Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Исследование автономной инерциальной навигационной системы и алгоритма самоорганизации

Покупка
Новинка
Артикул: 837009.01.99
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину
Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ является практическим руководством, предназначенным для самостоятельного овладения алгоритмическими методами коррекции инерциальных навигационных систем в автономном режиме. Коррекция осуществляется с помощью прогнозирующих моделей погрешностей навигационной системы, построенных алгоритмом самоорганизации. Изучение методов предполагается проводить с использованием исследовательского трехстепенного стенда и лабораторной базы научно-образовательного центра «Интеллектуальные системы». Учебно-методическое пособие предназначено для студентов Военного института и факультетов МГТУ им. Н.Э. Баумана, которые проходят обучение по системе опережающей подготовки специалистов для оборонно-промышленного комплекса России, а также по направлениям «Системы управления движением и навигации», «Управление в технических системах».
Исследование автономной инерциальной навигационной системы и алгоритма самоорганизации : учебно-методическое пособие / А. А. Александров, А. В. Ноздрачев, А. В. Пролетарский [и др.]. - Москва : Издательство МГТУ им. Баумана, 2018. - 40 с. - ISBN 978-5-7038-5416-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2160496 (дата обращения: 21.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Исследование автономной 
инерциальной навигационной 
системы и алгоритма  
самоорганизации 

Учебно-методическое пособие 

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

Серия: Образовательная система  
опережающей подготовки специалистов  
для оборонно-промышленного комплекса России

УДК 629.7.05
ББК 39.62
        И85

Издание доступно в электронном виде по адресу 
https://bmstu.press/catalog/item/6714/

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана 
в качестве учебно-методического пособия

Авторы:
А.А. Александров, А.В. Ноздрачев, А.В. Пролетарский,  
К.А. Неусыпин, М.С. Селезнева

Рецензенты:
д-р техн наук, профессор ФГУП «НПЦАП имени академика 
 Н.А. Пилюгина» В.М. Никифоров;
д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина» А.Е. Кузнецов

Исследование автономной инерциальной навигационной системы  
и алгоритма самоорганизации : учебно-методическое пособие /  
[А. А. Александров и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Бау- 
мана, 2018. — 34, [6] с. : ил. — (Образовательная система опережающей 
подготовки специалистов для оборонно-промышленного комплекса 
России).

ISBN 978-5-7038-5416-7

Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ 
является практическим руководством, предназначенным для самостоятельного овладения алгоритмическими методами коррекции инерциальных навигационных систем в автономном режиме. Коррекция осуществляется с помощью прогнозирующих моделей погрешностей 
навигационной системы, построенных алгоритмом самоорганизации. 
Изучение методов предполагается проводить с использованием исследовательского трехстепенного стенда и лабораторной базы научно- 
образовательного центра «Интеллектуальные системы».
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов Военного института и факультетов МГТУ им. Н.Э. Баумана, которые 
проходят обучение по системе опережающей подготовки специалистов 
для оборонно-промышленного комплекса России, а также по направлениям «Системы управления движением и навигации», «Управление 
в технических системах».
УДК 629.7.05
ББК 39.62

ISBN 978-5-7038-5416-7

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

И85

Введение

Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных 
работ используется для обучения студентов в рамках системы опережающей подготовки специалистов для оборонно-промышленного комплекса России. Поскольку при выполнении лабораторных 
работ предполагается глубокое проникновение в суть изучаемой 
системы, происходящих процессов и используемых алгоритмов,  
в учебно-методическом пособии дано подробное описание изучаемых систем, явлений, процессов и алгоритмов. Предусмотрено 
самостоятельное продолжение работ по совершенствованию объекта исследования. На основе изучения особенностей и недостатков 
исследованного объекта предполагается разработка способов их 
устранения, а также использование разработанных способов на 
предприятиях отрасли: например, синтез компактных алгоритмов 
самоорганизации с редуцированным критерием селекции и др.
Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных 
работ предназначено для студентов Военного института и различных факультетов МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Целью лабораторных работ является приобретение студентами 
навыков использования алгоритмических методов коррекции 
инерциальных навигационных систем (ИНС) в условиях отключения внешних источников информации.
При выполнении работ использован трехстепенной стенд  
с установленной на нем ИНС КИНДЗ4-059. Осуществляется исследование погрешностей ИНС, установленной на неподвижном 
основании, а также в условиях различных колебаний основания. 
Выходной сигнал ИНС, состоящий из ее погрешностей, обрабатывается с помощью алгоритма самоорганизации. На выходе алгоритма самоорганизации получаем модель погрешностей ИНС, которая 
используется для коррекции в выходном сигнале ИНС. Анализ 
построенных моделей погрешностей ИНС позволяет сделать выводы о точности коррекции выходной навигационной информации.
Результаты лабораторных работ оформляются в виде отчета, 
содержащего постановку задачи, описание решения и графические 
материалы.

Теоретический раздел

1. Инерциальная навигационная система

1.1. Прибор КИНД34-059 

В качестве примера рассмотрим характеристики прибора 
КИНД34-059.
Проектные точностные параметры углоизмерительных и акселерометрических каналов прибора КИНД34-059 указаны в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Наименование параметра и его обозначение
Допустимая  
величина

Углоизмерительные каналы

1. Цена единицы младшего разряда:

а) систематическое значение, КВi , дуг.с/бит
0,04 ± 0,008

б) отклонение систематического значения от паспортизованного, DКВi, %
±0,01

2. Систематическое значение нулевого сигнала:

а) не зависящего от перегрузки, о/ч, tВi
±0,5

б) пропорционального проекции перегрузки на ось 
чувствительности, о/ч при 1 g, rВi
±0,5

в) пропорционального проекции перегрузки:

2.1. на плоскость, ортогональную ОЧ, о/ч при 1 g, 
Bi
⊥
ε

2.2. на ось YВi , о/ч при 1 g, 
Bi
y
e

2.3. на ось ZВi , о/ч при 1 g, 
Bi
z
e

±0,5

±0,5

±0,5

г) пропорционального произведению проекций перегрузки:

2.4. на ОЧ и плоскость, ортогональную ОЧ, о/ч при 1 g, 
Bi
⊥
ν

2.5. на ОЧ и ось YВi , о/ч при 1 g, 
Bi
y
ν

2.6. на ОЧ и ось ZВi , о/ч при 1 g, 
Bi
z
ν

±0,3

±0,3

±0,3

Наименование параметра и его обозначение
Допустимая  
величина

3. Нестабильность нулевого сигнала в запуске:

а) при вертикальном положении оси чувствительности 
ВОГ, d(t+r)Вi, о/ч
0,03, не более

б) при горизонтальном положении оси чувствительности 
ВОГ, d(t+e)Вi, о/ч
0,03, не более

4. Отклонение систематического значения нулевого 
сигнала от паспортизованного:

а) не зависящего от перегрузки, DtВi, дуг.мин/мин
±0,05

б) пропорционального проекции перегрузки на ось 
чувствительности, дуг.мин/мин при 1 g, DrВi
±0,2

в) пропорционального проекции перегрузки:

4.1. на плоскость, ортогональную ОЧ, о/ч при 1 g, 
Bi
⊥
∆ε

4.2. на ось YBi, о/ч при 1 g, ∆ Bi
y
ε

4.3. на ось ZBi, о/ч при 1 g, 
Bi
z
∆ε

±0,2

±0,2

±0,2

г) пропорционального произведению проекций перегрузки:
4.4. на ОЧ и плоскость, ортогональную ОЧ, о/ч при 1 g, 

Bi
⊥
∆ν

4.5. на ОЧ и ось YBi, о/ч при 1 g, 
Bi
y
∆ν

4.6. на ОЧ и ось ZBi, о/ч при 1 g, ∆
Bi
z
ν

±0,15

±0,15

±0,15

5. Угол отклонения оси чувствительности ВОГ от положения оси чувствительности МА:

а) систематическое значение в запуске, дуг.мин, 
gВiy, gВiz
±30,0

б) изменение систематического значения от запуска  
к запуску, дуг.с, DgВiy, DgВiz
 ±20,0

6. Угол отклонения оси чувствительности ВОГ от ее 
номинального положения в ПСК:

а) систематическое значение в запуске, дуг.мин, 

ϑBi
y ,  ϑBi
z

±45,0

б) изменение систематического значения от запуска  

к запуску, дуг.с, ∆ϑBi
y ,  ∆ϑBi
z

 ±45,0

Продолжение табл. 1.1

Наименование параметра и его обозначение
Допустимая  
величина

7. Коэффициент cлучайного блуждания накопленного 

угла, ψВi, °
ч

0,005, не более

акселерометрические каналы

8. Цена единицы младшего разряда:

а) систематическое значение, м/с, Mаi
0,0005 ± 0,0001

б) отклонение систематического значения от паспортизованого, %, DMаi
±0,005

9. Смещение нуля АК:

а) систематическое значение, м/с2, tаi 
±0,1

б) отклонение систематического значения от паспортизованного, м/с2, Dtаi

±5 ⋅ 10–4

10. Нестабильность выходного сигнала в часовом запуске 
(при интервале осреднения 300 с)
при вертикальной ОЧ, δ τ
(
)
,
+ M ai  м/с2
4 ⋅ 10–4, не более

11. Угол отклонения оси чувствительности МА от ее 
номинального положения в ПСК:

а) систематическое значение, дуг.мин, aаi, bаi
±45,0

б) отклонение систематического значения от паспортизованного, дуг.с, Daаi, Dbаi
±45,0

Примечание. В таблице обозначено:
i = 1…4 – номер чувствительного элемента (ЧЭ).

Под углоизмерительным каналом далее понимается совокупность собственно волоконно-оптического гироскопа (ВОГ)  
и электроники, обеспечивающей функционирование этого ВОГ  
в режиме однокомпонентного датчика угловой скорости с цифровым выходом. Аналогично под акселерометрическим каналом 
понимается совокупность собственно акселерометра и электроники, обеспечивающей функционирование этого акселерометра  
в режиме однокомпонентного датчика кажущегося ускорения  
с цифровым выходом.
В соответствии с принятыми при разработке прибора принципами резервирования, обеспечивающими нормальное функционирование прибора при возможной единичной неисправности,  

Окончание табл. 1.1

в состав прибора входят следующие функциональные структуры 
и устройства:

 • четыре волоконно-оптических гироскопа;
 • четыре маятниковых кварцевых акселерометра (МА);
 • четыре гироканала (ГК1, ГК2, ГК3, ГК4), не имеющих внут- 
реннего резервирования и взаимной связи каналов;

 • четыре акселерометрических канала (АК1, АК2, АК3, АК4), 
не имеющих внутреннего резервирования и взаимной связи каналов;

 • два модуля обмена и управления (МОУ1 и МОУ2) с входящим 
в каждый из них спецвычислителем (СВ), также не имеющих 
внутреннего резервирования;

 • четыре опорных генератора (ОГ);
 • четыре вторичных источника питания (ВИП).
Все восемь ЧЭ устанавливаются на общем основании и образуют блок чувствительных элементов (БЧЭ), в котором обеспечивается жесткая высокостабильная взаимная привязка осей чувствительности ВОГ и МА.
Кинематическая схема бесплатформенный инерциальный 
блок(БИБ)-ВОГ, поясняющая номинальное расположение осей 
ВОГ и МА относительно приборной системы координат (ПСК) 
XПYПZП, материализуемой посадочными опорами корпуса прибора, представлена на рис. 1.
Введены вспомогательные оси В1–В3:
1) ось В1 — совпадает с осью ZП;
2) оси В2 и В3 лежат в плоскости, параллельной установочной 
и отклонены от оси В1 на ±120°;
3) ось чувствительности ВОГ1 (ХВ1) лежит в плоскости ОХПZП 
и отклонена от оси В1 на 20° в сторону положительного направления оси ХП;
4) ось чувствительности ВОГ2 (ХВ2) лежит в плоскости ОХПВ2 
и отклонена от оси В2 на 20° в сторону положительного направления оси ХП;
5) ось чувствительности ВОГ3 (ХВ3) лежит в плоскости ОХПВ3 
и отклонена от оси В3 на 20° в сторону положительного направления оси Х;
6) ось чувствительности ВОГ4 (ХВ4) направлена по оси ХП 
в отрицательном направлении.
Направления осей чувствительности акселерометров МА1…МА3 
(А1…А3) соответственно совпадают с направлением осей ХВ1…ХВ3. 
Направление оси чувствительности МА4 противоположно направлению оси ХВ4 (совпадает с направлением оси ХП). 

Рис. 1. Кинематическая схема прибора КИНД34-059

Рис. 2. Блок чувствительных элементов прибора КИНД34-059

Видно, что угловая скорость 
изделия вокруг оси YП воспри- 
нимается одновременно двумя  
ВОГ (2 и 3), вокруг оси ZП — 
тремя ВОГ (1, 2 и 3), а вокруг оси 
XП — всеми четырьмя ВОГ. Точно 
так же линейное ускорение изделия вдоль оси YП восприни- 
мается двумя МА (2 и 3), вдоль 
оси ZП — тремя МА (1, 2 и 3),  
а вдоль оси XП — всеми четырьмя 
МА. Выход из строя любого одного ВОГ и любого одного МА 
не снижает, таким образом, информационные возможности 
БИБ-ВОГ.
Разумеется, представленный выше вариант компоновки БЧЭ 
не является единственно возможным для реализации принципа 
«одной допустимой неисправности» (ОДН) и выбран в данном 
случае исходя из соображений максимальной компактности (при 
заданных габаритах ЧЭ и других входящих устройств), теплоизоляции и виброзащиты.

Рис. 3. Сборка ВОГ-МА 

Рис. 4. Вид прибора КИНД34-059 без кожуха

Основной деталью блока чувствительных элементов является 
основание в форме тетраэдра, на четырех гранях которого установлены волоконные кольцевые интерферометры — чувствительные 
элементы волоконных оптических гироскопов (ЧЭ ВОГ) и акселерометры. Боковые грани расположены под углом 20° к вертикальной оси основания (рис. 2). Сборка ВОГ-МА показана на рис. 3.
Расположение осей чувствительности четырех гироскопов, определяющих кинематическую схему прибора, выбрано таким, чтобы 
оси чувствительности любых трех гироскопов образовывали триады 
с равными трехгранными углами, что обеспечивает равнозначность 
любого отказа с точки зрения обеспечения равной точности при 
определении вектора скорости по трем измеренным проекциям. 
Равенство трехгранных углов обусловливает равенство углов между 
соответствующими осями в каждой триаде для всех возможных сочетаний.
Вид прибора со снятым кожухом показан на рис. 4.

1.2. Погрешности автономных навигационных систем

Погрешности ИНС можно разделить на два типа: методические 
и инструментальные.
Методические погрешности ИНС обусловлены способом проведения измерений. К ним обычно относят ошибки, вызываемые, 
например, неточным знанием структуры и параметров гравитационного поля Земли и количественных характеристик ее формы. 
Сюда же следует причислить погрешности, обусловленные упрощением алгоритмов. Обычно основная часть методических погрешностей успешно компенсируется.
К инструментальным ошибкам, возникающим вследствие погрешностей инерциальных датчиков и вычислительного устройства, 
относятся, например, случайный дрейф гироскопов, нестабильность масштабных коэффициентов датчиков момента гироскопов 
и акселерометров, погрешности передачи информации. Причиной 
ряда других ошибок служат конструкционно-технологические 
факторы: погрешности выполнения посадочных баз под инерциальные датчики, а также нестабильность взаимного положения 
этих баз вследствие деформации карданова подвеса в поле силы 
тяжести или старения материала подвеса. Последняя группа ошибок обусловлена погрешностями начальной выставки, состоящими из неточности внешней информации и ошибок устройств 
ввода данной информации в ИНС.

Доступ онлайн
600 ₽
В корзину