Система стабилизации и наведения с подчиненным регулированием Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

8. Арсеньев В. А., Давыдов Ю.Т. Приемные устройства оптического диапазона. М.: Изд-во. МАИ, 1992.

Черняховский Денис Георгиевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

STUDY PHOTODETECTOR FIBER-OPTIC TRANSMISSION SYSTEMS

D.G. Chernyakhovsky

The calculation of the main parameters photodetector fiber optic transmission rates in the range of 1-10 Gb / s with a wavelength of 1.55 microns and study of the resulting circuit is considered.

Key words: optical fiber shedding communications line code, a light detector, PINphotodiode, avalanche photodiode.

Chernyakhovsky Denis Grigorevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University

УДК621.369

СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ С ПОДЧИНЕННЫМ

РЕГУЛИРОВАНИЕМ

М.А. Кожеуров, В. И. Родионов

Приведена структурная схема информационно-измерительной системы совмещающей функции стабилизации и наведения с подчиненным регулированием. Исследования проведены с учетом динамики гироскопов и электродинамических процессов, протекающих в электроприводах постоянного и переменного тока.

Ключевые слова: подчиненное регулирование, стабилизация, наведение

Совмещенные информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) оптической линии визирования (ОЛВ) представляют собой двухосные или трехосные гироскопические стабилизаторы ОЛВ,работающие в режиме наведения [1].

Современные требования, предъявляемые к гироскопическим стабилизаторам, приводят к необходимости повышения точности стабилизации ОЛВ в режиме наведения. В прецизионных электроприводах постоянного и переменного тока широкое применение находит метод подчиненного регулирования, позволяющий повысить точность отработки задающего сигнала с одновременной компенсацией возмущающего воздействия [2].

228

Отличительной особенностью ИИССиН является необходимость учета влияния динамики отдельных элементов (гироскопов и электропри-водовкарданова подвеса) на динамику всей системы. Для уменьшения этого влияния необходимо, чтобы собственные частоты элементов превышали частоты собственных колебанийконтуров стабилизации ИИССиН [3].

Структурная схема ИИССиН с подчиненным регулированием. Структурная схема азимутального канала наведения совмещенной ИИССиН с подчиненным регулированием приведена на рис. 1. Она отличается-от схем, приведенных в работе [4], тем что, в контуры стабилизации и наведения введены пропорциональные, интегральные и дифференциальные регуляторы (ПИД-регуляторы).

Рис. 1. Структурная схема азимутального канала ИИССиН с подчиненным регулированием

На рис. 1 введены следующие обозначения:

Р1, РБ - пропорционально-интегральный (ПИ) и пропорционально-дифференциальный (ПД) регуляторы внутреннего и наружного контуров

Тгр2 + 2ХТр +1

регулирования; Wк =

- передаточная функция корректи-

(Ткгр + 1У

рующего фильтра, уменьшающего влияние постоянной времени гироскопа ДУС (Т КГ » 0,1Тг).

В соответствии с методом подчиненного регулирования [2] передаточную функцию платформы как наиболее инерционного элемента охватываем обратной связью по абсолютной угловой скорости, измеряемой ДУС. При этом динамика гироскопического ДУС, включенного в обрат-

ную связь платформы, ограничивает коэффициент передачи прямой цепи контура регулирования скорости, что ограничивает его быстродействие и точность регулирования.

Выбираем передаточную функцию WpI, исходя из условия получения астатизма первого порядка в контуре ДУС:

к И1 _к И1(ТР1 р +1)

Wpj = к ni

Р Р

где Т р1 = —- постоянная времени ПИ-регулятора. к И1

Коэффициенты регулятора к ш и к ш выбираем из условия равенства постоянных времени регулятора и платформы (Т рх = Тш) в следующем виде:

к П1 = ТП1к И1.

С учетом этого передаточная функция разомкнутого внутреннего контура имеет вид

=_К вк_

'вк =-2,

р(ТэпР + 1)(Т кгР +1)2

WB

где K ВК = k И1к ДУСК 0cos j B.

Без учета малой постоянной времени корректирующего звена (Т кг - 0) передаточная функция замкнутого внутреннего контура регулирования принимает следующий вид:

ф — Y2 1/k ДУС

ФВК -

и а ТЭП Т01р 2 + Т01р +1 где и а - напряжение на выходе контура регулирования по а,

Т01 = 1/КВК .

При пропорциональном законе регулирования (Wa = к а) на частотах наведения V << 1/ Тэп передаточная функция разомкнутой ИИССиН по отклонению ОЛВ имеет вид

WНК = -тТ^, (1)

р(Т01р +1)

где КНК = к а /к ДУС.

Используя выражение (1), запишем передаточную функцию замкнутой ИИССиН по задающей угловой скорости в виде

Юу2 = 1

Ж р2+_1

К НК К НК

ф ю-—-г-1-. (2)

—лу Jk_ р 2 + ^ р + 1

Определяем коэффициент k a таким, чтобы переходная характеристика замкнутой ИИССиН была желаемой. В качестве желаемой выбираем

характеристику w (t) колебательного характера, настроенную на так на-

Y2

зываемый «технический оптимум» [2]. Для такой характеристики передаточная функция должна иметь следующий вид:

^Ж 1

ф Ж = -1-. (3)

wЛУ 2To22р 2 + 2T02р +1 Известно, что переходная характеристика ИИССиН с передаточной функцией (3) для параметров, приведенных в работе [3], будет иметь следующие показатели качества: перерегулирование - 4,3 %, время переходного процесса - 8,4To2 .

Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях знаменателей передаточных функций (2) и (3), получаем

k a = 0,5k дус /To2. (4)

Необходимо иметь в виду, что минимальное значение T02 не может превышать постоянную времени Toi внутреннего контура регулирования. При максимальном коэффициенте передачи T02 = Toi и время переходного процесса составляет

t J™ = 8,4/ Квк = 8,4/(k И1к дусК ocos j в).

Установившееся отклонение ОЛВ при ступенчатом задающем воз*

действии wлу = wлу • 1(t) определяем по формуле

*

1 • ^ w лу a уст = lim Р • Ф a--,

Р ® 0 р

где Ф a - передаточная функция по отклонению a замкнутой ИИССиН.

С учетом передаточной функции (1) передаточная функция замкнутой ИИССиН по отклонению имеет следующий вид:

= _ То1р +1

^у То1р 2 + p + K нк

Из передаточной функции (5) следует, что при постоянном управ*

ляющем воздействии wлу установившаяся погрешность регулирования определяется по формуле

* *

a уст =_wлу /K НК =_wлу k дус /ka.

С учетом зависимости (4) получаем

*

a уст =_2w лу Т02. (6)

Ф a =---. (5)

Из выражения (6) видно, что для того, чтобы получить установившееся отклонение ау^ = —2,9 10-4 рад (1 угл. мин) при наведении с угло-

*

вой скоростью wлу = 0,3 рад / с (18 град/с), необходимо иметь

—3 3 1

То2 = 4,8*10 c, которая достигается при kа / kдуС = 10 с- .

Для переходного процесса с минимальным временем регулирования

* *

аУСТ = —2wЛУ /КВК = —2wЛУ /(kИ1кДУСК0 cos jв). (7)

Таким образом, t пп и а уст в общем случае определяются желаемой постоянной времени Т02, однако из выражений (4) и (7) следует, что, в конечном счете, их значения ограничены постоянной времени внутреннего контура Т01 = 1/Kвк = 1/(кИ1кдусК0 cosФв), которая, в свою очередь, зависит от общего коэффициента передачи этого контура.

Влияние внутреннего контура на погрешность наведения ОЛВ можно ограничить, если использовать пропорционально-дифференциальный (ПД-регулятор) Wpd в контуре наведения по отклонению. Выбираем передаточную функцию WpD, исходя из условия получения астатизма первого порядка в виде

WPD = kП2 (TDр + 1) = kDP + kП2 ,

где Т d = —D— постоянная времени ПД-регулятора. k П 2

Для компенсации постоянной времени Т 01 выбираем Тd = Т 01. Тогда передаточная функция (1) разомкнутой ИИССиН имеет следующий вид:

Ww= WPDWHK = . (8)

P

Используя зависимость (8), получаем передаточные функции замкнутой ИИССиН по задающей угловой скорости и отклонению в виде

1 Т

Фю="--г ; Ф а =--—

где Т2 =

T2P + 1х" T2P +1 1 _ kДУС

к П2К НК к П2к а Таким образом, для ИИССиН с подчиненным регулированием вре-

_ 3к ДУС

мя переходного процесса 1 пп » ЗТ2 » ———, а установившееся значение

к П2к а

к ДУС т * а УСТ = -, , = - Т2 «ЛУ • (9)

к П 2к а

Из формулы (9) видно, что при параметрах, приведенных в работе [4], и подчиненном регулировании с ПД-регулятором можно получить установившееся отклонение ау^ = _2,9 10-4 рад (1 угл. мин) при наведе-

*

нии с постоянной угловой скоростью юлу = 0,3 рад /с (18 град/с).Для это-

_3

го необходимо иметь постоянную времени Т2 = 10 с.

На рис.2 приведены графики ю У2ОО, М(1;), а(^) вынужденного движения в режиме наведения ОЛВ, полученные для азимутального канала ИИССиН с параметрами, приведенными в работе [4].

Рис.2. Графики вынужденного движения ИИССиН в режиме наведения ОЛВ по азимутальному каналу: 1 - юУ2(1); 2 - М(1); 3 - а(1)

Анализ графиков показывает, что метод подчиненного регулирования одновременно уменьшает погрешности, вызванные задающим и возмущающим воздействиями. Из графиков видно, что основной составляющей погрешности а(1:) является отклонение ОЛВ, вызванное угловой скоростью наведения юУ2О1). Амплитуда этой погрешности составляет 0,5 угл. мин.

Список литературы

1. Родионов В.И. Опыт разработки управляемых гиростабилизато-ров. // Датчики и системы. 2006. Вып. 7. С. 51 - 56.

2. Боровиков М.А. Расчет быстродействующих систем автоматизированного электропривода и автоматики. Саратов: Изд-во Саратов .ун-та, 1980, 389 с.

3. Родионов В.И. Анализ и синтез управляемого гиростабилизатора при переменных углах пеленга летательного аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2005. Вып 3. С. 2 - 6.

4. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Влияние динамики гироскопа и электропривода на погрешность стабилизации систем наведения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 5. Ч. 2. С. 320 - 329.

Кожеуров Максим Александрович, асп., maxxomonte@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Родионов Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., tgupu'a yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

STABILIZATION AND INDUCTION SYSTEM WITH SUBORDINATE REGULATION

M.A. Kozheurov, V.I. Rodionov

Structural schemeof information - measuring system that combines functions of stabilization and induction with subordinate regulation are showed.Investigateshave beencar-riedat dynamics of gyroscopes and electrodynamic processes that occurin direct current and alternating current electric drives.

Key words: subordinate regulation,stabilization, induction.

Rodionov Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Kozheurov Maksim Aleksandrovich, postgraduate, tgupu'a yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.317.727.2

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

А.А. Выставкин

Подробно рассмотрен линейный потенциометр: его основные характеристики, электрическая схема, различные погрешности и зависимости. Также приведен пример расчета линейного потенциометра.

Ключевые слова: линейный потенциометр, обмотка, каркас, сопротивление потенциометра, напряжение.

С конца 19-го века и по настоящее время потенциометры применяются не только в качестве делителей напряжения, но и нашли широкое применение в измерительных приборах систем управления, например, в

234