Измеритель угловых скоростей на основе неортогонально ориентированной гексоды ДУСов с электрическими обратными связями для космического корабля

дипломная работа

1.2 Конструкция и принцип действия прибора ИУС-М

Блоки с избыточным числом инерциальных датчиков, защищенные от ограниченного числа неисправностей, используются в настоящее время в целом ряде космических систем. Ожидается, что данная система заменит на борту КА «Союз - ТМА» в системе управления использующиеся в настоящее время три комплекта приборов КХ97-010М (классическая система «троирования»). Это позволит снизить стоимость системы и повысит ее эффективность. Важным моментом является возможность использования в ИУС-М электронных устройств, обеспечивающих формирование выходного сигнала с заданной точностью и выдачу их соответственно в БЦВМ и систему телеизмерения.

Рис.1.2.1. Общий вид прибора ИУС-М

При разработке измерительной системы для формирования дискретного выходного сигнала применяется датчик первичной информации с аналоговым контуром обратной связи и преобразованием типа «напряжение - цифровой код» (ПНК) для формирования дискретного выходного сигнала. Преобразование сигнала в этом случае позволяет использовать в цепи обратной связи аналоговый усилитель обратной связи, схемные решения которого достаточно хорошо отработанны. Кроме того, формирование аналоговых сигналов не вызывает технических затруднений.

Учитывая универсальность настроек входных каскадов данного блока преобразования информации примем единую схему БПИ для всех измерительных каналов.

В соответствии с требованиями технического задания, разрабатываемый аналоговый усилитель обратной связи в цепи «ДУ-ДМ» измерительных каналах ДУСов обеспечивает астатический режим работы привода по углу прецессии. Такой контур обратной связи существенно снижает влияние на работу прибора перекрестных связей.

Измеритель угловых скоростей выполнен в виде двух неортогональных троек чувствительных элементов, объединенных в общем корпусе и электронных блоков, обеспечивающих его работу. Прибор содержит три группы чувствительных элементов и электронных блоков.

Измерительных канал предназначен для измерения проекций векторов абсолютных угловых скоростей объекта на соответствующие оси, связанные с объектовой системой координат, и формирования дискретных и аналоговых выходных сигналов.

В состав измерительного канала входят: чувствительный элемент - гироскопический поплавковый двухстепенный датчик угловой скорости; аналоговый усилитель обратной связи, обеспечивающий формирование тока обратной связи в датчике момента ДУСа и выдачу в систему управления аналогового выходного сигнала в виде напряжения постоянного тока, о величине и знаке которого можно судить о входной угловой скорости; блок преобразования информации (БПИ), обеспечивающий формирование дискретного выходного сигнала в виде унитарного кода о величине и знаке тока обратной связи в датчике момента, первичный источник питания (ПСП) и вторичный источник питания (ВИП).

Блок БПИ представляет собой преобразователь типа “напряжение- цифровой код”.

Блок БКУ предназначен для формирования сигналов компенсации систематических составляющих скорости дрейфа ДУСов, не зависящих от ускорения.

Источник вторичного напряжения (ВИП) обеспечивает питание электронных блоков, а так же питание схемы формирования тестового смещения и сигнала компенсации систематической составляющей скорости дрейфа ДУСов, не зависящих от ускорения (БКУ).

Питание БИНС осуществляется от бортового источника постоянного напряжения 27В.

Датчиком первичной информации канала измерения угловой скорости является поплавковый датчик угловой скорости.

Датчик угловой скорости предназначен для измерения угловой скорости объекта вокруг одной из его координатных осей и выдачи электрического сигнала, пропорционального по величине и соответствующего по знаку угловой скорости. Датчик угловой скорости представляет собой поплавковый двух степенной ДУС с гидроузлом с прецизионными опорами и комбинированным датчиком угла и датчиком момента.

Внутренняя полость заполнена вязкой жидкостью Бл-П ТУ6-01-935-74, которая снимает трение в опорах и демпфирует гидроузел.

Наружная цилиндрическая поверхность корпуса поплавкового гироузла и внутренняя поверхность корпуса имеют 12 продольных выступов, осуществляющих лопастное демпфирование.

За счет этого существенно увеличился коэффициент жидкостного демпфирования при сравнительно небольшой вязкости поддерживающей жидкости по сравнению с традиционным демпфированием с помощью гладких цилиндров.

Изменение температуры компенсируется сильфоном.

В приборе (рис.1.2.2) установлены: индукционный датчик угла и магнитоэлектрический датчик момента, конструктивно объединенные в одну сборку ДУМ-036, обмотка возбуждения ДУ, постоянный магнит и магнитопровод расположены на неподвижной части прибора - крышке. Магнитопровод является общим, как для датчика угла, так и для датчика момента.

Рис 1.2.2. Схема датчика угловой скорости с электрической пружиной: ДУ - датчик угла; ДМ - датчик момента; ГД - гидравлический демпфер, Х0Y0Z0 - оси, связанные с корпусом; Y, Z - оси, связанные с рамкой

Сигнальная обмотка ДУ, обмотка управления и обратной связи ДМ расположены на одном корпусе ротора комбинированного датчика угла и момента в торцевой части гидроузла.

Принцип действия датчика угловой скорости основан на свойстве двухстепенного гироскопа: совмещать вектор кинетического момента Н с вектором входной угловой скорости .

При действии угловой скорости на двухстепенный гироскоп возникает гироскопический момент Мг, вектор которого направлен по оси подвеса рамки, а величина определяется отношением:

.

Под действием гироскопического момента Мг рамка с гиромотором будет поворачиваться вокруг ОХ в направлении, указанном стрелкой, пока векторы Н и не совпадут.

Повороту гидроузла препятствуют:

Упругий момент, пропорциональный углу поворота гидроузла, создаваемый электрической пружиной.

Демпфирующий момент, пропорциональный угловой скорости поворота гидроузла (лопастное демпфирование).

Инерционный момент, пропорциональный угловому ускорению гидроузла относительно его оси вращения.

Момент помех (момент трения, момент тяжения и др.).

Уравнение движения с точностью до момента помех:

(1.2.1)

где I - момент инерции поплавкового гидроузла относительно оси ОХ;

b - коэффициент демпфирования, удельный демпфирующий момент;

k - жесткость электропружины;

- угловое ускорение гидроузла относительно корпуса прибора;

- угловая скорость гидроузла относительно корпуса прибора;

- угол поворота гидроузла относительно корпуса прибора.

Принцип работы:

При воздействии на прибор угловой скорости гидроузел придет в движение, и будет поворачиваться, жестко связанный с ним, ротор датчика угла.

В результате поворота в обмотках ДУ появится электрическое напряжение, величина и фаза которого зависят от величины угла и направления поворота гидроузла относительно нулевого положения.

Это напряжение поступает на вход фазочувствительного усилителя, где усиливается и преобразуется в постоянный ток, величина и полярность которого определяются величиной и фазой сигнала датчика угла.

В цепь нагрузки усилителя включена обмотка датчика момента, жестко связанная с гидроузлом.

При протекании по обмоткам ДМ тока определенной величины и полярности, возникает момент, который накладывается на гироузел.

Величина этого момента пропорциональна току усилителя, и, следовательно, по величине и полярности тока можно определить величину и направление угловой скорости.

В общем случае этот момент определяется выражением:

(1.2.2)

Или

(1.2.3)

где Мпр - противодействующий момент;

k1 - крутизна характеристики датчика момента;

i - ток в обмотке датчика момента.

В соответствии с (1.2.3) для установившегося положения гироузла, а так же , где k3 - коэффициент усиления УОС; UДУ - выходное напряжение датчика угла:

(1.2.4)

где k2 - крутизна характеристики ДУ;

Имеем:

; ;

где k1k2k3 - жесткость электропружины:

(1.2.5)

(1.2.6)

где - крутизна выходной характеристики потоку;

- крутизна выходной характеристики по углу.

Делись добром ;)