ОБЗОР СОВРЕМЕННОЙ ПРИЕМНОЙ АППАРАТУРЫ СНС РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
H.A. Уварова, А.В. Прохорцов
В статье проведен обзор современной аппаратуры СНС российского производства, которая появилась на рынке за последние 3 года.
Ключевые слова: приемная аппаратура, спутниковые навигационные системы.
В настоящее время приемная аппаратура СНС широко применяется в навигации, геодезии, в аппаратуре для сверки шкал времени и т.д. [1-4].
Приемная аппаратура СНС производится различными фирмами по всему миру: FURUNO, KODEN Electronics, JAPAN RADIO в Японии, KONGSBERG SEATEX, SKIPPER ELECTRONICS, JOTRON в Норвегии, SAMYUNG ENC в Кореи, Transas Marine International, CONSILIUM MARINE & SAFETY в Швеции, IRIDIUM SATELLITE, NAUTEL, ACR ELECTRONICS, Hemisphere, Wireless Telecom Group в США, RAYTHEON ANSCHUTZ , Carl Zeiss Jena, Rohde & Schwarz GmbH & Co в Германии, Acnovo Limited в Гонконге, Ashtech S.A.S, DSNP во Франции, Garmin Corporation , GlobalTop Technology в Тайване, POINT, NovAtel Inc. в Канаде, Fugro Intersite B.V. в Нидерландах и т.д.
165
