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

Гиростабилизированная платформа инерциальной навигационной системы И-11

Методические указания к выполнению лабораторной работы
Покупка
Новинка
Артикул: 837390.01.99
Доступ онлайн
480 ₽
В корзину
Даны сведения о конструкции, кинематической схеме, принципе действия и технических характеристиках гиростабилизированной платформы ПГ-1В. Приведены структурные схемы каналов стабилизации и управления гироплатформой, схемы функционирования преобразователя координат и усилителя арретирования. Даны описание конструкций, принципа действия и технические характеристики гироскопа ГПА-20 и датчика акселерометра ДА-1. Для студентов 4 и 5-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации».
Селиванова, Л. М. Гиростабилизированная платформа инерциальной навигационной системы И-11 : методические указания к выполнению лабораторной работы / Л. М. Селиванова, А. В. Быковский. - Москва : Издательство МГТУ им. Баумана, 2017. - 20 с. - ISBN 978-5-7038-4708-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2160933 (дата обращения: 15.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана

Л.М. Селиванова, А.В. Быковский

Гиростабилизированная платформа  

инерциальной навигационной системы И-11

Методические указания 

к выполнению лабораторной работы

УДК 629.7.054.07
ББК 39.57

    С29

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/177/book1672.html

Факультет «Информатика и системы управления»
Кафедра «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Рецензент 
д-р техн. наук профессор К.А. Неусыпин

Селиванова, Л.  М.

Гиростабилизированная платформа инерциальной навигационной системы И-11 : методические указания к выполнению лабораторной рабо- 
ты / Л. М. Селиванова, А. В. Быковский. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2017. — 16, [4] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4708-4

Даны сведения о конструкции, кинематической схеме, принципе действия и 
технических характеристиках гиростабилизированной платформы ПГ-1В. Приведены структурные схемы каналов стабилизации и управления гироплатформой, 
схемы функционирования преобразователя координат и усилителя арретирования. 
Даны описание конструкций, принципа действия и технические характеристики 
гироскопа ГПА-20 и датчика акселерометра ДА-1. 
Для студентов 4 и 5-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации».

УДК 629.7.054.07
                      ББК 39.57

ISBN 978-5-7038-4708-4

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 
© Оформление. Издательство 

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

С29

Предисловие

Инерциальные системы полуаналитического типа, используемые в авиации, предназначены для физического построения на борту летательного 
аппарата (ЛА) горизонтального сопровождающего трехгранника. Эта задача 
решается с помощью гиростабилизированной платформы с интегральной 
(шулеровской) коррекцией. Углы ориентации ЛА (тангаж и крен) измеряются датчиками углов, установленными по осям карданового подвеса гиростабилизированной платформы. Стабилизация и управление платформой 
осуществляется по показаниям чувствительных элементов навигационной 
системы — гироскопов и акселерометров. В настоящих методических указаниях рассмотрены принципы функционирования, конструкция и технические характеристики гиростабилизированной платформы (гироплатформы) 
ПГ-1В, гироскопа ГПА-20 и акселерометра ДА-1, входящих в состав инерциальной навигационной системы (ИНС) И-11. Представлены основные сведения о режимах стабилизации и управления гироплатформой.

Лабораторная работа «Гиростабилизированная платформа инерциальной 
навигационной системы И-11» включена в программу курса «Расчет и синтез 
инерциальных навигационных систем».
Цель работы — ознакомление с кинематической схемой и принципом 
действия гироплатформы ПГ-1В ИНС И-11; изучение особенностей функционирования гироплатформы ПГ-1В в режимах стабилизации и управления; 
ознакомление с конструкциями гироплатформы ПГ-1В, гироскопа ГПА-20 
и акселерометра ДА-1, входящих в состав ИНС И-11.
После выполнения лабораторной работы студенты смогут: обосновать 
принцип построения инерциальных навигационных систем полуаналитического типа с интегральной коррекцией; объяснить особенности конструкции трехосного индикаторного стабилизатора, включающего в свой состав 
два трехстепенных гироскопа; проиллюстрировать на лабораторном макете 
принципы стабилизации и управления гиростабилизированной платформой; 
объяснить особенности конструкции трехстепенного поплавкового астатического гироскопа ГПА-20 и маятникового поплавкового акселерометра ДА-1.

1. Кинематическая схема и принцип действия гироплатформы ПГ-1В  

инерциальной навигационной системы И-11

Гироплатформа ПГ-1В предназначена для стабилизации осей чувствительности акселерометров по осям горизонтального сопровождающего трехгранника, выдачи сигналов, пропорциональных углам отклонения объекта 
по гироскопическому курсу ψг, крену γ  и тангажу ϑ .

Кинематическая схема гироскопической платформы ПГ-1В приведена 
на рис. 1. Гироплатформа ПГ-1В представляет собой четырехрамочную гиростабилизированную платформу с двумя трехстепенными астатическими 
гироскопами.
Гироплатформа устанавливается на объекте так, что ось вращения Yн  
наружной рамы карданового подвеса 1, называемой рамой наружного крена, параллельна продольной оси самолета X с,  т. е. оси крена; ось враще- 
ния X  рамы 2, называемой тангажной, перпендикулярна оси Yн; ось вращения рамы внутреннего крена 3 параллельна оси Yн  рамы наружного крена, 
а ось вращения Z рамы курса 4 перпендикулярна осям X и Y. Углы поворота 
рам наружного крена и курса не ограничены. Углы поворота рам внутреннего 
крена и тангажа ограничены до 14 и 110° соответственно упорами, устанавливаемыми на тангажной раме и раме наружного крена.

На раме курса 4 (собственно стабилизированной платформе) закреплены 
три датчика акселерометров типа ДА-1 с ортогональными осями чувствительности АX, АY, АZ и два гироскопа ГПА-20 — M1, М2. Акселерометры АX 
и АY с горизонтальными осями чувствительности используются для решения 
навигационной задачи, т. е. для определения составляющих путевой скорости 
и координат местоположения, а акселерометр АZ служит только для выдачи 
сигналов, пропорциональных вертикальному ускорению.

Гироскопы являются чувствительными элементами систем стабилизации 
платформы по трем осям. Гироскоп М1, оси прецессии которого параллельны осям X и Z, а вектор кинетического момента H1 ориентирован по оси Y, 
называется условно «северным». Гироскоп М2 с осями прецессии, параллельными осям X и Z, и ориентацией вектора кинетического момента Н2 по оси Х 
называют «восточным».

Исполнительными элементами систем стабилизации платформы являются 
двигатели (Дв вн
γ
, Двϑ, Двψ),установленные на осях вращения рам внутреннего крена, тангажа и курса соответственно. Усилители систем стабилизации 
всех трех каналов расположены в специальном вычислительно-усилительном 
блоке, входящем в ИНС И-11.

 

Рис. 1. Кинематическая схема гироскопической платформы ПГ-1В

В соответствии с использованием трехстепенных гироскопов гироплатформа ПГ-1B является гиростабилизатором индикаторного типа. Принцип 
действия всех трех каналов стабилизации одинаков, поэтому рассмотрим его 
на примере канала курса. 
В работе каналов стабилизации можно выделить два режима: режим стабилизации и режим управления. В режиме стабилизации любое отклонение 
гироплатформы под действием возмущающих моментов M Z
в  относительно 
оси Z приводит к рассогласованию датчика угла ДУZ1, установленного на 
наружной оси карданова подвеса гироскопа M1, так как трехстепенный 
астатический гироскоп в соответствии с основным свойством сохраняет 
неизменным направление вектора H1 в пространстве. Выходной сигнал с 
датчика угла ДУZ1 через усилитель отработки канала курса (УОψ) поступает 
на обмотку управления двигателя Двψ,  который разворачивает платформу 
вокруг оси Z до обнуления выходного сигнала с ДУZ1.
В режиме управления на датчик момента ДМωZ, установленный на внутренней оси карданова подвеса гироскопа M1, непрерывно поступает электрический сигнал, пропорциональный заданной абсолютной угловой скорости вращения опорной системы координат вокруг оси Z.
Под действием момента, создаваемого датчиком момента ДМωZ, гироскоп 
M1 прецессирует вокруг оси своей наружной рамки, возникает рассогласование датчика угла ДУZ1, выходной сигнал с которого через усилитель УОψ 
поступает на двигатель Двψ,  разворачивающий платформу вокруг оси Z с 
требуемой скоростью (в установившемся режиме).
Для обеспечения стабилизации и управления относительно осей  X и Y 
при любых значениях угла ψг  используется преобразователь координат ПК, 
осуществляющий синусно-косинусное преобразование выходных сигналов 
датчиков углов ДУX и ДУY гироскопов М1 и М2 при изменении ориентации 
осей карданова подвеса платформы X и Y относительно стабилизированной 
платформы с гироскопами. 
Более точно преобразователь координат ПК можно определить как пре
образователь сигналов датчиков углов между координатными системами, т. е. 
между системой координат, связанной с рамой курса 4, на которой установлены гироскопы с датчиками углов ДУX и ДУY, и системой координат, связанной с рамами карданового подвеса, на котором установлены двигатели Двϑ  и 
Дв вн
γ
.  Преобразование осуществляется через синус и косинус гироскопического курса — угла поворота рамы курса 4 относительно карданового подвеса 
(корпуса гироплатформы). Преобразователь координат ПК представляет собой синусно-косинусный трансформатор (СКТ), статор которого укреплен 
на стабилизированной платформе, а ротор связан с рамой внутреннего крена зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1. Преобразованные 
сигналы с преобразователя координат ПК через усилители отработки УОϑ  и 
УО вн
γ
 попадают на двигатели стабилизации Двϑ  и Дв вн
γ
, установленные на 
соответствующих осях карданова подвеса.

Структурные схемы каналов стабилизации по осям ψг, ϑ  и γ вн представлены на рис. 2 и 3, где УПКX, УПКY — усилители преобразователя координат, 
ГСП — гиростабилизированная платформа. 

Рис. 2. Структурная схема канала стабилизации по оси ψ

Рис. 3. Структурные схемы каналов стабилизации по осям ϑ  и γ вн

Два трехстепенных гироскопа М1 и М2 в сумме обладают четырьмя осями 
чувствительности, что является избыточным для трехосного гиростабилизатора. Избыточность в канале курса используется для обеспечения перпендикулярности осей кинетических моментов гироскопов.
Для этого в ПГ-1B предусмотрена цепь электрического арретирования, 
структурная схема которой представлена на рис. 4. На вход усилителя отработки арретирования УОар подаются выходные сигналы с датчиков угла ДУZ 2 
и ДУZ 1 гироскопов М2 и M1. При 
наличии рассогласования выходной 
сигнал с усилителя УОар поступает на 
датчик момента ДМωZ 2, установленный на внутренней оси гироскопа М2, 
и гироскоп М2 прецессирует вокруг 
азимутальной оси, устраняя рассогласование. При этом перпендикулярность осей кинетических моментов 
обеспечивается даже при неточной работе системы стабилизации по оси  
курса. 

Применение дополнительной рамы — рамы наружного крена — в подвесе 
гироплатформы ПГ-IB обеспечивает работоспособность платформы при любых эволюциях самолета, исключая возможность «сложения рам», т. е. совмещения осей Х и Z. Следящая система (рис. 5) канала наружного крена, предназначенная для поддержания перпендикулярности осей X и Z, включает в себя  
датчик угла СКТγ вн (чувствительный элемент), усилитель УОγ нар и Двγ нар 
(исполнительный элемент).
Статор датчика угла СКТγ вн жестко связан с рамой тангажа, а ротор —  
с рамой внутреннего крена, так что выходной сигнал пропорционален углу 
γ вн отклонения от перпендикулярности осей X и Z. Для сохранения динами
Рис. 4. Структурная схема электрического арретирования осей кинетических 
                      моментов гироскопов

ческих характеристик следящей системы 
в усилителе отработки УО нар
γ
 предусмотрена автоматическая регулировка коэффициента усиления по закону 1/ cos ,
ϑ  так 
как при увеличении угла тангажа ϑ  при 
одном и том же угле γвн требуется больший угол отработки γнар. Сигнал, пропорциональный углу тангажа ϑ, поступает на 
усилитель УО нар
γ
 с СКТϑ. Если объект выполняет маневр типа «петля», то 
при переходе угла тангажа ϑ через значение 90° рама наружного крена автоматически разворачивается на 180°, что обеспечивает правильность отсчета 
углов курса и крена. Ускоренный поворот рамы обеспечивается введением 
в закон управления двигателя Дв нар
γ
 сигнала по производной от угла γ нар. 
Во всех трех каналах стабилизации  
г
вн
(
, ,
)
ψ
ϑ γ
и в следящей системе канала 
наружного крена γ нар  с целью увеличения вращающего момента и устранения люфта в редукторе используются по два исполнительных двигателя.
Информация об углах поворота объекта снимается с грубых и точных  
синусно-косинусных трансформаторов (СКТ), установленных на соответствующих осях карданова подвеса гироплатформы ПГ-1В.
С целью создания необходимых температурных условий для работы элементов гироплатформы в ПГ-1B предусмотрена система термостатирования, 
состоящая из четырех каналов: канала термостатирования гироскопа M1, канала термостатирования гироскопа М2, канала термостатирования корпуса и 
кожуха, канала форсированного обогрева корпуса и кожуха. Основными элементами первых трех каналов являются термодатчик, усилитель термостатирования, блок диодов и нагревательный элемент.
Работа системы термостатирования состоит в следующем. Сигналы термодатчиков после усиления в усилителе термостатирования управляют тиристорами блока диодов: при температуре ниже требуемой (большой сигнал 
термодатчика) тиристор открыт, при температуре, равной или выше требуемой (малый сигнал термодатчика), — закрыт. Включение и выключение нагревательных элементов, питание которых осуществляется через тиристоры, 
происходит одновременно с изменением состояния тиристора.
Для уменьшения времени обогрева на корпусе и кожухе гироплатформы 
установлены дополнительные нагревательные элементы, работающие ограниченное время. Эти нагревательные элементы, называемые форсированными, отключаются по команде с усилителя термостатирования при достижении корпусом температуры 46 ± 4 °С.
Для обеспечения требуемой точности измерения ускорений предусмотрен 
обогрев акселерометров. Нагревательные элементы этих приборов входят в 
группу элементов канала гироскопа M1 и отключаются при нагреве этого гироскопа до рабочей температуры.
Термодатчиками системы термостатирования являются термочувствительные мосты, два плеча которых (медное и константановое сопротивления) 
находятся на обогреваемом узле, а два других (обычные сопротивления) —  

Рис. 5. Структурная схема следящей 
системы канала наружного крена

в усилителе термостатирования, расположенном в вычислительно-усилительном блоке ВУБ-2В вне гироплатформы ПГ-1В.
При требуемой температуре мост сбалансирован и сигнал на выходе усилителя равен нулю; при температуре, не равной требуемой, равновесие моста 
нарушается и в усилитель поступает сигнал, пропорциональный отклонению 
температуры узла от требуемой.
Создание равномерного температурного поля внутри гироплатформы достигается установкой в ней вентилятора. Конструкция кожуха гироплатформы ПГ-1B предусматривает обдув платформы от воздушной сети самолета.

2. Конструкция гироплатформы ПГ-1В

При изучении конструкции гироплатформы используются макет ПГ-1Г  
со съемным кожухом и обозначенными элементами конструкции и кинематическая схема, приведенная на рис. 1.
В гироплатформе ПГ-1B выделяют следующие основные конструктивные 
узлы: основание (рама курса), рама наружного крена, кожух, общая сборка с 
узлом амортизации.
Узел основания (рамы курса) состоит из верхнего основания, нижнего 
фланца и соединительных деталей. Верхнее основание и нижний фланец 
установлены на внутренней оси центрального коллектора и закреплены гайками. Внутренняя ось подвешена в наружной оси центрального коллектора, 
закрепленной на фланце рамы внутреннего крена, на четырех шарикоподшипниках, обеспечивающих вращение рамы курса относительно рамы внутреннего крена.
Узел центрального коллектора (на макете ПГ-1Г не виден) предназначен 
для осуществления электрической связи между рамами курса и внутреннего 
крена, состоит из 64 колец, смонтированных на внутренней оси, и трех блоков щеток, закрепленных под углом 120° друг к другу на фланце. Для предохранения колец и щеток от повреждения узел коллектора закрыт щитками.
На внешней стороне верхнего основания платформы установлен гироскоп ГПА-20 (M1, см. рис. 1) и наклеены два отеплителя, на внутренней — 
три датчика акселерометра ДА-1, плата с двумя двигателями ДМ-0,4 (двигателями разгрузки по курсу) и редукторами с передаточным отношением  
i =100, усилитель преобразователя координат УПК и плата с тремя СКТ.
Два датчика типа СКТ-225-2Д используются в качестве преобразо- 
вателя координат ПК (см. рис. 1) и датчика грубого отсчета угла курса,  
а третий — типа СКТ-220-1Д — в качестве датчика точного отсчета угла ψг . 
Статоры всех СКТ связаны с рамой курса, а роторы — зубчатой передачей с  
рамой внутреннего крена с передаточным отношением i =1 для СКТ-225-2Д  
и i =32 для СКТ-220-1Д.
На нижнем фланце основания платформы установлен второй гироскоп 
ГПА-20 (М2, см. рис. 1).
Датчики акселерометров ДА-1 и гироскопы ГПА-20 выставляются с требуемой точностью по базовым поверхностям, которые имеются на верхнем 
основании и нижнем фланце.

Узел основания (рамы курса) смонтирован в узле рамы наружного крена.
Узел рамы наружного крена (карданова подвеса) включает в себя рамы 
внутреннего крена, тангажа и наружного крена.
Рама внутреннего крена подвешена в раме тангажа на двух шарикоподшипниках, размещенных в ее фланцах. На оси подвеса рамы внутреннего 
крена закреплен статор датчика угла γвн  типа СКТ-265Д, ротор которого установлен на раме тангажа. На этой же раме установлены два двигателя 
ДМ-0,4 (двигатели разгрузки по внутреннему крену) с редукторами (i =100), 
выходные трибки которых введены в зацепление с зубчатым колесом рамы 
внутреннего крена. Угол поворота рамы внутреннего крена ограничен до значения 14° упорами, закрепленными на раме тангажа. Для электрической связи рам внутреннего крена и тангажа используются гибкие жгуты, имеющие 
благодаря специальной распайке очень малый момент тяжения.
Рама тангажа подвешена в раме наружного крена на четырех шарикоподшипниках, размещенных во фланцах. Угол поворота рамы тангажа ограничен до значения 110° упорами, установленными на раме наружного крена. 
На приливах рамы наружного крена укреплены два двигателя ДМ-0,4 (двигатели разгрузки по тангажу) с редукторами (i =100). Выходные трибки редукторов введены в зацепление с шестернями тангажной рамы. Во фланцах 
рамы наружного крена установлены роторы датчиков угла тангажа СКТ-265Д 
(грубый отсчет) и СКТ 646 5Д (точный отсчет) и коллекторы, необходимые 
для электрической связи между рамами тангажа и наружного крена. Статоры 
СКТ — датчиков угла тангажа — установлены на раме тангажа.
Рама наружного крена подвешена в корпусе гироплатформы на четырех 
шарикоподшипниках, смонтированных во фланцах. Электрическая связь 
между рамой наружного крена и корпусом обеспечивается двумя коллекторами, выполненными в виде отдельных узлов по 42 кольца каждый. На раме 
наружного крена имеются также катушки термодатчика.
Узел кожуха предназначен для обеспечения герметизации платформы и 
подачи охлаждающего воздуха. Он состоит из наружного кожуха, внутреннего кожуха и накладки. Оба кожуха крепятся к накладке винтами и приклеены клеем К-400, что обеспечивает достаточную механическую прочность и 
герметичность. Кроме того, кожухи в нескольких местах соединены между 
собой заклепками. В зазорах между кожухами установлены направляющие, 
по которым воздух, поступающий через штуцер, проходит с двух сторон платформы и выходит наружу через сетчатое отверстие. На внутренней поверхности кожуха приклеены 12 плоских отеплителей. Вентилятор смонтирован 
на кронштейне, который прикреплен к стенке внутреннего кожуха. Электропитание к элементам, расположенным на кожухе, подводится через разъем 
РПММ-1-8.
Общая оборка с узлом амортизации состоит из узла корпуса с установленными на нем деталями и элементами, узла рамы наружного крена с установленным в нем узлом основания, узла кожуха, двух теплоизоляционных 
кожухов и узла амортизации.
Узел корпуса включает в себя следующие конструктивные элементы.
Во фланцах корпуса на двух шарикоподшипниках подвешен узел рамы 
наружного крена. На левом фланце установлены два двигателя ДМ-1 (двига
Доступ онлайн
480 ₽
В корзину