Система непосредственной гиростабилизации и наведения линии визирования перспективного универсального перископа

Размещено на http://www.allbest.ru/

СИСТЕМА НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ГИРОСТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО УНИВЕРСАЛЬНОГО ПЕРИСКОПА

А.А. СКВОРЦОВ,

В.П. СИДОРОВ

В связи с развитием оптической техники и, в частности, миниатюризации телекамер (ТК), лазерных дальномеров (ЛД), и тепловизионных приемников (ТВП) возникла необходимость модернизации как самого УП подводной лодки, так и его цифровой комбинированной с тремя ВОГ косвенной системы ГСНЛВ [2], с целью увеличения ее динамической точности во время воздействия качек и вибраций УП.

Предлагаемая работа посвящена рассмотрению высокоточной цифровой комбинированной непосредственной системы ГСНЛВ УП подводной лодки, в которой в отличие от системы [2] два ВОГ установлены непосредственно на стабилизируемой площадке с ТК и ЛД, а их сигналы в комбинации с информацией от НК обеспечивают высокую динамическую точность ГСНЛВ.

Описание структурной схемы алгоритма формирования сигналов в цифровой системе ГСНЛВ перископа

Устройство головной части УП показано на рис. 1, где: ГСП - гиростабилизированная площадка; ДУ - датчик угла; ЗТ - зеркало тепловизионное; КК - карданово кольцо; КП - корпус УП (головная часть).

На осях УП q, Дq, h, h_з установлены моментные двигатели МД-q, МД-Дq, МД-h, МД-h_з и датчики угла ДУ-q, ДУ-Дq, ДУ-h, ДУ-h_з соответственно.

Разработанная структурная схема алгоритма формирования сигналов в цифровой системе управления приводами системы ГСНЛВ перископа представлена на рис. 2. На этой схеме приведены 4 привода: q, Дq, h, h_з.

Привода Дq, h, h_з являются точными приводами, а привод q грубый, так как он преодолевает наибольшую нагрузку.

перископ цифровой гиростабилизация привод

Рис. 1. Схема расположения составных частей в головной части унифицированного перископа

Рис. 2. Структурная схема алгоритма формирования сигналов в цифровой системе ГСНЛВ УП

Система работает следующим образом.

Оператором задаются угловые скорости наведения по пеленгу и углу места стабилизированному , которые затем интегрируются для выработки углов h_c. Используя текущий курс корабля К, подаваемый из навигационного комплекса (НК), получаем курсовой угол стабилизированный .

Затем углы h_c, q_с вместе с углами качек ш, и_к, получаемыми от НК корабля, подаются на преобразователи координат ПК - h_к, ПК - q_к, ПК - ж, на выходе которых вырабатываются углы h_к, q_к, ж в соответствии с формулами [2].

Далее угол h_к сравнивается с углом h_ду (ДУ привода h) и их разность подается на сумматор через фильтр (Tp+1)^-1, где T - постоянная времени фильтра. На этот же сумматор подается после фильтра с передаточной функцией Т(Тр+1)^-1 разность задаваемой угловой скорости щ_ув и угловой скорости щ_уввг, вырабатываемой ВОГ- щ_ув, у которого ось чувствительности параллельна оси y_в.

Суммарный сигнал dh, представляющий собой погрешность привода по оси h с комбинированным управлением, поступает на вход усилителя У-h, подключенного к МД-h, который обеспечивает точную ГСНЛВ по оси h.

Точный привод зеркала h_з следит за точным приводом гиростабилизированной платформы h по итерационной схеме, в которой задающий сигнал 0, 5(h_ду+dh) сравнивается с сигналом h_дуз и их разностный сигнал dh_з поступает для отработки через У-h_з на МД-h_з.

Угол q_к сравнивается с углом q_ду (ДУ привода q) и их разность dq поступает через фильтр (Тр+1)^-1 на сумматор. На этот же сумматор подается после фильтрации с передаточной функцией Т(Тр+1)^-1 разность задаваемой угловой скорости щ_z и угловой скорости щ_zвг, вырабатываемой ВОГ-щ_zв с осью чувствительности, параллельной оси z_в, после прохождения ПК-щ_zвг.

Суммарный сигнал d(Дq), представляющий собой полную погрешность привода Дq, полученную с помощью комбинированного управления, поступает на вход У-Дq точного привода Дq, содержащего МД-Дq, который обеспечивает точную ГСНЛВ по оси Дq.

На усилитель У-q грубого привода по оси q поступает (в соответствии с итерационным принципом управления) суммарный сигнал Дq_?=Дq_ДУ+d(Дq), который отрабатывается с помощью МД-q.

Часть задач алгоритма формирования сигналов в цифровой системе ГСНЛВ перископа решается с помощью микроконтроллеров, расположенных внутри корпуса перископа, остальная часть задач решается с помощью специализированной ЦВМ, расположенной в посту корабля.

Уравнения движения и передаточные функции системы по оси h

(1)

где и - вращающий и возмущающий моменты МД-h;

- передаточная функция электрической обратной связи привода по оси h (ДУ-h, У-h, МД-h);

- погрешность гировертикали НК в плоскости визирования;

и - погрешность коэффициента передачи ВОГ и его дрейф;

- угол упругой деформации основания УВНЦУ.

Рис. 3 - Структурная схема комбинированной системы непосредственной ГСНЛВ по оси h (M_ОСТh вошел в состав M_Bh)

Отсюда получаем полное выражение для текущего абсолютного угла h:

, (2)

где - передаточная функция разомкнутой системы привода стабилизации и наведения по оси h.

При и выражение для максимальной динамической погрешности гиростабилизации оси визирования относительно оси h имеет вид:

, (3)

где - частота угловых вибраций УП.

Уравнения движения и формула погрешности по оси h₃

Уравнения движения привода h₃, работающего по итерационной схеме от привода h по сумме сигналов управления и , при нулевых начальных условиях можно представить в виде:

(4)

где - текущий угол места линии визирования зеркала;

, - вращающий и возмущающий моменты МД-h₃;

- передаточная функция электрической обратной связи привода по оси h₃ (ДУ-h₃, У-h₃, МД-h₃);

, - погрешность привода h₃ и стабилизации линии визирования зеркала.

Отсюда максимальную динамическую погрешность стабилизации линии визирования зеркала можно определить из выражения:

, (5)

Уравнения движения и передаточные функции по осям q и Дq

Рис. 4 - Блок-схема комбинированной системы непосредственной ГСНЛВ по осям Дq и q при h_C=h_K=0, q_C=q_K

(6)

где - текущий угол пеленга УП, равный абсолютному углу поворота ГСП;

- вращающий момент МД-Дq по оси Дq;

- передаточная функция ДУ-Дq, У-Дq, МД-Дq;

- управляющий сигнал комплексирования;

- погрешность комплексирования;

- относительные углы, снимаемые с ДУ-Дq и ДУ-q;

- погрешность НК по курсу;

- деформация корпуса и надстроек между НК и УП.

Рис. 5 - Структурная схема двухступенчатой комбинированной системы непосредственной ГСНЛВ по осям Дq и q

Из системы уравнений (6) или рис. 5 получаем полное выражение для текущего пеленга УП:

(7)

где - передаточная функция разомкнутой системы привода Дq.

При и выражение для максимальной динамической погрешности гиростабилизации оси визирования относительно оси Дq имеет вид:

, (8)

где - частота рыскания.

Выражение для максимальной динамической погрешности грубого привода q можно представить в виде:

, (9)

Заключение

В результате проведенных теоретических исследований и расчетов показано, что создание высокоточной безредукторной цифровой с комбинированным управлением (с использованием информации от НК и двух ВОГ) системы непосредственной (2 ВОГ установлены непосредственно на ГСП) ГСНЛВ перспективного УП, обладающего четырьмя осями (q, Дq, h, h₃), принципиально возможно.

Разработана (см. рисунок 2) структурная схема алгоритма формирования сигналов в цифровой системе управления приводами УП.

Для разработанной системы гиростабилизации УП достаточно использовать два ВОГ (а не 3шт., как в изделии [2])

Составлены уравнения движения и получены основные передаточные функции комбинированной системы непосредственной ГСНЛВ УП, в том числе - полные выражения для приборных угла места h и пеленга П_ГСП, а также для максимальных значений динамических погрешностей.

Проведенные расчеты и макетирование показали возможность получения максимальных динамических погрешностей при воздействии качек и угловых вибраций около 10”.

Литература

1.Бесекерский В.А., Динамический синтез систем гироскопической стабилизации // В.А. Бесекерский, Е.А. Фабрикант - Л., «Судостроение», 1968 г.

2.Гутнер И.Е. [и др.] Способ гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки и устройство для его осуществления. Патент на изобретение RU №2184938 С1, 2002.

3.Зворыкин Е.Н. Системы гиростабилизации и наведения на базе ВОГ // Зворыкин Е.Н., Орлов М.В., Свечинская Г.В. - СПб, Сб, Навигация и управление движением, 2000. - С. 38-43.

4.Ривкин С.С. «Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании» - М., «Наука», 1978 г.

Размещено на Allbest.ru