РАЗДЕЛ 2
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОРРЕКТИРУЕМОГО ГИРОКОМПАСА НА ОСНОВЕ ДНГ
КГК, построенный на основе ДНГ, представляет собой двухосный индикаторный гиростабилизатор (ГС), контуры управления которого придают ему функции гирокомпаса. Стабилизация платформы ГС вокруг третьей (главной) оси в различных конструкциях КГК осуществляется по разному - либо аналитически, с использованием дополнительного "восточного" индикатора горизонта - как в КГК "Яхта", SKR-82 [84], либо физически с помощью маятниковых грузов - как в КГК "Круиз" [113] или "Гюйс" [5]. Соответственно будут различаться и математические модели КГК.
Объектом исследований в данной работе является морской однороторный КГК "Круиз" разработки и производства КЗА им. Г.И.Петровского. На рис.2.1 показан базовый комплект КГК "Круиз", где 1 - центральный прибор, 2 - прибор управления.
Рис.2.1. Базовый комплект КГК "Круиз"
2.1. Устройство и принцип действия гирокомпаса, построенного на ДНГ
Функционально-кинематическая схема КГК "Круиз" представлена на рис.2.2. Основным элементом прибора является ДНГ, включающий в себя следующие основные узлы:
* электропривод 1, предназначенный для вращения ротора с упругим подвесом;
* ротор 2 с внутренним упругим кардановым подвесом, являющийся носителем кинетического момента;
* датчики угла 3, 4 индуктивного типа, предназначенные для измерения углов отклонения ротора гироскопа относительно корпуса вокруг каждой из двух взаимно перпендикулярных осей чувствительности;
* датчики момента 5, 6 электромагнитного типа, предназначенные для создания управляющих моментов, действующих на ротор гироскопа вокруг каждой из двух взаимно перпендикулярных осей чувствительности.
ДНГ и акселерометр 7 расположены на платформе 8, которая отслеживает в пространстве положение ротора гироскопа. Платформа установлена во внутренней 9 и наружной 10 рамах подвеса, обеспечивающих гироблоку три степени свободы относительно корпуса гирокомпаса. Стабилизация платформы по двум осям подвеса осуществляется моментными двигателями 11, 12, управляемыми через усилительно-преобразующие устройства (регуляторы) 13, 14 по сигналам соответствующих датчиков угла ДНГ. К внутренней раме подвеса крепятся два маятниковых груза 15, обеспечивающие маятниковую стабилизацию платформы относительно оси подвеса, совпадающей с осью вращения ротора гироскопа. Успокоение колебаний платформы осуществляется демпфером 16, расположенным в цапфах подвеса горизонтальной рамы.
Здесь - рис.2.2 с функционально-кинематической схемоц КГК "Круиз"
Наружная рама карданова подвеса отслеживает движение главной оси гироскопа в азимуте и является указателем меридиана; вращающийся трансформатор 17, расположенный на оси вращения наружной рамы, является датчиком угла курса, сигнал с которого используется авторулевым в автоматическом режиме управления судном [30]. На оси вращения наружной рамы закреплена также картушка (на рис.2.2 не показана), обеспечивающая визуальный отсчет значения текущего курса судна.
Для придания прибору свойств гирокомпаса и демпфирования его колебаний на датчики момента ДНГ через усилительно-преобразующие устройства 19,20 подаются управляющие сигналы, которые пропорциональны сигналу акселерометра, выполняющего функцию индикатора горизонта. Обеспечение положения равновесия главной оси гирокомпаса в направлении меридиана и в плоскости горизонта достигается за счет подачи на датчики момента ДНГ корректирующих сигналов, которые формируются устройством коррекции 18 на основе внешней информации о скорости судна и географической широте.
Существенным отличием исследуемого гирокомпаса, построенного на основе гиростабилизированной платформы с ДНГ, от широко используемых в настоящее время КГК с жидкостно-торсионным подвесом ЧЭ [39, 43, 66, 84] является разделение функций управления: моментные двигатели 11, 12 обеспечивают только согласование стабилизированного элемента (платформы) с ротором ДНГ, а датчики момента 5, 6 реализуют управление движением ротора ДНГ по сигналам акселерометра и его коррекцию от устройства коррекции. Такое разделение функций позволяет формировать намного меньшие по величине управляющие и корректирующие моменты гирокомпаса.
Другим существенным отличием исследуемого КГК на ДНГ, как видно из рис.2.2, является отличие кинематики карданова подвеса платформы с ЧЭ от традиционной для КГК с трехосным подвесом. В таких приборах элементом карданова подвеса, обеспечивающим маятниковую стабилизацию ЧЭ вокруг оси вращения ротора гироскопа, является внутренний подвес - платформа или гироблок [5, 43, 84]. В рассматриваемом гирокомпасе эту функцию выполняет горизонтальная рама с маятниковыми грузами, а сама гироплатформа является статически уравновешенной. Такая конструкция вызвана необходимостью обеспечения малых габаритов и низкого энергопотребления гирокомпаса, что в свою очередь предъявляет жесткие требования к габаритам и энергопотреблению основных исполнительных элементов - двигателей стабилизации, ограничивая тем самым мощность последних. При использовании кинематической схемы рис.2.2 двигатель стабилизации 12 работает в более щадящем режиме, так как поворачивает статически уравновешенную платформу (см. п.2.5).
Вследствие указанных отличий, в исследуемом гирокомпасе главная ось гироскопа совпадает в исходном положении с осью вращения горизонтальной рамы, а не платформы - как в традиционных схемах КГК.
2.2. Основные кинематические соотношения
Получим кинематические соотношения, определяющие положение в пространстве основных элементов подвеса гирокомпаса.
Введем географическую систему координат (???, направив ось (? на восток, (? - на север, ось (? - в зенит. С объектом свяжем систему координат (о?о?о?о, а с азимутальной рамой, горизонтальной рамой и платформой свяжем системы координат (*?1?1?1, (*?2?2?2, (*xПyПzП соответственно (см. рис.2.3), причем ось (*?1 направлена по оси подвеса азимутальной рамы, ось (*?2 - по оси подвеса горизонтальной рамы, ось (*xП - по оси подвеса платформы.
Вв
- Київ+380960830922