Гіротеодоліт

Реферат: Гіротеодоліт містить корпус, всередині якого підвішено гіроскопічний маятниковий чутливий елемент, всередині якого розміщено асинхронний гіромотор, обладнаний системою стабілізації обертання, при якому гіротеодоліт додатково містить обчислювальний блок, вхід якого з'єднаний з виходом датчика кутової швидкості системи стабілізації обертання гіромотора, і в якому визначаються оцінки кута та кутової швидкості повороту чутливого елемента відносно головної осі. UA 81188 U (54) ГІРОТЕОДОЛІТ UA 81188 U UA 81188 U Корисна модель належить до галузі прецизійного приладобудування і може бути використана для визначення орієнтації на поверхні Землі. При роботі гіротеодоліту в умовах поступальних та кутових коливань основи виникає додаткова вібраційна похибка приладу. Аналіз математичної моделі дозволяє зробити висновок, що існує можливість зменшення вказаної похибки, шляхом її аналітичного розрахунку і подальшої компенсації у вихідному сигналу гіротеодоліту. Для компенсації похибки необхідно вимірювання коливань чутливого елемента гіротеодоліта навколо головної осі. Найближчим аналогом корисної моделі є гіротеодоліт (патент України №75648 "Гіротеодоліт" від 15.05.2006), в якому підвищення точності виконується шляхом удосконалення конструкції приладу. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення точності гіротеодоліту. Поставлена задача вирішується тим що, в складі приладу додатково міститься блок, який оброблює інформацію з датчика обертання, встановленого на осі гідромотора (ГМ). На Фіг.1 зображена функціональна схема гіротеодоліту. До складу входять корпус 1, чутливий елемент 2, систему компенсаційного зворотного зв'язку 3, обчислювальний блок 4, датчик кутової швидкості 5. Гіроскопічний маятниковий чутливий елемент (ЧЕ) 2 підвішено всередині корпусу 1. На корпусі 1 закріплено фотоелектричний датчик кута, який визначає сигнал, пропорційний куту відхилення чутливого елемента в азимуті і через елементи компенсаційного зворотного зв'язку 3 подається на датчик моменту. В обчислювальному блоці 5 відбувається визначення оцінки кута та кутової швидкості чутливого елемента навколо головної осі. На Фіг.2 представлено схему стабілізації обертів промотора. Датчик 1, закріплений на осі двигуна, виробляє пропорційний швидкості обертання ротора сигнал, що надходить на один з входів фазового детектора 2. На інший його вхід надходить сигнал з опорного генератора 3. Напруга на виході фазового детектора, що залежить від фазового зсуву між цими сигналами, подається на перетворювач 4, що формує керуючий вплив. При зміні частоти обертання ротора на обмотки гідромотора 5 надходить напруга для усунення неузгодженості [1, 2]. Математичну модель коливань ЧЄ гіротеодоліта в негіростабілізованій площині можна представити у вигляді [3]: 5 10 15 20 25 30   J  f    mg     mg   n z t       ГМ  ГМ     UU U   W p  . (1) , 35 40 де Jx - момент інерції ЧЕ щодо головної осі, γ - кут повороту ЧЕ відносно корпусу навколо головної осі, fγ - коефіцієнт в'язкого тертя, m - маса чутливого елемента;  - зсув центра мас ЧЕ відносно точки підвісу, Н = Jp(ω0 + Δ(ω) - кінетичний момент гіроскопа, Jр - осьовий момент інерції ротора ГМ, ω0 - номінальна кутова швидкість ГМ, Δω - зміна кутової швидкості ГМ, ТГМ постійна часу гіромотора, КU - коефіцієнт передачі ГМ по напрузі, ΔU -коригуюча напруга, що прикладається до гіромотора, W(p) - передатна функція системи стабілізації, - коефіцієнт передачі системи стабілізації, - постійні часу, nz(t) = nm sin(ε + ψo)sinωt - перевантаження точки підвісу ГТ. Як вимірювану величину приймаємо сигнал, який формується в системі стабілізації. Перепишемо систему рівнянь (1) у формі простору станів, позначивши змінні стану –   x  , x  , x   , x  U, x  U : 1 2 3 4 5     ,   Y  C 45 (2) де X - вектор стану, А - матриця стану, Υ - вектор вимірювань, С - матриця вимірювань. Матриця спостережуваності має вигляд:       2 3 4   Q  CT  A TCT  A T CT  A T CT  A T CT . (3)   1 UA 81188 U Ранг матриці (3) дорівнює порядку об'єкта, отже, по вихідному вектору можна оцінити всі змінні стану об'єкта. Спостерігаючий пристрій при відсутності зовнішніх збурень описується рівнянням:        C  Y, , (4) 5  10 де  - вектор оцінок змінних стану, К - матриця коефіцієнтів спостерігаючого пристрою. Коефіцієнти матриці К вибираються таким чином, щоб власні значення спостерігача, що визначається рівнянням (4), знаходились в певних заздалегідь заданих точках на комплексній площині. Оберемо біноміальний розподіл коренів характеристичного рівняння, тоді повинна виконуватись рівність: det(pE - A  KC)  (p  0 )5 , 15 20 (5) тобто характеристичне рівняння спостерігаючого пристрою буде мати один від'ємний дійсний корінь р = -ω0, кратності 5. Прирівнюючи коефіцієнти при однакових ступенях в лівій і правій частині виразу (5), неважко визначити коефіцієнти матриці К. Отримані таким чином вирази для коефіцієнтів спостерігача включають задані параметри гіротеодоліта, гіромотора, системи стабілізації, а також значення ω0, яке визначатиме точність і швидкодію спостерігача. Синтез проведений для випадку відсутності зовнішніх збурень, проте в негіростабілізірованій площині на ЧЕ ГТ діє поступальна вібрація з перевантаженням nz(t). Виходячи з аналізу частотних характеристик гіротеодоліту можна зробити висновок про необхідність використання додаткової коригуючої ланки на виході спостерігача з передатною функцією: WK 3 (p)  K K 3 (TK 3p  1) p4 25 Таким чином, розроблений метод дозволяє визначати оцінки кута та кутової швидкості коливань ЧЄ гіротеодоліта навколо головної осі. Реалізація методу заснована на синтезі спостерігача, що використовує інформативний сигнал, сформований у системі стабілізації оборотів гіромотора. 30 35 40 45 Джерела інформації: 1. Воробьев В.М. О влиянии качаний ротора гиродвигателя на устойчивость движения гирокомпаса. //Інформаційні системи, механіка та керування.-2011. -вып. 6.-С. 34-58. 2. Танский Е.А. Прецизионные системы стабилизации скорости двигателей. - Л.: Энергия.1975.-252 с. 3. Мураховский С. А. Метод определения дополнительных параметров движения чувствительного элемента гиротеодолита \\ Вісник Інженерної академії України.-2012. - вип. 2. С. 106-109. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Гіротеодоліт, який містить корпус, всередині якого підвішено гіроскопічний маятниковий чутливий елемент, всередині якого розміщено асинхронний гіромотор, обладнаний системою стабілізації обертання, який відрізняється тим, що гіротеодоліт додатково містить обчислювальний блок, вхід якого з'єднаний з виходом датчика кутової швидкості системи стабілізації обертання гіромотора, і в якому визначаються оцінки кута та кутової швидкості повороту чутливого елемента відносно головної осі. 2 UA 81188 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3