автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Инерциальные измерительные системы параметров движения объектов на основе короткопериодных маятников. Теория и проектирование

Тульский государственный университет

На правах рукописи

ИВАНОВ Юрий Владимирович

I

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ КОРОТКОПЕРИОДНЫХ МАЯТНИКОВ. ТЕОРИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Специальность 05. 11. 16 - Информационно- измерительные и управляющие системы (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула 2004

Работа выполнена в Тульском государственном университете, г. Тула.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Распопов Владимир Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Панкратов Владимир Михайлович;

доктор технических наук, профессор Толкалин Лев Николаевич - член совета;

доктор технических наук, Профессор Грязин Дмитрий Геннадьевич.

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт МО РФ.

Защита состоится 22 декабря 2004 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.07 при Тульском государственном университете (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92).

Автореферат разослан 10 ноября 2004 г. Ученый секретарь диссертационного

совета, доктор технических наук ----Данилкин Ф.А.

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Решение комплексной проблемы обеспечения конкурентоспособности изделий отечественной промышленности возможно только на основе внедрения прогрессивных и наукоемких технологий. Неотъемлемой частью таких технологий являются информационно-измерительные и управляющие системы, обеспечивающие требуемую точность выполнения технологических процессов, и высокие качественные показатели изделий. Известно, что на подвижных объектах военного и гражданского назначения широко применяются инерциальные измерительные системы угловых и линейных колебаний. Вертикальные и угловые перемещения судна оказывают отрицательное влияние на работу целого ряда приборов и систем, к которым относятся гравиметры, одно- и многолучевые эхолоты, профилографы, гидролокаторы бокового обзора (в том числе рыбопоисковые), антенны гидроакустических систем слежения за автономными подвижными объектами, лазерные и радиотехнические устройства для измерения параметров и состояния поверхности океана и атмосферы, антенны радиолокационных станций, систем спутниковой связи и телевидения. Влияет качка также и на аппаратуру, размещенную в автономных буях для исследования морского волнения и экологии океана, гидроакустические приборы буксируемых необитаемых подводных аппаратов.

Измерение превышения одного рельса над другим является одной из важных технологических операций при строительстве, капитальном ремонте и контроле качества железнодорожного пути. В настоящее время для этого используются маятниковые датчики прямого измерения на базе физического маятника и датчики косвенного измерения на основе линейного акселерометра.

Измерение угловых и линейных колебаний подвижных объектов возможно путем применения оптических, радиотехнических (в том числе спутниковых) и инерциальных методов. Преимущество инерциального метода измерения заключается в его автономности и помехозащищенности. Они позволяют получать информацию о движении объекта в заданных системах координатных осей. Такие измерения могут производиться на надводном, подводном, сухопутном объектах без использования дополнительных ориентиров. Кроме того, при использовании инерциального измерителя практически не имеют значения размеры объекта, на котором он установлен.

Построение вертикали места на подвижном объекте при помощи инерциальных построителей также основано на инерциально<1 методе.

Общие вопросы теории и практики инерциальных измерительных систем и их элементов изложены в широко известных трудах М. Шулера, А.Н. Крылова, А. Ю. Ишлинского, Б.В. Булгакова, Ч.С. Дрейпера, В.Д. Андреева, В.Г. Пешехонова, Д.С. Пельпора и др.

Анализ современного со

цшшил инсрцналышм измерительных систем

РОС. НАС ОПАЛЬНАЯ БИЬ.Н1аТЕКА С. Петербург

гвобрк

на основе короткопериодных маятников показывает, что в целом ряде гироскопических приборов, имеющих систему горизонтальной коррекции, вследствие нелинейности характеристики ее чувствительного элемента и наличия ухода гироскопа от действия возмущающих моментов по оси прецессии, а также видимого ухода от вращения Земли, имеет место систематическая погрешность приведения к горизонту. Причем, эта погрешность зависит от амплитуды и периода линейного горизонтального ускорения качки объекта. Для целого ряда подвижных объектов указанные параметры возмущения изменяются в широких пределах и на этапах разработки, и настройки системы известны лишь границы изменения этих параметров. В результате этого, при определенных значениях амплитуд и периодов линейного ускорения объекта систематическая погрешность горизонтирования достигает недопустимо больших значений, а в ряде случаев система вообще теряет устойчивость, что приводит к потере работоспособности.

В реальных условиях эксплуатации инерциальных измерительных систем функция распределения возмущений заранее неизвестна и её параметры изменяются, то есть имеет место априорная и текущая неопределенность в описании модели внешних возмущений. В этих условиях повышение точности возможно за счёт использования самонастраивающихся систем, в которых для восполнения недостающей информации о возмущениях активно используется текущая информация.

Таким образом, наиболее целесообразное решение проблемы повышения точности инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов, построенных на основе короткопериодных маятников, связано с использованием принципа самонастройки.

Самонастраивающиеся системы имеют ряд неоспоримых преимуществ при работе в условиях априорной неопределенности возмущений. Однако использование принципа самонастройки в инерциальных измерительных системах угловых и линейных колебаний подвижных объектов сдерживается отсутствием общей методологии и теоретической базы, позволяющих исследовать и обосновывать направления его эффективного использования, синтезировать критерии и законы самонастройки параметров систем и разрабатывать алгоритмические и программные средства для решения различных задач.

Решению указанной проблемы посвящена данная работа.

Цель работы. Целью работы является создание теоретических основ построения и методов проектирования, позволяющих повысить точность инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников, функционирующих в условиях возмущений, параметры которых (интенсивность и частота максимума спектра) изменяются в широких пределах.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

- на основе анализа возмущений, действующих на подвижные объекты, разработаны теоретические основы построения инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов с самонастройкой параметров в зависимости от изменения интенсивности и преобладающей частоты случайного возмущения;

- разработаны математические модели датчиков вертикали на базе короткопериодного физического маятника и компенсационного акселерометра с монокристаллическим чувствительным элементом;

- разработаны методы синтеза самонастраивающихся инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников, включающие в себя синтез критериев и законов самонастройки параметров;

- разработаны методы и алгоритмы идентификации параметров возмущения по сигналу короткопериодного маятника без привлечения дополнительной информации;

- разработаны математические модели самонастраивающихся инерциальных измерительных систем, построенных на базе короткопериодных маятников;

- получены неканонические спектральные разложения для случайных процессов угловых и линейных колебаний корабля, железнодорожного и автотранспортного средств, позволяющие использовать интерполяционный метод исследования точности самонастраивающихся инерциальных измерительных систем, размещенных на указанных подвижных объектах;

- разработаны и внедрены самонастраивающиеся инерциальные измерительные системы угловых и линейных колебаний объектов на базе короткопериодных маятников, позволяющие для разомкнутых измерительных структур повысить точность и устойчивость к импульсным воздействиям, а для систем с обратной связью, обеспечивающие полную или частичную независимость их устойчивости и систематической погрешности к изменению интенсивности и преобладающей частоты линейного ускорения качки.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенная схема измерительной системы, основанная на использовании принципов самонастройки.

2. Методы и результаты синтеза критериев и законов самонастройки инерциальных измерительных систем.

3. Методы и алгоритмы идентификации параметров возмущения по сигналу короткопериодного маятника без привлечения дополнительной информации.

4. Математические модели самонастраивающихся инерциапьных измерительных систем, построенных на базе короткопериодных маятников.

5. Неканонические спектральные разложения для случайных процессов угловых и линейных колебаний корабля, железнодорожного и автотранспортного средств, позволяющие использовать интерполяционный метод исследования точности инерциапьных самонастраивающихся измерительных систем на основе короткопериодных маятников.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований самонастраивающихся инерциапьных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов на базе короткопериодных маятников.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит:

- в создании теоретических основ построения инерциапьных измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов, построенных на базе короткопериодных маятников;

- в разработке функционально-структурной организации инерциапьных измерительных систем с переменными параметрами;

- в разработке математических моделей инерциальных измерительных систем с переменными параметрами и их элементов;

- в создании методик анализа и расчета инерциальных измерительных систем с переменными параметрами на основе короткопериодных маятников; — в разработке и реализации алгоритмов получения информации о параметрах возмущения, критериев и законов изменения параметров системы.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории систем автоматического регулирования, теории оптимального и адаптивного управления, теории измерений, теории вероятности, теории упругости, теории гироскопов; в работе'используются методы математического анализа, моделирования, спектрального анализа, аналитические и численные методы решения систем уравнений. Экспериментальные исследования проведены на оригинальных установках, с использованием серийной измерительной аппаратуры и оригинальных микропроцессорных средств. Обработка данных выполнена с использованием методов математической статистики, корреляционного и спектрального анализа.

Научная значимость работы заключается в разработке теории и обобщении результатов исследований самонастраивающихся инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложен единый методологический подход к созданию самонастраивающихся измерительных систем на базе инерциальных датчиков, позволяющий значительно снизить погрешности измерений и расширить спектральный диапазон возмущений, в котором они сохраняют устойчивость к внешним воздействиям.

Разработаны новые технические устройства и элементы инерциальных самонастраивающихся измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов (АС СССР № 9463337, № 223109, № 225732, № 252433, патент РФ № 2184675, патент РФ № 2234060), позволяющие повысить точность измерений.

Реализованы и внедрены новые схемы построения инерциальных измерительных систем, в которых применяются маятниковые датчики вертикали, позволяющие значительно (более чем на порядок) уменьшить систематическую погрешность измерения угловых колебаний подвижных объектов, обусловленную влиянием линейного горизонтального ускорения качки.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 16 конференциях, конгрессах и симпозиумах:

IX и X Санкт-Петербугская международная конференция по интегрированным навигационным системам (Санкт-Петербург, 2002,2003), Международная конференция «Оптика и образование» (Санкт-Петербург, 2002), XIII конференция памяти H.H. Острякова (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийская конференция «Проблемы управления электротехническими объектами» (Тула, 2002), Оптический конгресс (Санкт-Петербург, 2002), Международная конференция «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов» (Тула, 1999, 2001, 2002, 2003, 20004), Всероссийская научно-техническая конференция «Приборы и приборные системы» (Тула, 2001), Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерений физических величин» (Н. Новгород, 1998), Всесоюзная научно-техническая конференция «Гироскопические системы и их элементы» (Москва, Тула, 1986, 1989), V Всесоюзный симпозиум по пневматическим (газовым) приводам и системам управления (Тула, 1986), Всесоюзная научно-техническая конференция «Метрология в гравиметрии» (Харьков, 1984) ежегодные конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1982 - 2004 гг.).

Работа выполнена в рамках грантов по фундаментальным исследованиям в области технических наук Минобразования России № 29-ГР-93 «Разработка систем измерения параметров качки надводных и подводных объектов для исследований в мировом океане», № ТОО-13.0-1128 «Научные основы создания высокоточных контрольно-измерительных систем для выправочных железнодорожных машин», № Т02-02.3-1214 «Динамика акселерометров с монокристаллическими чувствительными элементами и компьютерное моделирование физических и технологических процессов при их проектировании и изготовлении».

Публикации. Основное содержание работы отражено в 50 публикациях, включающих 2 монографии, 1 учебное пособие, 4 авторских свидетельства, 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложений, изложенных на 351 странице основного

текста и содержит 122 рисунка, 12 таблиц, список литературы из 199 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность решаемой в диссертации научной проблемы, изложена структура работы и кратко сформулировано содержание ее разделов.

В первой главе проводится анализ инерциальных методов измерения параметров движения объектов и действующих на них возмущений. Приводится математическое описание параметров движения объектов, рассматриваются статистические характеристики внешних воздействий, обусловленных качкой корабля, колебаниями железнодорожных и автомобильных транспортных средств. Проводится анализ погрешностей инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников и формулируются направления повышения их точности с использованием принципов самонастройки параметров.

Результаты анализа статистических характеристик показывают, что качку корабля можно считать стационарным случайным процессом лишь при конкретных значениях периода собственных колебаний корабля, скорости хода, средней частоты и курсового угла волнения, а также условий развития волнения. В реальных условиях дисперсия качки и преобладающая частота, на которую приходится максимум спектральной плотности, изменяются в широких пределах в зависимости от сочетания перечисленных факторов.

Колебания автомобильных и железнодорожных транспортных средств представляют собой стационарные случайные процессы при условии постоянства скорости движения. Спектральные плотности этих колебаний аппроксимируются дробно-рациональными выражениями, одинаковыми по структуре. Преобладающие частоты и интенсивность колебаний автомобильных и железнодорожных транспортных средств в значительной степени зависят от скорости движения и изменяются в широких пределах.

Для измерения угловых и линейных колебаний указанных выше объектов используются системы, в состав которых входят инерциальные датчики (линейные акселерометры, тяжелые и жидкостные маятники). Такие системы решают задачу измерения медленно меняющихся процессов на фоне высокочастотных возмущений, интенсивность и преобладающая частота которых изменяются в широких пределах. К этому классу задач относится измерение с помощью гировертикали (ГВ) медленно изменяющегося угла отклонения гироскопа, обусловленного собственным и видимым уходами ГВ, на фоне быстрого периодического изменения линейного горизонтального ускорения качки.

В диссертации показано, что систематическая погрешность ГВ с нелинейным датчиком вертикали (НДВ), имеющим постоянную характеристику коррекции или линейную характеристику с насыщением, на качающемся основании пропорциональна линейному горизонтальному

ускорению колебаний основания и собственному уходу от действия возмущающих моментов и общем случае определяется выражением

р = /{К&Хй),

где К - коэффициент передачи контура;

О - скорость собственного и видимого ухода ГВ;

Ха~ амплитуда отклонения маятника-корректора под действием линейного горизонтального ускорения качки.

Значительно уменьшить амплитуду вынужденных колебаний ГВ позволяет применение дискретно-интегральной системы коррекции (ДИСК), > принцип действия которой основан на интегрировании сигнала датчика

вертикали за период линейного горизонтального ускорения качки. Однако, систематическая погрешность такой системы так же зависит от параметров возмущения

где Т- период линейного горизонтального ускорения качки.

В ряде случаев приходится решать задачи интегрирования периодической составляющей сигнала инерциальных датчиков в условиях действия постоянных возмущений, в частном случае имеющих тренд.

К данному классу задач относится измерение вертикального перемещения судна на качке путем двукратного интегрирования сигнала линейного акселерометра, ось чувствительности которого ориентирована вертикально. В этом случае динамический режим измерения обусловлен медленным изменением фона ускорения свободного падения, направленного наряду с ускорением вертикальной качки вдоль оси чувствительности акселерометра. Кроме того, интенсивность и спектр полезного сигнала вертикальной качки изменяется в очень широких пределах.

Проведение инерциальных измерений в динамическом режиме имеет ряд особенностей, которые можно сформулировать в следующем виде.

Полезный сигнал и возмущение находятся в очень близких частотных диапазонах, что вызывает трудности в применении обычных методов фильтрации.

Измерение угла отклонения основания от вертикали с помощью инерциального датчика производится путем измерения проекции на его ось чувствительности ускорения свободного падения. В связи с этим, с одной стороны, практически невозможно в сигнале разделить составляющие, пропорциональные углу и ускорению, если они находятся в одном частотном диапазоне, с другой стороны, инерциальный датчик содержит информацию о полезном сигнале и о возмущении. Таким образом, информация о возмущении, при необходимости, может быть получена из сигнала инерциального датчика.

Эти особенности инерциальных измерений в большинстве случаев не позволяют создавать системы управления или системы обработки

информации, одинаково хорошо работающие во всем диапазоне амплитуд и частот ускорений. В связи с этим необходимо применять системы с переменными параметрами.

Обобщенная схема адаптивной системы обработки информации при проведении инерциальных измерений в динамическом режиме показана на рис. 1.

Она содержит основной контур измерения, состоящий из инерциапьного датчика и системы обработки информации, а также контур самонастройки. В контуре самонастройки вычисляется текущее значение спектра сигнала инерциапьного датчика и выделяется его наибольшая интенсивность и частота, на которую в данный момент приходится

М(г)

ОБОБЩЕННЫЙ НАСТРАИВАЕМЫЙ ОБЪЕКТ

Х(()

/

ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК

СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

7Х

АЛГОРИТМ

ВЫЧИСЛЕНИЯ СПЕКТРА ИЛИ ЕГО СОСТАВЛЯЮЩИХ

КОНТУР САМОНАСТРОЙКИ

0(0

АЛГОРИТМ АДАПТАЦИИ

С

>

Y(0

1С)

Рис 1 Обобщенная схема адаптивной системы обработки информации

при проведении инерциальных измерений в динамическом режиме Х(0 - измеряемые возмущения; Y(í) - выходные переменные системы, М(0 - неизмеряемые возмущения; 6(/) - вектор параметров системы;

1(0 - вектор параметров алгоритма адаптации

максимальная мощность сигнала. По этим элементам спектра с помощью устройства вычисления параметров системы настраивается система обработки информации в соответствии с выбранным критерием самонастройки.

Улучшение качества работы измерительной системы достигается вследствие применения не сигнальных, а параметрических связей.

Частным случаем обобщенной схемы адаптивной системы обработки информации является схема устройства измерения вертикальной качки с переменными параметрами [33], приведенная на рис. 2.

! Инсрияальный •!..........................- -

датчик ' ' Система обработки информации

Контур самонастройки

Рис 2 Схема устройства измерения вертикальной качки с переменными параметрами

Сигнал акселерометра, ось чувствительности которого ориентирована вертикально, интегрируется устройствами, выполненными в виде апериодических звеньев, реализованных в цифровом виде. Для обеспечения возможности работы интегрирующего устройства в течение длительного времени без насыщения в нем предусмотрено обнуление постоянной составляющей сигнала на выходе за счет применения интегрирующей обратной связи. Контур самонастройки состоит из устройства вычисления спектра и алгоритма адаптации.

Необходимость применения контура самонастройки обусловлена тем, что преобладающая частота вертикальной качки может изменяться в очень широких пределах от 0,05 Гц до 1 Гц. Для получения сигнала вертикального перемещения без амплитудных и фазовых искажений на минимальной частоте качки необходимо выбирать большие (100... 120 с) постоянные времени интеграторов. В случае импульсного воздействия на такую систему (удар волны по корпусу судна) в ней возникает переходный процесс большой амплитуды и длительности, во время которого погрешность интегрирования значительно превышает заданные пределы. Такие импульсные воздействия характерны для движения судна против волны, когда частота качки близка к максимальной. Для интегрирования сигнала на таких частотах можно уменьшить постоянные времени интеграторов более чем на порядок без увеличения фазовой погрешности.

Как было показано выше, от параметров возмущений зависит эффективность действия различных видов маятниковой горизонтальной коррекции ГВ. Для того чтобы систематические погрешности и устойчивость указанных систем не зависели от изменения амплитуды и периода возмущений (при детерминированной постановке задачи), или от дисперсии и преобладающей частоты возмущений (при стохастической постановке

задачи) необходимо автоматически изменять коэффициенты передачи таких устройств в соответствии с изменением параметров возмущений.

Инерциальный датчик в таких системах включен в замкнутом контуре измерительной системы в качестве датчика вертикали. В этом случае обобщенная схема адаптивной системы обработки информации примет вид, показанный на рис. 3.

Щ

ОБОМЩННЫЛ НАГТРиниРМЫЙ окыкт

--Й

АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ (Л1ГКТРА ИЛИ ЕГО СОСТАВ1ЯЮЩИХ

АЛГОРИТМ ч ВЫЧИОШШЯ ✓ НАПМкГРОВ СИСТЕМЫ

I МОНТУГ САМОНАСТРОЙКИ

I__________________

Рис 3 Обобщенная схема инерциальной самонастраивающейся системы измерения колебаний подвижных объектов с замкнутым основным контуром

Система обработки информации, построенная по схеме, показанной на рис. 3, в соответствии с принятой классификацией адаптивных систем, относится к беспоисковым аналитическим самонастраивающимся системам с разомкнутым контуром самонастройки.

На рис. 4 показана схема системы горизонтальной коррекции гировертикали с переменными параметрами в случае использования нелинейного датчика вертикали, которая является частным случаем обобщенной схемы. На систему действует возмущение в виде линейного горизонтального ускорения качки имеющего период Т. Формирование корректирующего момента с целью повышения динамической точности ГВ осуществляется в виде импульсов, амплитуда которых пропорциональна отклонению ГВ от горизонта. В случае использования в качестве датчика вертикали жидкостного маятника, имеющего линейную характеристику с насыщением, коэффициент передачи основного контура системы коррекции пропорционален периоду и обратно пропорционален амплитуде линейного горизонтального ускорения качки. В связи с этим необходимо изменять коэффициент передачи системы коррекции Копт в соответствии с текущими значениями периода качки Т и амплитуды горизонтального линейного ускорения \Уй. Эта задача решается с помощью контура самонастройки.

т

Обобщенный настраиваемый объект

т

р

8(0

Алгоритм определения периода и амплитуды ускорения

Алгоритм

вычисления

коэффициента

передачи основного контура

Контур самонастройки

Рис. 4 Схема системы горизонтальной коррекции гировертикали с переменными параметрами

Таким образом, применение контура самонастройки обеспечивает независимость обобщенного коэффициента передачи системы коррекции, а, следовательно, устойчивости и систематической погрешности ГВ от изменения периода и амплитуды линейного горизонтального ускорения качки.

Общий подход к решению ряда задач измерения параметров движения объектов с помощью короткопериодных маятников на основе применения принципов самонастройки позволяет существенно повысить точностные характеристики таких систем. Предложенная обобщенная схема адаптивной системы обработки информации может быть распространена на другие частные случаи инерциальных измерений в динамическом режиме.

Во второй главе получены математические модели маятников, используемых в качестве инерциальных датчиков, с учетом условий их эксплуатации на подвижных объектах.

Проведены аналитические исследования влияния «косой» вибрации и угловых колебаний основания на динамику маятникового измерителя угла отклонения от вертикали с учетом величины расстояния от точки подвеса маятника до центра качания объекта.

Раздельное аналитическое исследование влияния вибрации и угловых колебаний основания на динамику маятникового измерителя угла отклонения от вертикали позволило получить достаточно простые и наглядные расчетные зависимости. Формулы для расчета коэффициента динамичности V и запаздывания по фазе ф колебаний маятника относительно колебаний основания с амплитудой у0 имеют вид

2Рт]

где £) - относительный коэффициент демпфирования маятника;

£ - расстояние от точки подвеса маятника до центра качания объекта; й - расстояние от точки подвеса до центра масс маятника; т/ - отношение частоты колебаний основания к собственной частоте колебаний маятника.

Полученные результаты аналитического и численного исследования динамики маятника показывают, что величина расстояния по вертикали от центра качания объекта до оси подвеса маятника (высота установки маятника) существенно влияет на достоверность его показаний. Амплитудные погрешности в заданном частотном диапазоне измерений можно уменьшить путем выбора значения коэффициента демпфирования.

В диссертации получены уравнения и исследована динамика монокристаллического маятника линейного акселерометра. На рис. 5 показаны координаты, определяющие положение прямого и обратного маятников.

Рис 5 Координаты, определяющие положение прямого и обратного маятников

Система координат OxqVo связана с Землей, ось Оуо совпадает с линией местной вертикали. Система координат Оху связана с подвижным основанием, и её положение относительно системы Ох0уо определено углом у.

Положение точки подвеса Ot (точка пересечения оси подвеса с плоскостью ху) определено координатой ОО, = L. Динамическое положение маятника в системе осей Оху характеризуется координатами хг и 9 Длина упругой балки АВ = I. Центр тяжести маятника (точка С) расположен в его геометрическом центре симметрии. Предполагается, что вес маятника mg сосредоточен в точке С. Точка подвеса О, совершает виброперемещения х„, % вдоль осей х, у, что обусловлено вибрацией основания. Центр масс

прямого маятника в системе OxQу0 определён координатами хоп, у0„, а обратного - координатами х^,, у,».

Динамические уравнения прямого маятника имеют вид

т[х, +аЗ-(х„ + аЗ)уг1 + (к„хг + kl29) + mgsin(8+y) + клхг = L J а

= т (Z, + у,) у + т*. г1 - тх. +

^Jc+ma1^9 + maxr-ma(xr +а9)у2 + (к2,хг + + mgasm (5 + + +клахг = та(1л + у.)у + maxj2 - max, + Imayj

(1)

где ку- элементы матрицы коэффициентов жесткости подвеса;

кд, кду - абсолютные коэффициенты демпфирования для линейного и углового движения маятника;

- момент инерции маятника относительно оси, проходящей через центр масс;

На основании системы дифференциальных уравнений (1) получены аналитические зависимости для определения собственных частот и форм колебаний чувствительного элемента акселерометра с монокристаллическим маятником в виде

2 ¿¿ц-кут + гта^ ^

Р,г~ ист

рЛп-klгm + 2makn)г-^Jcm[kiikгl-kгn+mg(kna-kй)\ ^ ± 27ст

где Ja - момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку А (рис. 5).

По результатам численного исследования математических моделей акселерометра с монокристаллическим маятником даны рекомендации по предпочтительной ориентации маятника относительно основания для измерения угловой или линейной вибрации.

Третья глава посвящена разработке инженерных методов синтеза инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников, базирующихся на математическом аппарате общей теории самонастраивающихся систем.

Синтез самонастраивающихся инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов проводится на основе обобщенных схем, показанных на рис. 1 и 3. В таких системах основной причиной, вызывающей необходимость применения самонастройки, является неполнота априорной информации о внешних возмущениях. Контролируемое изменение параметров системы обработки информации или регулятора производятся при помощи вычислений и логических операций, основанных на анализе спектра внешнего воздействия. В этом случае отсутствует

необходимость в непосредственном измерении показателя цели управления (например, текущей, конечной или среднеквадратической ошибки), так как экстремальное значение этого показателя определяется косвенно из анализа внешних воздействий. Так как контролируемые изменения параметров системы производятся при помощи вычислений, то не требуется поиска экстремума качества с помощью дополнительных пробных сигналов.

Инерциальная измерительная система в общем виде описывается уравнениями состояния

где F,G — известные вектор-функции;

N = N(t) - возмущения, действующие на объект управления;

W = W(t) - возмущения, действующие на инерциальный датчик;

X, ид, U, Y - векторы состояния, управления, внешних входов и выходов системы соответственно.

Поведение системы зависит от неизвестных параметров возмущения W(t), в качестве которых выступают амплитуда W0 и частота uw линейного ускорения колебаний объекта при детерминированной постановке задачи, или дисперсия Dw и преобладающая частота спектра качки us при стохастической постановке.

Требуется синтезировать алгоритм управления, использующий измеряемые или вычисляемые величины, обеспечивающий для каждого значения указанных параметров возмущения W(t) достижение заданной цели управления. Будем считать параметры вектора W(t) квазистационарными, то есть их изменение происходит значительно медленнее динамических процессов в системе.

Стратегия самонастройки состоит в одновременном изучении параметров возмущения и управлении объектом. Схема самонастраивающейся инерциальной измерительной системы угловых и линейных колебаний объектов на короткопериодных маятниках имеет два контура. Алгоритм функционирования основного контура зависит от вектора параметров регулятора G и должен обеспечивать достижение цели управления при всех значениях параметров W0 и ww возмущения W(t) при соответствующем выборе в = 6(W). Алгоритм контура самонастройки изменяет (настраивает) вектор в таким образом, чтобы обеспечить достижение цели управления при неизвестных значения параметров возмущения W(i).

Цель управления сформулирована в виде целевого неравенства вида

Y(0 = F(Y,X,U,M,/),

(3)

Ufl(/) = G(Y,X,U,W,/),

(4)

Я«)<А,

где q(t) = q(Y(t), U(0) - целевая функция;

Д - заданная величина допустимой погрешности системы.

В связи с тем, что выполнить синтез оптимальной системы с переменными параметрами и характеристиками внешних возмущений известными методами теории автоматического регулирования не удается, задача синтеза самонастраивающейся системы решается приближенно в виде нескольких этапов. На этапе первичной оптимизации рассматривается основной контур, а на этапе вторичной оптимизации - контур самонастройки.

Задача синтеза состоит в нахождении алгоритма управления из заданного класса двухуровневых алгоритмов вида

обеспечивающих достижение цели управления (5) для системы (3), (4). Здесь и и 0 - некоторые операторы.

В качестве входов обобщенного настраиваемого объекта (рис. 3) могут выступать как настраиваемые параметры регулятора (6) 0(0, так и входы системы обработки информации (рис. 1), если основной контур управления отсутствует. В первом случае задача состоит в синтезе самонастраивающегося алгоритма управления (6), а во втором случае -алгоритма самонастройки (7) разомкнутой измерительной системы.

Решение задачи синтеза контура самонастройки инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов построенных на короткопериодных маятниках предусматривает выполнение следующих этапов:

Этап 1. Анализ причин, обусловливающих применение самонастройки.

На этом этапе синтеза получена математическая модель системы и ее элементов, а также вероятностные характеристики действующих на неё возмущений. Особенностью маятниковых датчиков вертикали, используемых в инерциальных измерительных системах, является нелинейность их статических характеристик. Кроме того, в случае использования дискретного способа обработки информации с частотой дискретизации, определяемой частотой линейного ускорения колебаний объекта, обобщенный коэффициент передачи системы становится зависимым от текущего значения частоты качки. В разомкнутых измерительных системах колебаний объектов их параметры (в частности постоянные времени интегрирующих устройств) выбираются с учетом возможного диапазона частот возмущений.

Таким образом, на данном этапе устанавливается зависимость целевой функции управления для систем с замкнутым основным контуром или погрешности измерения (для разомкнутой измерительной системы) от параметров возмущения

и(о=г/(¥(о,0«,х(О), 0(0 = 00*40),

(6) (7)

д(0 = /тО).

(8)

Этап 2. Выбор критерия самонастройки и принципа построения контура самонастройки.

Под критерием самонастройки понимается функциональное соотношение между показателями качества системы и ее характеристиками при изменяющихся условиях работы. В общем случае критерий самонастройки J можно записать в виде

Физический смысл выражения (9) можно пояснить следующим образом: при изменении в процессе функционирования параметров вектора возмущения \У(/) вектор параметров инерциальной измерительной системы в(<) должен изменяться таким образом, чтобы функционал ./ оставался неизменным.

При выборе принципа построения контура самонастройки для

самонастраивающихся инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов необходимо руководствоваться следующими соображениями:

1. Контур самонастройки по возмущению целесообразно строить по разомкнутой схеме. Преимущество такого подхода состоит в простоте методов синтеза и реализации системы. Выполнение условия квазистационарности основного контура является гарантией того, что ошибки в настройке параметров не приведут к увеличению погрешности в основном контуре и нарушению условий «грубости» системы.

2. Принцип построения контура самонастройки должен соответствовать принципу построения основного контура системы. Если основной контур представляет собой дискретную систему, то целесообразно в контуре самонастройки получать информацию о возмущении и вычислять настраиваемые параметры также в дискретном виде.

3. Конфигурация контура самонастройки тесно связана с видом алгоритма идентификации возмущений.

Этап 3. Синтез алгоритма идентификации возмущений.

На этом этапе синтеза контура самонастройки необходимо получить зависимость сигнала, управляющего изменением

параметров основного контура системы от параметров возмущения

Для определения текущих динамических характеристик объектов управления и внешних возмущений могут использоваться прямые и косвенные способы оценки параметров, включая спектральные методы квадратичной аппроксимации, оптимальной фильтрации, стохастической аппроксимации.

Основные требования к методам построения алгоритмов идентификации возмущений сформулированы в следующем виде:

./(в(/),\У(/)) = СОЛ5Г

(9)

(Ю)

1. Алгоритмы идентификации должны обеспечивать заданную погрешность определения параметров возмущения. Это особенно актуально при построении контура самонастройки по разомкнутой схеме.

2. Время, отводимое на идентификацию, должно определяться из условий квазистационарности возмущения и основного контура.

3. Алгоритм идентификации должен обеспечивать удобство использования полученных характеристик в алгоритме самонастройки.

Этап 4. Определение закона изменения настраиваемых параметров.

Вид закона самонастройки и способы его реализации тесно связаны с принятыми на предыдущих этапах синтеза критериями самонастройки и алгоритмами идентификации параметров возмущения.

В общем виде закон самонастройки представляет собой функционал от настраиваемых параметров системы и функции параметров возмущения

К{г) = Р{тУОУа,со„)), (11)

для которого выполняется критерий самонастройки (9).

В аналитических самонастраивающихся системах закон самонастройки, как правило, реализуется в виде вычислительной процедуры. В связи с этим в алгоритме его реализации должны быть предусмотрены ограничения, не позволяющие регулируемому параметру (коэффициенту передачи, постоянной времени фильтра и др.) принимать значения равные нулю и бесконечности.

В частном случае для системы горизонтальной коррекции ГВ, показанной на рис. 4, критерий самонастройки (9) имеет вид

J = Kmm^-т = const, (12)

"о

где Кмт - оптимальное значение коэффициента передачи системы коррекции, при котором будут выполняться заданные требования по точности, быстродействию и т. д., для неизменных значений параметров возмущения Т и

т - длительность корректирующего импульса.

Для выполнения критерия самонастройки (12) необходима информация о периоде и амплитуде линейного горизонтального ускорения. Для их определения может быть использовано устройство, структурная схема которого показана на рис. 6.

Разработанные алгоритмы идентификации параметров возмущения позволяют без привлечения дополнительных источников информации по сигналу датчика вертикали получать значения Щ, и Т на каждом периоде линейного горизонтального ускорения колебаний подвижного объекта. Время, затрачиваемое на идентификацию, составляет часть периода линейного ускорения, что не противоречит гипотезе квазистационарности

основного контура. Кроме того, при использовании данных алгоритмов информация о параметрах возмущения получается в виде, удобном для использования в контуре самонастройки.

Рис 6 Структурная схема устройства идентификации параметров возмущения-1 - датчик вертикали; 2 - выпрямитель; 3 - компаратор; 4, 5 - первый и второй делители частоты; 6 - инвертор; 7, 8 - блоки измерения периода и амплитуды ускорения

Задача определения закона изменения настраиваемых параметров самонастраивающейся системы коррекции (алгоритма самонастройки) тесно связана с принятыми на предыдущих этапах синтеза критериями самонастройки и алгоритмами идентификации параметров возмущения.

Закон самонастройки (закон изменения обобщенного коэффициента передачи К2г) для системы горизонтальной коррекции ГВ с нелинейным датчиком вертикали, соответствующий критерию (12) с учетом алгоритма идентификации параметров линейного горизонтального ускорения имеет вид

0«

где К2 - коэффициент передачи устройства идентификации параметров возмущения.

Для реализации полученных законов самонастройки с учетом вида алгоритмов идентификации параметров возмущения разработаны структурные схемы системы коррекции ГВ.

В соответствии с рис. 4 инерциальная измерительная система угловых колебаний подвижного объекта имеет непрерывную и дискретную части. В связи с этим ее математическая модель получена в виде системы дифференциальных уравнений и системы логических функций.

В четвертой главе рассмотрены вопросы синтеза инерциальных измерительных систем вертикальной качки с использованием принципов самонастройки параметров. В основу разработанной методики синтеза положена обобщенная схема измерительной системы, показанная на рис. 1, и ее частный случай для устройства измерения вертикальной качки с переменными параметрами (рис. 2).

Для инерциальных измерительных систем вертикальной качки в качестве целевой функции управления (5) используется заданная величина фазовой погрешности интегрирующего устройства .

Критерий самонастройки такой измерительной системы может быть сформулирован в виде: контур самонастройки должен обеспечивать независимость величины фазовой погрешности интегратора от изменения частоты качки. В результате критерий самонастройки (9) принимает вид

я

У = (ги) = ]гу, (<у ) = const для и >иИ, (14)

где ф,(и) - величина фазового сдвига на выходе ¿-ого интегратора, обеспечивающая заданную погрешность интегрирования; ши - нижняя граничная частота качки.

Выполнение критерия самонастройки (14) обеспечивается изменением параметров интеграторов (рис. 2), находящихся как в прямой цепи измерительной системы, так и в цепи обратной связи.

В случае изменения постоянной времени интегрирующего звена изменяется АЧХ интегрирующего устройства, а, следовательно, величина коэффициента передачи, соответствующая значению частоты качки. С учетом этого необходимо сформулировать еще один критерий самонастройки.

Контур самонастройки должен обеспечивать независимость значения АЧХ на каждой фиксированной частоте ы„, принадлежащей рабочему диапазону частот [б>„, ш,], от изменения постоянной времени интегратора.

Для схемы интегрирующего устройства, показанной на рис. 2, этот критерий может быть записан в виде

к

А. ) = I — = const ДЛЯ V ТК, (15)

у[(1-а>Х2У+^2о>Хг

где Ак(и„) - АЧХ колебательного звена на фиксированной частоте о)„;

к, Тк, % - коэффициент передачи, постоянная времени и относительный

коэффициент демпфирования колебательного звена.

Полученные выше критерии самонастройки зависят от частоты качки, которая является внешним возмущением. Поэтому контур самонастройки может быть построен по разомкнутой схеме.

Определение текущего значения преобладающей частоты качки может быть выполнено путем вычисления спектра сигнала акселерометра. При этом длина выборки получается на основе допущения о том, что процесс качки в данном интервале времени является стационарным случайным процессом.

Вычисление спектра может быть выполнено разными способами. К ним относятся последовательный спектральный анализ, параллельный спектральный анализ, последовательно-параллельный спектральный анализ,

а так же вычисление спектра с помощью дискретного и быстрого преобразований Фурье.

Законы изменения настраиваемых параметров системы, полученные на основе сформулированных выше критериев самонастройки и алгоритма определения преобладающей частоты качки, имеют вид

Т £ + .

сotgw,

К, (Т.) = А,(<о„ ф - а>Х У + Ц2е>2Л , (18)

где Kt(TK), Т\ - коэффициент передачи и постоянная времени первого интегратора.

На рис. 7 показаны зависимости постоянной времени первого интегратора от частоты, при выполнении которых обеспечивается заданная величина фазового сдвига.

200 с

160 I 120

40 -

0 -0

Рис 7 Зависимости постоянной времени первого интегратора от частоты' 1 - = - 89°; 2 - = - 88,55°; 3 - = - 88°

Из рис. 7 видно, что для минимального и максимального значения частоты качки постоянные времени апериодического и колебательного звеньев, при которых обеспечивается заданная фазовая погрешность, могут изменяться более чем в 20 раз.

Полученные в результате синтеза алгоритмы самонастройки измерительной системы мало чувствительны к погрешности вычисления преобладающей частоты качки, то есть обладают свойством «грубости».

В зависимости от возможностей вычислителя параметры интегратора могут быть рассчитаны предварительно и извлекаться из запоминающего

устройства, или могут вычисляться в реальном масштабе времени по мере изменения преобладающей частоты качки.

Таким образом, результаты синтеза и моделирования показали, что применение цифровых интеграторов с самонастройкой параметров позволяет повысить точность и устойчивость инерциальных измерительных систем вертикальной качки к импульсным воздействиям, а также уменьшить время готовности к работе после включения. Причем такой тип интегрирующего устройства может применяться при любом способе (платформенном или бесплатформенном) построения вертикали.

В пятой главе разработаны аналитические методы исследования инерциальных измерительных систем линейных и угловых колебаний объектов на основе короткопериодных маятников.

С целью упрощения математической модели при аналитическом исследовании ГВ с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции будем полагать, что ГВ без системы коррекции устойчива. Кроме того, частота собственных колебаний системы стабилизации ГВ значительно выше частоты колебаний системы коррекции. Учитывая это, при аналитическом исследовании системы коррекции можно пользоваться прецессионной моделью ГВ. Частота собственных колебаний маятника-корректора составляет 3 - 4 Гц, что значительно выше частоты вынужденных колебаний, вызываемых линейными горизонтальными ускорениями объекта. Поэтому в уравнении маятника-корректора можно опустить динамические члены.

С учетом принятых допущений построена структурная схема ГВ с самонастраивающейся системой коррекции при использовании нелинейного датчика вертикали, которая изображена на рис. 4.

Основной контур самонастраивающейся системы коррекции ГВ представляет собой импульсную систему. Импульсное звено на этой схеме изображено условно в виде ключа, который замыкается с периодом линейного горизонтального ускорения колебаний подвижного объекта Т. В контуре самонастройки с помощью устройства, показанного на рис. 6, определяется период и амплитуда линейного ускорения, и устанавливается коэффициент передачи системы коррекции в соответствии с законом самонастройки (13).

При условии выполнения гипотезы квазистационарности основного контура характеристическое уравнение импульсной системы в конечных разностях имеет вид

п

X Л-, 'И' -г) = 0, (19)

где А„, - коэффициенты харак1еристического уравнения, зависящие от типа датчика вертикали, коэффициента передачи основного контура с учетом самонастройки К, длительности т или относительной длительности корректирующего импульса т;

п - порядок характеристического уравнения.

Коэффициенты уравнения (19) не зависят от параметров линейного горизонтального ускорения.

Для характеристического уравнения второго порядка самонастраивающейся системы горизонтальной коррекции ГВ с линейным или нелинейным датчиком вертикали условия устойчивости имеют вид

1 + А,(К,т,т)+ ЫКуШ.т) > 0;1

\-А1(К,т,т)+А„(,К,т,т)>0;\ (20)

А„(К,т,т)<1. ]

На основании общего выражения условий устойчивости (20) получены зависимости, позволяющие определять устойчивость системы коррекции ГВ в частных случаях, когда используется датчик вертикали с линейной или нелинейной характеристикой.

В частности, при использовании датчика вертикали, имеющего линейную характеристику с насыщением, в системе коррекции ГВ, для которой сформулированы критерий самонастройки (12) и закон самонастройки (13), условия устойчивости (20) принимают вид

—¡=->0;

¿<1 (21) К2 V

Выражение (21) показывает, что устойчивость ГВ с самонастраивающейся системой коррекции не зависит от амплитуды и периода линейного горизонтального ускорения качки. Это обстоятельство позволяет увеличивать коэффициент передачи основного контура системы горизонтальной коррекции Копт без нарушения устойчивости системы во всем диапазоне параметров возмущения. Такое увеличение К„„„ по сравнению с системой без самонастройки параметров для некоторых вариантов может достигать двух порядков, что приводит к существенному уменьшению систематической погрешности ГВ.

Систематическая погрешность ГВ обусловлена наличием ее ухода от действия возмущающих моментов по оси прецессии гироскопа, а также видимым уходом от суточного вращения Земли и движения объекта. Предположим, что скорость ухода ГВ Q = const.

В общем виде систематическая погрешность ГВ с самонастраивающейся системой коррекции и датчиками вертикали различных типов описывается функциональной зависимостью вида

Sfi = f(Sl,K,T,m,T). (22)

Из выражения (22) следует, что систематическая погрешность ГВ с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции не зависит от

амплитуды линейного ускорения качки Однако, систематическая

погрешность зависит от периода линейного ускорения Т. Физический смысл этого явления заключается в следующем: законы самонастройки обеспечивают независимость обобщенного коэффициента передачи ССК от периода ускорений, в результате чего в свободном движении достигается независимость устойчивости ГВ от изменения периода линейного ускорения. При наличии постоянной скорости ухода ГВ обобщенный коэффициент передачи по-прежнему не зависит от периода ускорения, а уход ГВ -пропорционален периоду. Следовательно, систематическая погрешность ГВ пропорциональна периоду линейного ускорения. Тем не менее, использование самонастройки позволяет значительно увеличить коэффициент передачи основного контура, что во всех случаях обеспечивает существенно меньшее значение систематической погрешности по сравнению с системой коррекции без самонастройки. Этот вывод подтверждают зависимости относительной систематической погрешности ГВ от периода качки, изображенные на рис. 8.

40

32

24

П

16

'=cons

к

т=0,5 II

(~соп t /К = 0,1* с'

1,0

(

0,8 0,6 0,4 0,2

10 12 Г _

14 16 18 20 с

Рис 8 Зависимости относительной систематической погрешности от периода линейного ускорения для ГВ с самонастраивающейся системой коррекции, работающей по закону самонастройки (13) при т = const и ДИСК без самонастройки

Зависимости, полученные при К = const, относятся к системе коррекции без самонастройки параметров. Из рис. 8 видно, что использование принципов самонастройки параметров в ГВ с маятниковой горизонтальной коррекцией дает возможность значительно (более чем на порядок) уменьшить систематическую погрешность, обусловленную влиянием линейного горизонтального ускорения качки. При этом обеспечивается устойчивость системы коррекции во всем диапазоне возможных частот качки.

В шестой главе на основе общего подхода к исследованию систем автоматического регулирования при случайных возмущениях разработан метод анализа погрешности самонастраивающихся инерциальных измерительных систем, который позволяет сократить время на их разработку, благодаря использованию математического моделирования и сокращения объема натурных испытаний.

На основании общей формулы интерполяционного метода для расчета приближенного значения математического ожидания функции, зависящей от выбранного функционала выходных координат системы, характеризующего ее точность, получены зависимости для расчета математического ожидания, дисперсии и корреляционной функции погрешности ГВ с самонастраивающейся системой коррекции, имеющие вид

т = А/[Ф(0]*£ф&ли,<*м.®»)А; (23)

(=1

я = (24)

K(tt,t2) = Л/[(Ф(Г,)-«)(Ф(*2)-т)].

N

еЕ(фс,д *л*>®*)-»»)х (25)

Ы

где N - число вариантов интегрирования системы дифференциальных уравнений;

Л„, Х1к, (йк, - узлы интерполирования; рк - числа Кристоффеля.

Корни ортогональных полиномов и числа Кристоффеля для случайных величин \ и \ определяются по таблицам узлов типа Чебышева для нормального закона распределения. Случайная величина ы имеет плотность распределения, соответствующую спектрам колебаний подвижных объектов. В диссертации получено нелинейное преобразование, позволяющее выразить корни ортогональной системы полиномов относительно весовых функций в интегральной форме F(z) для рассматриваемых подвижных объектов через корни полиномов Лежандра, образующих ортогональную систему многочленов относительно равновероятного закона распределения F(x) случайной величины х.

Такое нелинейное преобразование для плотности распределения частоты качки корабля имеет вид

. „ ц , zz + 2vz + k2 1 z-v

Fl(z)~Fx =-ln—-- +—arctg-+

4nv z - 2vz + к 2ж fi ^^

1 z+v 1 l+x

+—arctg-+ —=-,

2K // 2 2

г е[—оо;оо]; _ге[-1;1],

где ц - коэффициент, характеризующий степень нерегулярности качки;

V - преобладающая частота качки, кг = ц1 + V2.

Таким образом, решение уравнений типа (26) позволяет определить корни ортогональных систем полиномов для весовых функций рассматриваемых подвижных объектов с использованием корней полиномов Лежандра, которые могут быть найдены по таблицам или вычислены с помощью численных методов по стандартным программам.

В качестве примера использования разработанного алгоритма интерполяционного метода для анализа точности ГВ с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции при случайных возмущениях приведем результаты расчета вероятностных характеристик погрешностей при размещении гировертикали на водоизмещающем корабле в условиях морской качки.

Наиболее общей характеристикой случайного процесса является корреляционная функция погрешности, которая изображена на рис. 9.

Рис. 9. Корреляционная функция погрешности ГВ

Линия, ограничивающая вертикальную плоскость, проходящую через биссектрису угла представляет собой дисперсию погрешности ГВ. При необходимости для каждого сечения корреляционной функции можно вычислить значения спектральной плотности погрешности стабилизации.

Результаты численного исследования математической модели ГВ с самонастраивающейся системой коррекции при случайных возмущениях подтверждают вывод о том, что при использовании системы коррекции с самонастройкой коэффициента передачи, систематическая погрешность

силовой гировертикали и его устойчивость не зависят от параметров возмущения.

В седьмой главе приведены данные о реализации результатов теоретических исследований. На основе разработанной прикладной теории инерциальных измерительных систем колебаний подвижных объектов и методик проектирования создан ряд опытных и промышленных образцов.

Гиростабилизированные компенсаторы качки (ГКК) серии «Волна» предназначены для автономного измерения величины вертикального перемещения, а также углов крена и дифферента судна или катера с точностью, необходимой для ввода поправок в эхолот при измерении глубины моря. Он используется для работы совместно с эхолотами DESO 10, DESO 20, DESO 25 и цифровым индикатором глубин EDIG-10 фирмы «ATLAS ELECTRONIC» (Германия), а также с многолучевым эхолотом SIMRAD ЕМ-100 фирмы «SIMRAD SABSEA» (Норвегия). ГКК «Волна-М» может использоваться на промерных катерах с эхолотами других марок.

Модификациями компенсаторов качки серии «Волна» являются ГКК «Волна-K» и ГКК «Волна-М».

В основу ГКК серии «Волна» положена двухосная силовая гировертикаль с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции. В качестве датчика вертикали используется жидкостный маятник, имеющий линейную характеристику с насыщением. В связи с этим в системе горизонтальной коррекции используется критерий самонастройки (12) и закон самонастройки (13). Информация о вертикальном перемещении судна получается путем интегрирования сигнала вертикально ориентированного акселерометра с помощью интегрирующего устройства с переменными параметрами, функциональная схема которого изображена на рис. 2. В интегрирующем устройстве с переменными параметрами используются критерии самонастройки (14), (15) и законы самонастройки (16), (17), (18).

Условно системы ГКК серии «Волна» можно разделить на два канала: канал построения вертикали, включающий в себя силовую ГВ с самонастраивающейся системой коррекции, и канал измерения вертикального перемещения.

С целью проверки достоверности разработанной теории и методов расчета самонастраивающихся измерительных систем параметров движения объектов были проведены их лабораторные исследования и натурные испытания.

При проведении экспериментальных исследований ГВ с самонастраивающейся системой коррекции решались следующие задачи:

экспериментальная проверка идеи применения принципа самонастройки в системе горизонтальной коррекции ГВ;

- проверка эффективности разработанных алгоритмов самонастройки;

- отработка методики экспериментального определения погрешности ГВ с самонастраивающейся системой коррекции в лабораторных условиях при изменении параметров возмущения в широких пределах и методики обработки результатов эксперимента;

- разработка методики и аппаратуры для экспериментального определения погрешности ГВ с самонастраивающейся системой коррекции в натурных условиях, а также алгоритмов обработки результатов эксперимента;

С целью приближения лабораторных исследований к реальным условиям эксплуатации ГВ на подвижных объектах применяемые динамические стенды должны воспроизводить как линейные, так и угловые колебания. Особенностью экспериментальных исследований ГВ с самонастраивающейся системой коррекции является то, что амплитуды и периоды качки, воспроизводимые испытательными стендами, должны изменяться в широких пределах. Поэтому при экспериментальных исследованиях использовался целый ряд динамических стендов.

На рис. 10 показаны результаты экспериментальных исследований двух образцов ГВ с самонастраивающейся системой коррекции, проведенных по разработанной методике.

--►

Рис 10 Зависимость систематической погрешности ГВ по наружной оси от амплитуды линейного горизонтального ускорения 1 - «Волна-К» № 05,2 - «Волна-К» № 08

На графиках показаны границы доверительных интервалов систематической погрешности с уровнем доверительной вероятности 0,9. Из приведенных зависимостей видно, что при изменении амплитуды линейного горизонтального ускорения от 0,25 до 1,25 м/с2 систематическая погрешность ГВ с самонастраивающейся системой коррекции в самом неблагоприятном случае изменяется на 70 угл. с.

На рис. 11 показаны результаты сравнительных испытаний ГВ с самонастраивающейся системой коррекции и ГВ с дискретно-ингефальной

системой коррекции без автоматической регулировки коэффициента передачи.

8

угл НИН

I 6

6 4

2

О

О 0,1 ОД 03 0,4 0,5 0,6 0,7 ,0,8

мс"

1Уо -►

Рис. 11. Зависимости систематической погрешности ГВ от амплитуды линейных

горизонтальных ускорений: 1 - ГВ с самонастраивающейся системой коррекции;

2 - ГВ с системой коррекции без самонастройки

Как следует из рис. 11, при изменении амплитуды линейных горизонтальных ускорений от 0,1 до 0,75 м/с2 систематическая погрешность ГВ с системой коррекции без самонастройки увеличилась в 6 - 7 раз, а систематическая погрешность ГВ с самонастраивающейся системой коррекции при тех же условиях осталась на прежнем уровне.

Цель натурных испытаний ГВ с самонастраивающейся системой коррекции заключалась в следующем:

проверка работоспособности самонастраивающейся системы коррекции в условиях морской качки;

- отработка методик и аппаратуры для автономного определения погрешности ГВ в натурных условиях;

- оценка систематической и случайной составляющей погрешности ГВ с самонастраивающейся системой коррекции в условиях морской качки.

Отработка методик и аппаратуры для проведения экспериментальных исследований ГВ в натурных условиях проводилась на гидрографических судах «Я. Смирницкий», «П. Башмаков», «И. Киреев» (проект КМ * УЛ головное судно проекта «Э. Толь») водоизмещением 2500 т в акваториях Белого, Баренцева и Карского морей.

При сравнении результатов натурных испытаний, приведенных в диссертации, и результатов математического моделирования можно сделать вывод о том, что для ГВ данного класса точности разработанная математическая модель адекватно отражает процессы, протекающие в

¿А

и

А у

л у

> У

----- к •—-

системе при ее эксплуатации в реальных условиях, и может быть использована при проектировании самонастраивающихся гировертикалей.

Самонастраивающееся интегрирующее устройство для измерения вертикального перемещения реализовано на базе промышленного компьютера в стандарте РС-104. В его состав входят модуль АЦП РСМ-1817Я и одноплатная микро-ЭВМ PCM-5820L производства фирмы «ADVANTECH».

На рис. 12 показана реакция интегрирующего устройства на импульсное воздействие, полученная в результате эксперимента, который проводился для наиболее распространенной на практике частоты качки и = 1 рад/с.

800,00 i —---r-rr

см 600,00

| 400,00

Я 200,00 0,00 -200,00 -400,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Рис 12 Реакция интегрирующего устройства на импульсное воздействие: и = 1 рад/с

Расчет вертикального перемещения проводился параллельно в реальном масштабе времени по одному алгоритму интегрирования, но с разными параметрами. На рис. 12 кривая 1 представляет собой реакцию самонастраивающегося интегрирующего устройства на импульсное воздействие, кривая 2 - тот же процесс, но для интегрирующего устройства без самонастройки.

Из рис. 12 видно, что оба процесса имеют практически одинаковую фазовую погрешность, но реакция самонастраивающегося интегрирующего устройства на импульсное воздействие меньше по амплитуде более чем 3 раза, а по времени - более чем в 2 раза.

Результаты экспериментальных исследований доказывают, что применение цифровых интеграторов с самонастройкой параметров по шоляет снизить погрешности и повысить устойчивость к импульсным воздействиям, а также уменьшить время готовности устройства измерения вертикальной качки.

f 2 г

/ \

к \

о V У

4J

Теоретические результаты, полученные в диссертации, реализованы в конструкциях инерциальных измерителей угла серии ИИУ.

Измерение превышения одного рельса над другим является одной из важных операций при строительстве, капитальном ремонте и контроле качества железнодорожного пути. Для этого используются маятниковые датчики прямого измерения на базе физического маятника и датчики косвенного измерения на основе линейного акселерометра.

Измерители уровня состоят из линейного акселерометра с горизонтально расположенной осью чувствительности, выход которого соединен с фильтром нижних частот, предназначенным для подавления вибрационной составляющей сигнала, так как в большинстве случаев работа датчика уровня осуществляется одновременно с вибрационным уплотнением балласта рабочими органами путевой машины.

Требования к параметрам и структуре фильтров нижних частот, применяемых в разных режимах работы путевой машины, противоречивы. С одной стороны, они должны обеспечивать передачу без амплитудных и фазовых искажений сигнала пропорционального превышению одного рельса над другим в диапазоне частот, ширина которого зависит от быстродействия системы выправки и скорости движения машины, с другой стороны -эффективно подавлять вибрационную составляющую сигнала и импульсные всплески, возникающие при прохождении стыков рельсов.

Ширина полосы пропускания фильтра зависит от скорости движения машины в рабочем режиме и частоты собственных колебаний автоматической системы выправки пути. Для машин, скорость движения которых в рабочем режиме не превышает 1 м/с (например, ВПО-З-ЗООО, ДСП), ширина полосы пропускания прибора должна составлять 0 - 1 Гц. Однако некоторые машины наряду с рабочим режимом имеют режим «измерительной поездки» со скоростью порядка 4 м/с, во время которой производится запись неровностей пути в бортовой компьютер. В этом случае полоса пропускания фильтра должна быть не менее 0-4 Гц. Кроме того, в данном режиме работ измерителя увеличиваются импульсные возмущения при прохождении стыков, для эффективного подавления которых необходимо повышать степень демпфирования собственных колебаний фильтра.

Для обеспечения возможности работы измерителя в различных режимах в его схеме предусмотрена возможность автоматического изменения структуры фильтра и его параметров.

На рис. 13 показана структурная схема ИИУ с переменными параметрами, которая позволяет расширить функциональные возможности датчика уровня за счет использования его как в рабочем режиме, так и в режиме «измерительной поездки».

Рис. 13 Структурная схема ИИУ с переменными параметрами

Схема содержит акселерометр, аналого-цифровой преобразователь АЦП, блок вычисления спектра, блок управления (БУ), переключатель (П) и блоки Ф] и Ф2, реализующие алгоритмы фильтров нижних частот, соответствующие по своей структуре и параметрам рабочему режиму и режиму «измерительной поездки» путевой машины.

Таким образом, применение фильтров нижних частот с переменной структурой и параметрами позволяет расширить функциональные возможности измерителя угла за счет использования его как в рабочем режиме, так и в режиме «измерительной поездки».

Типы путевых машин, которые комплектуются измерителями серии ИИУ, приведены в табл.

Таблица

Типы путевых машин, которые комплектуются инерциальными измерителями серии ИИУ

Тип измерителя Тип путевой машины Завод изготовитель

ИИУ-М1 ПРМ-5 ОАО «Кушвинский завод транспортного оборудования» г. Кушва

ИИУ-М2 ВПР-02К, ЭЛБ-4 ГУП Калужский завод «Ремпутъмаш»

ИИУ-М, ИИУ-МЗ ВПО-З-ЗООО, ДСП ОАО «Тулажелдормаш», г Тула, ПРМЗ г. Екатеринбург

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

В диссертации решена научная проблема, заключающаяся в создании теоретических основ построения инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткоиериодных маятников, позволяющих повысить точность их работы в условиях возмущений, параметры которых изменяются в широких пределах.

Полученные в работе результаты позволяют существенно расширить области практического применения инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на базе короткопериодных маятников, дают возможность производить синтез таких систем различного назначения на основе единых структур с использованием принципов самонастройки, а также сократить сроки и стоимость проектирования систем.

Основные научные и практические результаты работы, большинство из которых получено впервые при создании высокоточных инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов с использованием короткопериодных маятников, состоят в следующем:

1. На основе исследования процессов в инерциальных системах измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на базе короткопериодных маятников и действующих на них возмущений, созданы основы прикладной теории, в рамках которой разработаны:

функционально-структурная организация инерциальных измерительных систем с переменными параметрами;

- математический аппарат анализа и синтеза инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников, базирующийся на методах общей теории самонастраивающихся систем;

- математические модели маятниковых датчиков, работающих в условиях угловых колебаний и линейной вибрации подвижных объектов;

математические модели самонастраивающихся инерциальных измерительных систем, построенных на базе короткопериодных маятников;

2. На базе разработанных методов и моделей впервые получены результаты:

- решена задача синтеза самонастраивающихся инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников, включающая в себя синтез критериев и законов самонастройки параметров;

- разработаны алгоритмы идентификации параметров возмущения по сигналу короткопериодного маятника без привлечения дополнительной информации;

- получены неканонические спектральные разложения для случайных процессов угловых и линейных колебаний корабля, железнодорожного и автотранспортного средств;

3. Применение разработанных алгоритмов функционирования самонастраивающихся инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов на базе короткопериодных маятников позволяет для разомкнутых измерительных систем повысить точность и устойчивость к импульсным воздействиям, а для систем с обратной связью -обеспечить полную или частичную независимость их устойчивости и систематической погрешности от изменения интенсивности и преобладающей частоты линейного ускорения качки.

4. Эффективность применения разработанных методов проектирования и алгоритмов функционирования инерциальных систем измерения угловых и

линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников показана на примерах решения актуальных задач синтеза и исследования самонастраивающейся маятниковой горизонтальной системы коррекции гировертикали и системы измерения вертикальной качки с самонастраивающимся интегрирующим устройством.

5. Выполненный в диссертации комплекс теоретических и экспериментальных исследований нашел практическое применение при создании опытных и промышленных образцов:

гиростабилизированный компенсатор качки «Волна-М» (Гидрографическое предприятие г. Санкт-Петербург, Арктическая морская инженерно-геологическая экспедиция г. Мурманск, НПО «Южморгеология», НИПИ «Океангеофизика» г. Геленджик).

гиростабилизированная платформа «Юг» (КБ «Южное» г. Днепропетровск»)

- инерциальные измерители угла серии ИИУ (ОАО «Кушвенский завод транспортного оборудования», г. Кушва, ГУЛ Калужский завод «Ремпутьмаш», г. Калуга, ОАО «Тулажелдормаш», г. Тула, ПРМЗ, г. Екатеренбург., путевые машинные станции железных дорог Российской Федерации, Украины, Казахстана и Монголии.)

Основные публикации по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Распопов В.Я., Иванов Ю.В. Датчики уровня систем управления железнодорожных машин. - Тула: Тул. гос. ун-т, 2000. - 176 с.

2. Иванов Ю.В. Гироскопические системы измерения вертикальной качки. - Тула: Тул. гос. ун-т, 2004. — 184 с.

3. А. с. 9463337 СССР Роторный вибрационный гироскоп /В.В. Савельев, Ю.В. Иванов (СССР) № 2863131 Опубл. 23.03.82.

4. Иванов Ю. В., Шайденко А. Я., Евстигнеев Е. Т., Математическая модель системы коррекции //Сб. науч. тр. /Анализ и синтез приборов, систем управления и средств автоматизации. Тула, 1982, С. 28 - 32. -Деп. в ВИНИТИ 28.09.82, № 4948-82 Деп.

5. Шайденко А. Я., Лапаев А. В., Иванов Ю. В., Рыбак О. В. Статистическая обработка результатов эксперимента на ЭЦВМ. / ТулПИ. -Тула, 1983. - 66 с. - Деп. в ВИНИТИ 05.12.83., № 6921- 83 Деп.

6. Шайденко А. Я., Иванов Ю. В., Лапаев А. В. О повышении точности системы коррекции гиростабилизатора морского гравиметра // Тез. докл. науч. конф. / Метрология в гравиметрии, 19-21 ноября 1984 г. -Харьков.-С. 109-110.

7 Шайденко А. Я., Лапаев А. В., Иванов Ю. В. Судовой комплекс для определения фона вертикальных возмущений при проведении геофизических исследований // Тез. докл. науч. конф. / Метрология в гравиметрии, 19-21 ноября 1984 г. - Харьков. - С. 105 - 106.

8. А. с. 223109 СССР, МКИ3 G0IC 19/44. Система коррекции /А.Я. Шайдеико, Ю.В. Иванов. Е.Т. Евстигнеев (СССР). - №3096535; Заявлено 03.09.84; Опубл. 01.08.85.

9. А. с. 225782 СССР, МКИ3 G0IC 19/44. Система коррекции /А.Я. Шайденко. Ю.В. Иванов (СССР). - № 31076 39; Заявлено 11.02.85; Опубл. 02.09.85.

10. Иванов Ю. В., Евстигнеев Е. Т., Шайденко А. Я. Теоретическое и экспериментальное исследование гиростабилизированного измерителя качки. //Тез.док.науч.конф./ Гироскопические системы и их элементы, 27-29 мая 1986 г.- М., 1986. -МВТУ, 1986. -С. 31-32.

11. Иванов Ю.В. Неканоническое спектральное разложение процесса нерегулярной качки //Тез. докл./V Всесоюзный симпозиум по пневматическим (газовым) приводам и системам управления, 3-5 июня 1986 г. - М. - Тула. 1986,- С. 46 - 47.

12. А. с. 252433 СССР, МКИ3 G0IC 19/44. Система коррекции /А.Я. Шайденко. Ю.В. Иванов, В.В. Овсяников А.П. Кондратов (СССР). - № 3143285; Заявлено 26.05.86; Опубл. 1.04.87.

13. Шайденко А. Я., Иванов Ю. В. Лапаев А. В. Исследование точности нелинейных гироскопических систем //Тез. докл. науч. конф. /Гироскопические системы и их элементы, 30 мая-1 июня 1989 г. -Тула, 1989, ТулПИ. С. 21.

14. Шайденко А.Я., Иванов Ю.В., Евстигнеев Е.Т. Дискретные самонастраивающиеся системы коррекции гиростабилизатора //Тез. докл. науч. конф. /Гироскопические системы и их элементы, 30 мая-1 июня 1989 г. - Тула, 1989, ТулПИ. С. 37 - 38.

15. Шайденко А. Я., Иванов Ю. В. Лапаев А. В. Исследование точности нелинейных гироскопических систем при случайных воздействиях // Сб. науч. тр. / Приборы и системы автоматического управления. Тула: ТулПИ, 1989.-С. 29-35.

16. Шайденко А. Я., Иванов Ю. В., Евстигнеев Е. Т. Исследование самонастраивающейся дискретно-интегральной системы коррекции гиростабилизатора // Сб. науч. тр. / Гироскопические системы и их элементы. Тула: ТулПИ, 1990. - С. 103 - 107.

17. Методы и средства автоматизации проектирования РЭА: Учеб. пособие /Б.В. Сухинин, A.B. Пронин, C.B. Никитин, Ю.В. Иванов, В.В. Румянцев; Тул. политехи, ин-т. Тула, 1992, 54 с.

18. Иванов Ю. В. Анализ погрешностей гироскопических систем с горизонтальной системой коррекции на качке /Оборонная техника. 1993. №3. С. 31-33.

19. Иванов Ю.В. Сравнительное исследование систем измерения параметров качки подводных и надводных объектов. // Оборонная техника. 1995. X? 6. С. 50 - 52.

20. Иванов Ю.В., Кузнецов Ю.Е. Неканоническое спектральное разложение колебаний подвижных объектов // Оборонная техника №8, 1995 г., С. 4-7.

21. Иванов Ю.В. Использование принципа самонастройки для повышения точности гироскопических устройств, применяемых при исследовании океана. // Оборонная техника. 1995. № 9 -10. С. 89 - 93.

22. Распопов В.Я., Насибулин Р.Н., Иванов Ю.В. Измерители поперечной негоризонтальности железнодорожного пути //Информационный листок № 74-96, Тульский ЦНТИ серия Р.55.41.35. 8 апреля 1996 г.

23. Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Насибулин Р.Н. Маятниковые измерители негоризонтальности железнодорожного пути //Сб. науч. тр. /Измерительные преобразователи и информационные технологии. -Уфа, 1996. С. 51-54.

24. Иванов Ю. В., Евстигнеев Е. Т. Исследование точности гиростабилизатора с самонастраивающейся горизонтальной системой коррекции. // Оборонная техника. 1998. № 6 - 7. С. 17 - 19.

25. Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Зотов С.А. Датчики уровня систем управления выправочных железнодорожных машин //Датчики и системы 1999 г. № 4 - С. 40 - 44.

26. Иванов Ю.В., Демидов C.B. Автоматизация проектирования импульсных гироприборов. //Известия Тульского государственного университета / Серия проблемы специального машиностроения. -Вып. 2. - 1999. - С. 217 - 219.

27. Иванов Ю.В., Демидов C.B. WEB-технологии в информационных системах: выбор архитектуры и оценка параметров // Оборонная техника. 1999. № 3-4. С. 59 - 63.

28. Иванов Ю. В. Автономные датчики крена, дифферента и вертикальных перемещений надводных и подводных объектов // Датчики и системы.

2000. № 5. С. 33 - 37.

29. Иванов Ю. В. Датчик вертикальной качки с цифровым интегрирующим устройством // Изв. вузов. Приборостроение. 2001. Т. 44, №7. С. 26-28.

30. Иванов Ю.В. Опыт разработки компенсаторов качки //Сб. материалов Всероссийской научно-технической конференции «Приборы и приборные системы» 26-27 октября 2001 г. / Приборы и системы. Тула,

2001. С. 18-24.

31. Иванов Ю.В. Датчики уровня путевых машин с цифровыми фильтрами //Датчики и системы 2001 г. № 5 - С. 13-15.

32. Алалуев Р. В., Горин A.A., Горин В.И., Иванов Ю.В., Распопов В.Я. Конверсионные разработки кафедры «Приборы управления» ТулГУ //Датчики и системы 2001 г. № 5 - С.15-17.

33. Патент 2184675 РФ Устройство для измерения вертикальной качки судна / Ю. В. Иванов, Р. В. Алалуев (РФ) // Открытия. Изобретения. -

2002. -№ 19.

34. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Система измерения вертикальной качки судна с переменными параметрами // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы управления электротехническими объектами» Тула, 2002, Вып. 2.- С. 27-28.

35. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Микропроцессорная система стабилизации изображения // Датчики и системы, № 8, 2002 г. - С. 14 -15.

36 Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Измеритель вертикальных перемещений судна с самонастройкой параметров // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы специального машиностроения» Вып. 5 (ч 1). - 2002 г. - С. 34 - 36.

37. Иванов Ю.В., Зотов С.А. Динамика чувствительного элемента микромеханического акселерометра // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы управления электротехническими объектами» » Тула, 2002, Вып. 2. - С. 28.

38. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Устройство измерения вертикальных перемещений судна с самонастройкой параметров // Тезисы докладов XIII конференции памяти H.H. Острякова 30 - 31 октября 2002 г., г. Санкт - Петербург. - С. 24 - 25.

39. Иванов Ю. В., Алалуев Р.В., Распопов В.Я. Датчики уровня путевых машин с переменными параметрами // Датчики и системы, 2002 г, № 10, С. 29 -30.

40 Raspopov V Yu, Ivanov Yu V., Zotov S.A. Dynamics of the Sensitive Element of the Micromechanical Accelerometers //9th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 27 -29 May, 2002, P. 389-390.

41. Иванов Ю. В., Алалуев P. В. Самонастраивающийся интегратор вертикальной качки // Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46, № 5. С. 32-35.

42. Bylinkin S.F., Leschev V.T., Losev V.V., Zotov S.A., Ivanov Yu.V., Raspopov V.Yu. Accelerometer Series AT. Condition and Prospects of Development. //10th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 26 -28 May, 2003, P. 303 -308.

43. Иванов Ю. В. Инерциальные измерения в динамическом режиме с помощью короткопериодных маятников //Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46, № 9. С. 56 - 60.

44. Распопов В.Я., Малютин Д.М., Алалуев Р.В., Иванов Ю.В., Коршиков А.Н., Никитин Ю.Л. Малогабаритная система ориентации для измерения угловых координат изделия 9С528. // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы специального машиностроения» Вып. 6 (ч 2). - 2003 г. - С. 79 - 82.

45. Иванов Ю.В. Измерения параметров движения объектов в динамическом режиме с помощью короткопериодных маятников. // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы специального машиностроения» Вып. 6 (ч 2). - 2003 г. - С. 75 - 79.

46 Былинкин С.Ф., Лещев В.Т., Лосев В.В., Зотов С.А., Иванов Ю.В., Распопов В.Я. Акселерометры серии АТ. Состояние и перспективы разработок. //Гироскопия и навигация 2004. № 1. - С. 97 - 106.

47. Распопов В.Я., Малютин Д.М., Иванов Ю.В., Алалуев Р.В. Техническая система для измерения угловых координат. //Авиакосмическое приборостроение, 2004. № 3. - С. 6 - 9.

48. Распопов В.Я., Малютин Д.М., Иванов Ю.В., Алалуев Р.В. Малогабаритная система ориентации // Датчики и системы, 2004 г, № 8, С. 2 - 5.

49. Пат. 2234060 РФ. Устройство для измерения вертикальной качки судна / Ю.В. Иванов, Р.В. Алалуев, В.А. Орлов (РФ). - № 2003103807; Заявлено 10.02.03; Опубл. 10.08.04.

50. Иванов. Ю.В. Исследование силовой гировертикали с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции при случайных возмущениях. //Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы специального машиностроения» Вып. 5 (ч 1). - 2004 г. - С. 81 - 85.

;

а

í' «

i

РНБ Русский фонд

2006-4 6794

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕИЯ ПАРАМЕТРОВ

ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И ВОЗМУЩЕНИЯ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ

НА НИХ.

1.1. Параметры движения объектов и инерциальные методы их измерения

1.1.1. Угловые скорости и ориентация объекта.

1.1.2. Ускорения, скорости и линейные перемещения точек объекта.

1.1.3. Ускорение произвольной точки объекта, движущегося по вращающейся Земле.

1.2. Характеристики внешних воздействий, обусловленных качкой корабля.

1.3. Характеристики внешних воздействий, обусловленных колебаниями подводных буксируемых объектов.

1.4. Характеристики внешних воздействий, обусловленных колебаниями железнодорожных транспортных средств.

1.5. Математическая модель рельсового пути.

1.6. Математическая модель динамического взаимодействия движущегося железнодорожного транспортного средства и упругого пути.

1.7. Статистические характеристики возмущений, действующих на инерциальные измерительные системы, размещенные на железнодорожных транспортных средствах.

1.8. Характеристики внешних воздействий, обусловленных колебаниями автомобильных транспортных средств.

1.9. Анализ погрешностей гироскопических систем с маятниковой горизонтальной системой коррекции.

1.10. Направления повышения точности инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников с использованием принципов самонастройки.

Выводы к главе 1.

Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ КОРОТКОПЕРИОДНЫХ МАЯТНИКОВ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.

2.1. Обзор литературы.

2.2. Уравнения движения возмущённого физического маятника.

2.3. Исследование влияния вибрации оси подвеса на динамику маятника.

2.4. Исследование влияния угловых колебаний основания на динамику маятника.

2.5. Малые колебания монокристаллического маятника.

2. 6. Уравнения движения и динамика монокристаллического маятника.

2.7. Результаты численного исследования динамики монокристаллического маятника.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. СИНТЕЗ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАНИЙ ОБЪКТОВ НА ОСНОВЕ КОРОТКОПЕРИОДНЫХ МАЯТНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПА САМОНАСТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ.

3.1. Постановка задачи синтеза.

3.2. Этапы синтеза контура самонастройки.

3.3. Выбор критерия самонастройки и принципа построения контура самонастройки гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции.

3.4. Синтез алгоритмов идентификации параметров возмущения.

3.5. Синтез закона изменения настраиваемых параметров.

Структура контура самонастройки.

3.6. Математическая модель гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции.

Выводы к главе 3. $

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПОВ САМОНАСТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ.

4.1. Аналоговые интегрирующие устройства.

4.2. Цифровые интегрирующие устройства.

4.3. Синтез самонастраивающихся интегрирующих устройств.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ И ^ УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ

КОРОТКОПЕРИОДНЫХ МАЯТНИКОВ.

5.1. Исследование устойчивости гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции при использовании линейного датчика вертикали.

5.2. Исследование устойчивости гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции при использовании нелинейного датчика вертикали.

5.3. Исследование погрешности гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции и линейным датчиком вертикали.

5.4. Исследование погрешности гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции и нелинейным датчиком вертикали.

Выводы к главе 5.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОЙ ГИРОВЕРТИКАЛИ С САМОНАСТРАИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ ПРИ СЛУЧАЙНЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ.

6.1. Постановка задачи анализа точности гировертикали с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции при случайных возмущениях.

6.2. Неканоническое спектральное разложение колебаний подвижных объектов.

6.3. Алгоритм анализа точности гировертикали с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции интерполяционным методом

6.4. Пакет прикладных программ для исследования гировертикали с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции интерполяционным методом

6.5. Результаты исследования гировертикали с самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции на корабле при случайных возмущениях.

Выводы к главе 6.

7. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

7.1. Гиростабилизированный компенсатор качки серии «Волна».

7.2. Экспериментальное исследование гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции.

7.2.1. Задачи испытаний.

7.2.2. Методики и результаты экспериментальных исследований гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции в лабораторных условиях.

7.2.3. Методики и результаты натурных испытаний гировертикали ^ с самонастраивающейся системой коррекции в условиях морской качки.

7.3. Реализация и экспериментальные исследования самонастраивающегося интегрирующего устройства.

7.4. Измерители уровня путевых машин с переменными параметрами серии ИИУ.

Выводы к главе 7.

Решение комплексной проблемы обеспечения конкурентоспособности изделий отечественной промышленности возможно только на основе внедрения прогрессивных и наукоемких технологий. Неотъемлемой частью таких технологий являются информационно-измерительные и управляющие системы, обеспечивающие требуемую точность выполнения технологических процессов и высокие качественные показатели изделий. Известно, что на подвижных объектах военного и гражданского назначения широко применяются инерциальные измерительные системы угловых и линейных колебаний. Вертикальные и угловые перемещения судна оказывают отрицательное влияние на работу целого ряда приборов и систем, к которым относятся гравиметры, одно- и многолучевые эхолоты, профилографы, гидролокаторы бокового обзора (в том числе рыбопоисковые), антенны гидроакустических систем слежения за автономными подвижными объектами, лазерные и радиотехнические устройства для измерения параметров и состояния поверхности океана и атмосферы, антенны радиолокационных станций, систем спутниковой связи и телевидения. Влияет качка также и на аппаратуру в автономных буях для исследования морского волнения и экологии океана, гидроакустические приборы буксируемых необитаемых подводных аппаратов.

Знание вертикального перемещения судна имело и имеет в настоящее время большое значение в военном деле. Как известно, баллистическая траектория снаряда зависит от соотношения высот точки пуска и цели.

Измерение превышения одного рельса над другим является одной из важных технологических операций при строительстве, капитальном ремонте и контроле качества железнодорожного пути. В настоящее время для этого используются маятниковые датчики прямого измерения на базе физического маятника и датчики косвенного измерения на основе линейного акселерометра.

Измерение угловых и линейных колебаний подвижных объектов возможно путем применения оптических, радиотехнических (в том числе спутниковых) и инерциальных методов. Преимущество инерциального метода измерения заключается в его автономности. Такие измерения могут производиться на надводном, подводном, сухопутном объектах без использования дополнительных ориентиров. Кроме того, при использовании инерциального измерителя практически не имеют значения размеры объекта, на котором он установлен.

Построение вертикали места на подвижном объекте при помощи инерциальных построителей также основано на инерциальном методе.

Существенный вклад в развитие теории и практики инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов, и их элементной базы внесли М. Шулер, А.Н. Крылов, А. Ю. Ишлинский, Б.В. Булгаков, Ч.С. Дрейпер, В.Д. Андреев, и др.

Анализ современного состояния инерциальных измерительных систем на основе короткопериодных маятников показывает, что в целом ряде гироскопических приборов, имеющих систему горизонтальной коррекции, вследствие нелинейности характеристики ее чувствительного элемента и наличия ухода гироскопа от действия возмущающих моментов по оси прецессии, а также видимого ухода от вращения Земли, имеет место систематическая погрешность приведения к горизонту. Причем, эта погрешность зависит от амплитуды и периода линейного горизонтального ускорения качки объекта. Для целого ряда подвижных объектов указанные параметры возмущения изменяются в широких пределах, и на этапах разработки и настройки системы известны лишь границы изменения этих параметров. В результате этого, при определенных значениях амплитуд и периодов линейного ускорения объекта систематическая погрешность горизонтирования достигает недопустимо больших значений, а в ряде случаев система вообще теряет устойчивость, что приводит к потере работоспособности.

В системах определения вертикальной качки объектов, построенных на инерциальном методе измерения, параметры интегрирующего устройства (постоянные времени, коэффициенты передачи) зависят от преобладающей частоты качки и ее интенсивности. В силу того, что указанные параметры качки изменяются в широких пределах и зависят от многих факторов, при проектировании таких систем их параметры выбираются исходя из того, чтобы обеспечить заданную погрешность интегрирования при наименьшем значении преобладающей частоты качки. Недостатком такого подхода к проектированию является то, что постоянные времени интегрирующего устройства имеют сильно завышенную величину, так как при эксплуатации системы минимальные значения преобладающей частоты качки встречаются редко. В то же время, большие значения постоянных времени интегрирующего устройства делают систему нединамичной и восприимчевой к импульсным воздействиям, в результате которых возникают длительные переходные процессы и резко возрастает погрешность интегрирования.

Существуют также измерительные системы на основе у короткопериодных маятников, которые работают в нескольких режимах измерения, связанных с изменением скорости движения объекта. В этом случае частота полезного сигнала и частота помехи изменяются в широких пределах и на этапе проектирования практически невозможно выбрать параметры системы, чтобы она одинаково хорошо работала во всех режимах эксплуатации.

Таким образом, проблема, поставленная и решаемая в диссертации, заключается в создании теоретических основ построения и методов проектирования, позволяющих повысить точность инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников, функционирующих в условиях возмущений, параметры которых (интенсивность и частота максимума спектра) изменяются в широких пределах.

Решение поставленной проблемы связано с применением методов общей теории автоматического управления.

Развитие теории автоматического управления в значительной мере связаны с работами Р. Калмана и Р. Бьюси [36] по оптимальной линейной фильтрации, а также A.M. Летова [11] и Р. Калмана [7] по синтезу линейных динамических систем, оптимальных по квадратическому критерию качества. Данные работы сформировали теоретические основы для широкого применения теории в различных областях науки и техники и позволили решить принципиально новые теоретические и прикладные задачи.

В то же время практика применения теории оптимальных систем при решении конкретных технических задач показала, что оптимальные системы, синтезированные по квадратическому критерию качества, являются чувствительными к параметрам модели реального объекта и характеристикам внешних возмущений, т. е. являются негрубыми, и иногда теряют не только оптимальность, но и работоспособность в тех случаях, когда априорная информация об объекте и внешней среде известна не точно, а лишь с некоторой достоверностью.

Современный период развития теории управления характеризуется постановкой и решением задач, учитывающих неточность знаний об объектах управления и действующих на них внешних возмущений. Задачи синтеза регулятора и оценивания состояния с учетом неопределенности в характеристиках входных воздействий являются одними из центральных в современной теории управления. Их важность обусловлена прежде всего тем, что практически в любой инженерной задаче конструирования системы управления присутствует неопределенность (или ошибка) в модели объекта (математическая модель объекта, полученная на основе теории или в результате идентификации, отличается от реальной технической системы) и в знании класса входных возмущений.

Основная и принципиально новая идея по синтезу робастного управления состоит в том, чтобы единственным регулятором обеспечить устойчивость замкнутой системы не только для номинального объекта, но и для любого объекта, принадлежащего множеству «возмущенных» объектов, определяемых классом неопределенности.

В работе [62] предложен критерий оптимальности на основе Н°° -нормы многомерной передаточной функции замкнутой системы. В скалярном случае норма такой функции конечна и равна максимальному значению амплитудно-частотной характеристики.

Основной особенностью Я°°-регуляторов является тот факт, что в процессе функционирования робастной системы используется только априорная информация о возможных внешних возмущениях. Это приводит к тому, что робастные системы управления отличаются некоторым консерватизмом. Это объясняется тем, что робастные системы должны оставаться работоспособными (сохранять робастную устойчивость и заданный уровень качества) при максимально допустимых возмущениях, не «имея информации» о том, когда это возмущение произойдет.

В реальных условиях эксплуатации инерциальных измерительных систем функция распределения возмущений заранее неизвестна и её параметры изменяются, то есть имеет место априорная и текущая неопределенность в описании модели внешних возмущений. В этих условиях повышение точности возможно за счёт использования самонастраивающихся систем, в которых для восполнения недостающей информации о возмущениях активно используется текущая информация.

Таким образом, наиболее целесообразное решение проблемы повышения точности инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов построенных на основе короткопериодных маятников связано с использованием принципа самонастройки.

Самонастраивающиеся системы имеют ряд неоспоримых преимуществ при работе в условиях априорной неопределенности возмущений. Однако использование принципа самонастройки в инерциальных измерительных системах угловых и линейных колебаний подвижных объектов сдерживается отсутствием общей методологии и теоретической базы, позволяющих исследовать и обосновывать направления его эффективного использования, синтезировать критерии и законы самонастройки параметров систем и разрабатывать алгоритмические и программные средства для решения различных задач.

Научная значимость работы заключается в разработке теории и обобщении результатов исследований самонастраивающихся инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на оснйве короткопериодных маятников.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит:

- в создании теоретических основ построения, инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний подвижных объектов построенных на базе короткопериодных маятников;

- в разработке функционально-структурной организации инерциальных измерительных систем с переменными параметрами;

- в разработке математических моделей инерциальных измерительных систем с переменными параметрами и их элементов;

- в создании методик анализа и расчета инерциальных измерительных систем с переменными параметрами на основе короткопериодных маятников.

- в разработке и реализации алгоритмов получения информации о параметрах возмущения, критериев и законов изменения параметров системы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обобщенная схема измерительной системы, основанная на использовании принципов самонастройки.

2. Методы и результаты синтеза критериев и законов самонастройки инерциальных измерительных систем.

3. Методы и алгоритмы идентификации параметров возмущения, действующего на измерительную систему, по сигналу короткопериодного маятника без привлечения дополнительной информации.

4. Математические модели самонастраивающихся инерциальных измерительных систем, построенных на базе короткопериодных маятников.

5. Неканонические спектральные разложения для случайных процессов угловых и линейных колебаний корабля, железнодорожного и автотранспортного средств, позволяющие использовать интерполяционный метод исследования точности самонастраивающихся инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов на базе короткопериодных маятников.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований самонастраивающихся инерциальных измерительных систем угловых и линейных колебаний объектов на базе короткопериодных маятников.

Диссертация состоит из семи глав. Первая глава посвящена анализу инерциальных методов измерения параметров движения объектов и действующих на них возмущений. Приводится математическое описание параметров движения объектов, рассматриваются характеристики внешних воздействий, обусловленных качкой корабля, колебаниями железнодорожных и автомобильных транспортных средств. Проводится анализ погрешностей инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников и формулируются направления повышения их точности с использованием принципов самонастройки параметров.

Во второй главе получены математические модели маятниковых датчиков, используемых в инерциальных измерительных системах с учетом условий их эксплуатации на подвижных объектах. Проводятся аналитические и численные исследования влияния вибрации и угловых колебаний объекта на динамику маятникового измерителя угла отклонения от вертикали с учетом величины расстояния от точки подвеса маятника до центра качания. Получены зависимости амплитудных и фазовых погрешностей маятника от его конструктивных параметров. Разработаны математические модели чувствительного элемента акселерометра с монокристаллическим маятником. Получены аналитические зависимости для определения собственных частот и форм колебаний монокристаллического мятника. Проведено численное исследование математических моделей акселерометра с монокристаллическим маятником и даны рекомендации по предпочтительной ориентации маятника относительно основания для измерения угловой или линейной вибрации.

В третьей главе разработана функционально-структурная организация инерциальных измерительных систем с переменными параметрами на базе короткопериодных маятников, которая позволяет существенно повысить их точностные характеристики при работе в условиях текущей и априорной неопределенности возмущений. Предложен математический аппарат, базирующийся на методах общей теории самонастраивающихся систем, позволяющий создавать инженерные методы синтеза инерциальных систем измерения угловых и линейных колебаний подвижных объектов на основе короткопериодных маятников. Разработаны алгоритмы идентификации параметров возмущения, позволяющие без привлечения дополнительных источников информации по сигналу нелинейного маятникового датчика вертикали получать информацию о значениях амплитуды и периода линейного горизонтального ускорения колебаний подвижного объекта в реальном масштабе времени. Получены законы самонастройки, которые обеспечивают независимость обобщенного коэффициента передачи системы горизонтальной коррекции от изменения параметров возмущения. Разработаны математические модели самонастраивающихся инерциальных измерительных систем, построенных на базе короткопериодных маятников, дающие возможность проводить аналитическое и численное исследование их динамики.

В четвертой главе рассматриваются методы синтеза инерциальных измерительных систем с разомкнутым основным контуром. Предложен критерий самонастройки параметров интегратора вертикальной качки, основанный на нормировании его фазовой погрешности. Такой подход позволяет существенно уменьшить погрешность измерения вертикального перемещения объекта и повысить устойчивость системы к импульсным воздействиям. В результате синтеза получены алгоритмы самонастройки измерительной системы, которые мало чувствительны к погрешности вычисления преобладающей частоты качки, то есть обладают свойством «грубости». Приводятся результаты моделирования, показывающие, что при одинаковой фазовой погрешности реакция самонастраивающегося интегрирующего устройства на импульсное воздействие меньше по амплитуде более чем 3 раза, а по времени — более чем в 2 раза по сравнению с аналогичными характеристиками обычного интегратора.

В пятой главе рассматриваются аналитические методы исследования инерциальных измерительных систем с переменными параметрами на базе короткопериодных маятников. Разработаны методы исследования устойчивости и погрешности гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции при использовании линейного и нелинейного датчика вертикали. Приводятся результаты исследования, которые показывают, что использование предложенных впервые в данной работе подходов, основанных на использовании принципов самонастройки параметров, для целого класса приборов средней точности, в которых широко применяется маятниковая горизонтальная коррекция, дает возможность значительно (более чем на порядок) уменьшить систематическую погрешность, обусловленную влиянием линейного горизонтального ускорения качки. При этом обеспечивается устойчивость системы коррекции во всем диапазоне возможных частот качки.

В шестой главе рассмотрены методики численного исследования гировертикали с маятниковой самонастраивающейся системой горизонтальной коррекции. Получены неканонические спектральные разложения для случайных процессов колебаний корабля, железнодорожного и автомобильного транспортных средств. Результаты численного исследования математической модели гировертикали с самонастраивающейся системой коррекции при случайных возмущениях подтверждают вывод о том, что при использовании системы коррекции с самонастройкой коэффициента передачи, систематическая погрешность силовой гировертикали и его устойчивость не зависят от параметров возмущения.

В седьмой главе показано, что выполненный в диссертации комплекс теоретических и экспериментальных исследований нашел практическое применение при создании опытных и промышленных образцов. Приведены методики и результаты лабораторных исследований и натурных испытаний инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников.

Результаты диссертации опубликованы в двух монографиях [53, 126] и в пятидесяти научных работах. На основе полученных теоретических результатов разработаны и внедрены следующие образцы инерциальных измерительных систем на базе короткопериодных маятников:

1. Гиростабилизированный компенсатор качки «Волна-М» (Гидрографическое предприятие г. Санкт-Петербург, Арктическая морская инженерно-геологическая экспедиция г. Мурманск, НПО «Южморгеология», НИПИ «Океангеофизика» г. Геленджик).

2. Гиростабилизированная платформа «Юг» (КБ «Южное» г. Днепропетровск»)

3. Инерциальные измерители угла серии ИИУ (ОАО «Кушвенский завод транспортного оборудования», г. Кушва, ГУП Калужский завод «Ремпутьмаш», г. Калуга, ОАО «Тулажелдормаш», г. Тула, ПРМЗ, г. Екатеренбург., путевые машинные станции железных дорог Российской Федерации, Украины, Казахстана и Монголии.)

Выводы к главе 7

1. На основе проведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований спроектирован и внедрен в опытное и серийное производство ряд самонастраивающихся измерительных систем параметров движения объектов.

2. Результаты лабораторных исследований и натурных испытаний показали, что разработанная теория и методы расчета самонастраивающихся измерительных систем параметров движения объектов могут быть использованы при проектировании таких систем различного назначения.

3. Использование самонастройки параметров позволяет значительно снизить погрешности и повысить устойчивость к внешним воздействиям систем измерения параметров движения на базе короткопериодных маятников.

1. А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994. - 352 с.

2. Авилов К.В., Дремучев С.А., Краснобородько В.В., Селиванов В. Г. Глубоководный многолучевой эхолот // Океанология. — т. 32. — 1992. — вып. 5. - С. 966 - 969.

3. Алалуев Р. В., Горин A.A., Горин В.И., Иванов Ю.В., Распопов В.Я. Конверсионные разработки кафедры «Приборы управления» ТулГУ //Датчики и системы 2001 г. № 5 - С. 15 - 17.

4. Аналитические самонастраивающиеся системы автоматического управления /Под ред. В.В. Солодовникова. - М.: Машиностроение, 1965. -355 с.

5. Аналоговые и цифровые интегральные схемы /Под ред. С. В. Якубовского. - М.: Сов. Радио, 1979. — 336 с.

6. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Кн.1. Автономные системы. Кн. II. Корректируемые системы. -М.: Наука, 1966, 1967.

7. Антонов В.Н. и др. Адаптивные системы автоматического управления /В.Н.Антонов, A.M. Пришвин, В.А. Терехов, А.Э. Янчевский / Под ред. В.Б. Яковлева: Учеб. Пособие. — Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та. 1984— 204 с.

8. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов /Под общей ред. чл.-кор. РАН В.Г. Пешехонова. - СПб., 1999.- 357 с.

9. Астапов Ю.М., Медведев B.C. Статистическая теория систем автоматического регулирования и управления. - М.; Наука, 1982. — 304 с.

10. Бальмонт В.Б., Матвеев В.А. Опоры качения приборов. — М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.

11. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматическогорегулирования - M.: Наука, 1975. — 768 с.

12. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Т.2 /Динамика (качка) корабля. - Л.: Судостроение, 1976.-176 с.

13. Большегрузные восьмиосные вагоны /Под ред. JI. А. Шадура. — М.: Транспорт. 1968. -288 с.

14. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Качка судов на морском волнении. — JI. Судостроение. 1969. — 432 с.

15. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Мореходность судов. — JL: Судостроение, 1982. — 288 с.

16. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - М.: Наука, 1992.-280 с.

17. Бранец В.Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. — М.: Наука, 1973. — 329 с.

18. Бромберг П.В. Гироскопы направления //История механики гироскопических систем. - М.: Наука, 1975. - С. 20 - 31.

19. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. — М.: Наука. 1979.-296 с.

20. Брычков Ю.А., Маричев О.И., Прудников А.П. Таблицы неопределенных интегралов: Справочник. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1986. - 192 с.

21. Бублик Г.Ф., Одинцов A.A., Павловский М.А. Об автоколебаниях гировертикалей и курсовых гироскопов с коррекцией от жидкостного маятникового переключателя (ЖМП). // Изв. Вузов/ Приборостроение. — 1968. -№ 1.-С. 67-70.

22. Будкин В.Л., Паршин В.А., Прозоров С.А., Саломатин А.К., Соловьев В.М. Разработка кремниевых датчиков первичной информации для систем навигации и управления // Гироскопия и навигация. СПб. 1997 № 1.-С. 149 -154.

23. Бутенин Н.В., Лунц Я. Л, Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. T. 2.-М.: Наука, 1971.-460 с.

24. Былинкин С.Ф., Лещев В.Т., Лосев В.В., Зотов С.А., Иванов Ю.В., Распопов В.Я. Акселерометры серии AT. Состояние и перспективы разработок. //Гироскопия и навигация 2004. № 1. - С. 97 - 106.

25. Ваганов В.И. Интегральные преобразователи. — М.: Энергоатомиздат, 1983.-136 с.

26. Вавилов В.Д., Поздяев В.И., Шеянов В.Н. Об аэродинамическом демпфировании чувствительных элементов интегральных акселерометров. - Труды НИТИ, 1986, вып. 2(30). - С. 89 - 93.

27. Вавилов В.Д., Поздяев В.И. Конструирование интегральных датчиков. — М.: Изд. МАИ. - 1993. - 68 с.

28. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Физматгиз, 1962. — 564 с.

29. Вершинский С.Б., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона./ Под. ред. С.Б. Вертинского —М.: Транспорт, 1991, 360 с.

30. Вершинский С.Б., Данилов В.Н., Челноков И.И. Динамика вагона. — М.: Транспорт, 1972, 304 с.

31. Гаврилов М.А. и др. Логическое проектирование дискретных автоматов /М.А. Гаврилов. В.В. Девятков. Е.И. Пупырев. — М.: Наука, 1977. — 352 с.

32. Гальчук В. Я., Соловьев А.П. Техника научного эксперимента. — Л.: Судостроение, 1982. - 256 с.

33. Гироскопические системы. 4.2. Гироскопические стабилизаторы /Под ред. Д.С. Пельпора: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1977. — 223 с.

34. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. — М.: Физматгиз, 1962. — 476 с.

35. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник / Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. - М.: Радио и связь, 1985.-312 с.

36. Грачева Д. О. Взаимодействие вагонов и железнодорожного пути //Тр./ЦНИИ МПС. - М.: Транспорт. 1968 - Вып. 356. - С. 1 - 208.

37. Грязин Д. Г. Расчет и проектирование буев для измерения морского волнения. - СПб: СПбГИТМО(ТУ), 2000. - 134 с.

38. Губанов Ю. Н. Интерпретация данных гидролокаторов бокового обзора при морских геолого-геофизических исследованиях (Методические рекомендации). - Геленджик, НПО «Южморгеология», 1990. — 68 с.

39. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -М.: Энергоатомиздат, 1988. - 304 с.

40. Демиденко В.П. К вопросу применения систем самонастройки в гироскопах направления //Изв. вузов/ Приборостроение. —1969. — № 1. — С. 84-87.

41. Динамика гироскопических приборов, систем стабилизации и управления //Сб. науч. тр. /ТЛИ. - Тула: ТЛИ, 1980. - 159 с.

42. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель /Под ред. А. А. Хачатурова. — М.: Машиностроение, 1976. — 535 с.

43. Дмитриев С.П. Высокоточная морская навигация. СПб.: Судостроение, 1991.-224 с.

44. Дмитриев С.П. Инерциальные методы в инженерной геодезии. — СПб: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 1997. - 208 с.

45. Дмитревский Н. Н., Кузнецов В. Н., Куликов А. В., Носов А. В., Харатишвили Т. Г. Универсальный буксируемый носитель для акустических исследований // Океанология, - т. 31.- 1991.- вып. 5. — С. 864 - 867.

46. Евстигнеев Е.Т. Разработка дискретно-интегральной системы управления //Сб. материалов Всероссийской научно-технической конференции «Приборы и приборные системы» 26-27 октября 2001 г. /Приборы и системы. Тула, 2001, С. 13 — 17.

47. Евстигнеев Е. Т., Лыбин Д. В., Построение переходного процесса в гиростабилизаторе с дискретной системой управления. // Изв. вузов.

48. Приборостроение. 2001. Т. 44, № 7. С. 33 - 37.

49. Иванов В.А. Метрологическое обеспечение гироприборов. — Л.: Судостроение, 1983. - 180 с.

50. Иванов В.А., Ющенко A.C. Теория дискретных систем автоматического управления /Под ред. Е.П.: Попова. - М.: Наука, — 1983. - 336 с.

51. Иванов Ю.В. Неканоническое спектральное разложение процесса нерегулярной качки //Тез. докл. /V Всесоюзный симпозиум по пневматическим (газовым) приводам и системам управления, 3 — 5 июня 1986 г. - М. - Тула. 1986. - С. 46 - 47.

52. Иванов Ю. В. Автономные датчики крена, дифферента и вертикальных перемещений надводных и подводных объектов // Датчики и системы. 2000. № 5. С.ЗЗ — 37.

53. Иванов Ю. В. Анализ погрешностей гироскопических систем с горизонтальной системой коррекции на качке /Оборонная техника. 1993. №3. С. 31-33.

54. Иванов Ю.В. Гироскопические системы измерения вертикальной качки. - Тула: Тул. гос. ун-т, 2004. - 184 с.

55. Иванов Ю. В. Датчик вертикальной качки с цифровым интегрирующим устройством //Изв. вузов. Приборостроение. 2001. Т. 44, № 7. С. 26 — 28.

56. Иванов Ю.В. Датчики уровня путевых машин с цифровыми фильтрами //Датчики и системы 2001 г. № 5 - С. 13 - 15.

57. Иванов Ю.В. Измерения параметров движения объектов в динамическом режиме с помощью короткопериодных маятников. // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы специального машиностроения» Вып. 6 (ч 2). - 2003 г. - С. 75 - 79.

58. Иванов Ю. В. Инерциальные измерения в динамическом режиме с помощью короткопериодных маятников //Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46, №9. С. 56-60.

59. Иванов Ю.В. Использование принципа самонастройки для повышения точности гироскопических устройств, применяемых при исследовании океана. // Оборонная техника. 1995. № 9 - 10. С. 89 — 93.

60. Иванов Ю.В. Опыт разработки компенсаторов качки //Сб. материалов Всероссийской научно-технической конференции «Приборы и приборные системы» 26-27 октября 2001 г. / Приборы и системы. Тула, 2001, С. 18-24.

61. Иванов Ю.В. Сравнительное исследование систем измерения параметров качки подводных и надводных объектов. // Оборонная техника. 1995. № 6. С. 50 - 52.

62. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Измеритель вертикальных перемещений судна с самонастройкой параметров // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы специального машиностроения» Вып. 5 (ч 1). — 2002 г. - С. 34-36.

63. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Микропроцессорная система стабилизации изображения / Датчики и системы, № 8, 2002 г. — С. 14-15.

64. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Самонастраивающийся интегратор вертикальной качки // Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46, № 5. С. 32-35.

65. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Система измерения вертикальной качки судна с переменными параметрами // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы управления электротехническими объектами» Тула, 2002, Вып. 2.- С. 27-28.

66. Иванов Ю. В., Алалуев Р. В. Устройство измерения вертикальных перемещений судна с самонастройкой параметров // Тезисы докладов XIII конференции памяти H.H. Острякова 30-31 октября 2002 г., г. Санкт - Петербург. - С. 24-25.

67. Иванов Ю. В., Алалуев Р.В., Распопов В.Я. Датчики уровня путевых машин с переменными параметрами / Датчики и системы, 2002 г, № 10, С. 29-30.

68. Иванов Ю.В., Демидов C.B. WEB-технологии в информационных системах: выбор архитектуры и оценка параметров // Оборонная техника. 1999. № 3-4. С. 59-63.

69. Иванов Ю.В., Евстигнеев Е.Т. Исследование точности гиростабилизатора с самонастраивающейся горизонтальной системой коррекции. // Оборонная техника. 1998. № 6 - 7. С. 17 — 19.

70. Иванов Ю.В., Евстигнеев Е.Т., Шайденко А.Я. Дискретные самонастраивающиеся системы коррекции гиростабилизатора //Тез. докл. науч. конф. /Гироскопические системы и их элементы, 30 мая —1 июня 1989 г. - Тула, 1989, ТулПИ. - С. 47.

71. Иванов Ю.В., Зотов С.А. Динамика чувствительного элемента микромеханического акселерометра // Известия ТулГУ/ Серия «Проблемы управления электротехническими объектами» » Тула, 2002, Вып. 2.- С. 28.

72. Иванов Ю.В., Кузнецов Ю.Е. Неканоническое спектральное разложение колебаний подвижных объектов // Оборонная техника № 8, 1995 г., С. 4-7.

73. Иванов Ю.В., Лапаев A.B. Шайденко А.Я. Теоретическое и экспериментальное исследование гиростабилизированного измерителя качки /Тез. докл. науч. конф. /Гироскопические системы и их элементы, 27-29 мая 1986 г. - М., МВТУ, 1986. - С. 31 - 32.

74. Иванов Ю.В., Шайденко А.Я., Евстигнеев Е.Т. Математическая модель системы коррекции //Анализ и синтез приборов у систем управления и средств автоматизации. - Тула, 1982. - С.28-32. - Деп. в ВИНИТИ 28.09.82., №4948-82 Деп.

75. Игнатов A.M., Кулындышев В. А. Глубоководные геологоразведочные комплексы для изучения полезных ископаемых мирового океана // Океанология. - т. 32. — 1992. — вып. 2. — С. 372 - 378.

76. Инерциальные навигационные системы морских объектов /Д.П. Лукьянов, A.B. Мочалов, A.A. Одинцов, И.Б. Вайсгант; под. ред. Д.П. Лукьянова. - Л.: Судостроение, 1989. - 184 с.

77. Ишлинский А. Ю. Механика относительного движения и силы инерции. М.: Наука, 1981.-191 с.

78. Изделие 1Т128. Техническое описание ПБ1.790. 012ТО., 1980. - 95 с.

79. Исследование динамики и прочности пассажирских вагонов /Под ред. С.И. Соколова.-М.: Машиностроение, 1976. -223 с.

80. Казаков И.Е., Доступов Б.Г. Статистическая динамика нелинейных автоматических систем. — М.: Физматгиз, 1962. -332 с.

81. Калман Р. Вариационный принцип выбора оптимального фильтра из условия минимума квадратов ошибки. — В сб. Самонастраивающиеся автоматические системы / Труды симпозиума (ИФАК). — М.: Наука, 1964.

82. Капица П.Л. Маятник с вибрирующим подвесом. Успехи физ. наук. т. 44., в. 1,1951.

83. Каппелини В. и др. Цифровое фильтры и их применение /Пер.с англ. /В. Каппелини, А.Дж. Константинидис, П. Эмилани. — М.: Энергоатомиздат, 1983.-360 с.

84. Каструччио, Ирби. Цифровая система стабилизации орбитальной станции «Скайлэб» //Вопросы ракетной техники. — 1973. — №10. — С. 61-76.

85. Климов Д.М. Инерциальная навигация на море. — М.: Наука, 1984. — 117 с.

86. Козлов Ю.М. Юсупов P.M. Беспоисковые самонастраивающиесясистемы. — М.: Наука, 1969.- 455 с.

87. Коновалов С.Ф. Теория виброустойчивости акселерометров. — М.: Машиностроение, 1991. —272 с.

88. Корабельная система управления оружием «Вега» //Зарубежное военное обозрение. - 1974. - № 7. - С. 77 - 85.

89. Корн Г.А., Корн Т.М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы / Пер. со 2-го амер. перерераб. изд. И.Г.Арамановича и др.; Под общ. Ред. И.Г.Арамановича — 5-е изд. - М.: Наука, 1984. - 831 с.

90. Костров А.В. Стохастическая оптимизация гироскопической вертикали. /ПермПИ. - Пермь, 1983, 62 с. - Деп. в ВИНИТИ 7.06.83., № 3317-83 Деп.

91. Кочубиевский И.Д. и др. Динамическое моделирование и испытания технических систем / И.Д. Кочубиевский, В.А. Стражмейстер, Л.В. Калиновская, П.А. Матвеев; Под ред. И.Д. Кочубиевского. — М.: Энергия, 1978.-303 с.

92. Крылов А.Н. Качка корабля // Собрание трудов. - Т. XI. - М. — Л.: Изд-во АН СССР, 1951. - 469 с.

93. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложения в технических вопросах. - М. - Л.: Гостехиздат, 1950. - 368 с.

94. Крылов Ю.М. Спектральные методы исследования и расчета ветровых волн. — Л.: Гидрометеоиздат, 1966. -255 с.

95. Кудревич Б.И. Дополнительные вопросы теории гирокомпасов и гировертикалей. - Л.: Военмориздат, 1945. - 232 с.

96. Кудряшов Э.А. Моделирование частотных характеристик емкостных интегральных акселерометров // Датчики и системы. 1999. № 1. — С. 25 — 29.

97. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальнаяфильтрация. - М.: Машиностроение, 1982. - 216 с.

98. Куропаткин П.В. Оптимальные и самонастраивающиеся системы: Учеб. пособ.-JI.: 1975.-304 с.

99. Лапаев A.B., Иванов Ю.В., Шайденко А.Я. Исследование точности нелинейных гироскопических систем //Тез. докл. науч. конф. /Гироскопические системы и их элементы, 30 мая —1 июня 1989 г. — Тула, 1989, ТулПИ. - С. 21 - 22.

100. Лебедев A.A., Герасюта Н.Ф. Баллистика ракет. — М.: Машиностроение, 1970. — 236 с.

101. Левин И. Я. Справочник конструктора точных приборов. — Машиностроение, 1967.— 743 с.

102. Летов A.M. Аналитическое конструирование регуляторов // Автоматика и телемеханика. Т. 21. № 6. 1960.

103. Липтон Дж. С. Выставка инерциальных систем на подвижном основании /Пер. с англ. /Под ред. В.Л. Леонидова. - М.: Наука, 1971. — 167 с.

104. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. — М.: Наука. Гл. ред. физ.мат. лит., 1987. - 840 с.

105. Лунц Я.Л. Ошибки гироскопических приборов. - Л.: Судостроение, 1968.-232 с.

106. Лурье А.И. Аналитическая механика. — М.: Наука, 1976. — 824 с.

107. Магнус К. Колебания. - М.: Мир, 1952. - 303 с.

108. Макеев В.П. Гриненко Н.И., Павлюк Ю.С. Статистические задачи динамики упругих конструкций. - М.: Наука, 1984. — 232 с.

109. Малютин Д. М., Коржук Н. Л. Разработка канала ускоренной выставки длиннопериодной гировертикали // Оборонная техника, 1998, № 6 - 7. — С. 12-14.

110. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. - М.: Наука, 1972. -470 с.

111. Медель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. — М.:1. Транспорт, 1965. — 280 с.

112. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т. 3.: Методы современной теории автоматического управления / Под ред. Н. Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 748 с.

113. З.Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Пер. с англ. - JL: Судостроение, 1989. - 232 с.

114. Морская навигационная техника. Справочник. Под общ. ред. Е. JI. Смирнова. — СПб.: "Элмор", 2002. - 224 с.

115. Назаров Б.И. О погрешностях гиростабилизаторов //Известия АН СССР, ОТН / Техническая кибернетика. - 1963. - № 2.- С.84 - 93.

116. Назаров Б.И., Хлебников Г.А. Гиростабилизаторы ракет. — М.: Воениздат, 1975. — 216 с.

117. Никитин Е.А., Балашова A.A. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров. — М.: Машиностроение, 1969.-215 с.

118. Одинцов A.A. Теория и расчет гироскопических приборов. — Киев: Вища школа, 1985. - 392 с.

119. Озеряный H.A. Системы с параметрической обратной связью. — М.: Энергия. 1974.-151.

120. Павлюк Ю.С., Сакулин В.Д. //Вестник Всесоюз. научно-исслед. ин-та ж.-д. транспорта. - 1975. - №5. - С. 35 - 37.

121. Павлюк Ю.С., Сакулин В.Д., Резников Е.К. Аналитическая оценка случайных колебаний подрессоренных экипажей //Изв. вузов/ Машиностроение. - 1977. - М - С. 141 - 145.

122. Пельпор Д.С. Гироскопические системы ориентации и стабилизации: Справ, пособие. -М.: Машиностроение, 1982. — 165 с.

123. Пельпор Д.С., Колосов Ю.А., Рахтеенко Е.Р. Расчет и проектирование гироскопических стабилизаторов. - М.: Машиностроение, 1972. — 216 с.

124. Проектирование и производство электролитических преобразователейугла / М.А. Павловский, В.В. Кудрявцев, Ю.Н. Рудык, A.B. Яковенко. — Киев: Изд-во при Киев, ун-те, 1983.

125. Рабинер JL, Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработкисигналов. — М.: Мир, 1978. — 848 с.

126. Распопов В.Я., Иванов Ю.В. Датчики уровня систем управления железнодорожных машин. — Тула: Тул. гос. ун-т, 2000. — 176 с.

127. Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Зотов С.А. Датчики уровня систем управления выправочных железнодорожных машин //Датчики и системы 1999 г. № 4 - С. 40 - 44.

128. Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Насибулин Р.Н. Маятниковые измерители негоризонтальности железнодорожного пути //Сб. науч. тр. /Измерительные преобразователи и информационные технологии. — Уфа, 1996. С. 51 - 54.

129. Распопов В.Я., Малютин Д.М., Иванов Ю.В., Апалуев Р.В. Техническая система для измерения угловых координат. //Авиакосмическое приборостроение, 2004. № 3. - С. 6 - 9.

130. Распопов В.Я., Насибулин Р.Н., Иванов Ю.В. Измерители поперечной негоризонтальности железнодорожного пути //Информационный листок № 74-96, Тульский ЦНТИ серия Р.55.41.35. 8 апреля 1996 г.

131. Репников A.B., Сачков Г.П., Черноморский А.И. Гироскопические системы: Учеб. пособие для авиационных вузов /Под ред. A.B. Репникова. -М.: Машиностроение, 1983. - 319 с.

132. Ривкин С.С. Определение линейных скоростей и ускорений качки корабля инерциальным методом. Ч.1.-Л.: ЦНИИ "Румб", 1980. — 114 с.

133. Ривкин С. С. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. - М.: Наука, 1978. — 320 с.

134. Ривкин С. С. Статистический синтез гироскопических устройств. — JL: Судостроение, 1970. - 273 с.

135. Ривкин С.С. Теория гироскопических и стабилизационных устройств реактивного оружия. Ч. 1. Теория и основы проектирования корабельных стабилизационных устройств. - Л.: Изд-во ВМАКВ им. А.Н. Крылова, 1959. - 495 с.

136. Ривкин С.С. Теория гироскопических устройств. 4.1. — Л.: Судпромгиз, 1962.-507 с.

137. Ривкин С.С. Теория гироскопических устройств. Ч. 2. — Л.: Судостроение, 1964. - 549 с.

138. Ривкин С.С., Береза А.Д. Гироскопическая стабилизация морских гравиметров. -М.: Наука, 1985. — 176 с.

139. Ривкин С.С., Ивановский Р.И., Костров A.B. Статистическая оптимизация навигационных систем. — Л.: Судостроение, 1976. — 280 с.

140. Ривкин С.С., Тюменева Г.В. Использование фильтра Калмана в схеме коррекции гировертикали //Известия АН СССР/ Механика твердого тела, 1974. — С.30 -35.

141. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента.-М.: Наука, 1971.- 192 с.

142. Рыжик И.М. и Градштейн И.С. Таблицы интегралов сумм, рядов и произведений. Изд. 3-е, перераб. - М. — Л.: Гостехиздат, 1951. - 464 с.

143. Свешников A.A. Определение вероятностных характеристик трехмерного волнения моря //Известия АН СССР, ОТН /Механика и машиностроение. - 1969. — №3. — С. 32 — 41.

144. Силаев А. А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. - М.: Машиностроение, 1963. — 169 с.

145. Синельников А.Е. Уводы маятника на вибрирующем основании в случае действия эллиптической вибрации // Изв. АН СССР. Механика. —1965. №6.-С. 3-5.

146. Современные методы проектирования систем автоматического управления /Под общ. ред. акад. Б.Н. Петрова. - М.: Машиностроение, 1967.-703 с.

147. Сольницев Р.И. Вычислительные машины в судовой гироскопии. — Л.: Судостроение, 1977. — 312 с.

148. Сольницев Р.И. Основы автоматизации проектирования гироскопических систем: Учеб. пособие для вузов по спец. "Гироскопические приборы и устройства". — М.: Высш. шк., 1985. — 240 с.

149. Справочник машиностроителя. Т. 3 / Под ред. C.B. Серенсена. — М.: Машгиз, 1955.-565 с.

150. Стабилизация и ориентирование актинометрической аппаратуры при проведении наблюдений с подвижных объектов /Под ред. А.Я. Шайденко. - Тула: ТПИ, 1974. -2 ч.

151. Статистический анализ и оптимизация следящих систем /Под ред. A.B. Поцелуева. - М.: Машиностроение, 1977. - 360 с.

152. Статистические методы в проектировании нелинейных систем автоматического управления /Под ред. Б.Г. Доступова. — М.: Машиностроение, 1970.— 407 с.

153. Степанов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. — М.: Машиностроение, 1985. — 232 с.

154. Теория автоматического регулирования. Ч. 2. Анализ и синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования /Под ред. В.В. Солодовникова. — М.: Машиностроение, 1967.-682 с.

155. Теория автоматического регулирования. Ч. 3. Теория нестационарных, нелинейных и самонастраивающихся систем автоматического регулирования /Под ред. В.В. Солодовникова. — М.: Машиностроение,1969.-385 с.

156. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. /Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1985. — 472 с.

157. Топчеев Ю. И. Атлас по теории автоматического управления. М.: Машиностроение, 1989.— 751 с.

158. Ушкалов В.Ф., Резников J1.M., Редько С.Ф. Статистическая динамика рельсовых экипажей. — Киев: Наукова думка, 1982. — 360 с.

159. Фабрикант Е.А., Журавлев Л.Д. Динамика следящего привода гироскопических стабилизаторов. — М.: Машиностроение, 1984. — 247 с.

160. Фирсов Г. А. Развитие идей академика А.Н. Крылова в области теории и расчета качки кораблей на волнении //Тр. /НТО Судпром, - Л. 1957. — Т.7. - Вып.2. - С.5 - 19.

161. Харкевич A.A. Спектры и анализ - М.: Физматгиз, 1962. - 232 с.

162. Цыпкин Я.З., Попков Ю.С. Теория нелинейных импульсных систем. — М.: Наука. 1973.-416 с.

163. Чеголин П. М. Автоматизация спектрального и корреляционного анализа.-М.: Энергия, 1969.-384 с.

164. Челпанов И. Б. Оптимальная нелинейная коррекция гировертикали //Известия АН СССР, ОТН / Механика твердого тела — 1969. - №4. — С. 3-9.

165. Челпанов И.Б. и др. Расчет характеристик навигационных гироприборов /И.Б. Челпанов, Л.П. Несенюк, М.В. Брагинский. — Л.: Судостроение, 1978. - 264 с.

166. Чернецкий В.И. Анализ точности нелинейных систем управления. — М.: Машиностроение, 1968. - 246 с.

167. Чернецкий В. И., Дидук Г. А., Потапенко А. А. Математические методы и алгоритмы исследования автоматических систем /Под ред.В.И. Чернецкого. - Л.: Энергия, 1970. - 374 с.

168. Шайденко А. Я., Иванов Ю.В. О повышении точности системы коррекции гиростабилизатора //Тез. докл. науч. конф. /Пути совершенствования артиллерийского вооружения и техники, 25 - 26 марта 1985 г.-Тула:ТВАИУ 1985.-С.20.

169. Шайденко А.Я., Иванов Ю.В., Лапаев A.B. О повышении точности системы коррекции гиростабилизатора морского гравиметра // Тез. докл. науч. конф. /Метрология в гравиметрии, 19-21 нояб. 1984 г. Харьков. 1984.-С.109-110.

170. Шайденко А.Я., Лапаев A.B., Иванов Ю.В., Рыбак О.В. Статистическая обработка результатов эксперимента на ЭЦВМ / ТулПИ. -Тула, 1983.-66 с. - Деп. в ВИНИТИ 05.12.83., № 6921-83 Деп.

171. Шайденко А.Я., Лапаев A.B., Иванов Ю.В. Судовой комплекс для определения фона вертикальных возмущений при проведении геофизических исследований /Тез. докл. науч. конф. /Метрология в гравиметрии. 19-21 нояб. 1984 г. - Харьков, 1984. - С. 105 - 106.

172. Шайденко А. Я., Иванов Ю. В., Евстигнеев Е. Т. Исследование самонастраивающейся дискретно-интегральной системы коррекциигиростабилизатора // Сб. науч. тр. / Гироскопические системы и их элементы. Тула: ТулПИ, 1990. - С. 103 - 107.

173. Шайденко А. Я., Иванов Ю. В. Лапаев А. В. Исследование точности нелинейных гироскопических систем при случайных воздействиях // Сб. науч. тр. / Приборы и системы автоматического управления. Тула: ТулПИ, 1989.-С. 29-35.

174. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Сов. радио, 1979. — 368 с.

175. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений. — М.: Наука, 1976.-416 с.

176. Энциклопедия кибернетики / Под ред. В.М. Глушкова. — Киев: Главная редакция Украинской советской энциклопедий, 1974. -2 ч.

177. Яблонский A.A. Курс теоретической механики. Ч. 2 — М.: Высшая школа, 1963.-372 с.

178. Яценко H.H. Колебания, прочность и форсированные испытания грузовых автомобилей. — М.: Машиностроение, 1972. — 372 с.

179. А. с. 9463337 СССР Роторный вибрационный гироскоп /В.В. Савельев, Ю.В. Иванов (СССР) № 2863131 Опубл. 23.03.82.

180. А. с. 100380 СССР, МКИ3 G01C 19/54. Система коррекции /А.Я. Шайденко, Е.Т. Евстигнеев (СССР). № 2203478; Заявлено 06.05.76; Опубл. 08.10.76.

181. А. с. 225782 СССР, МКИ3 G0IC 19/44. Система коррекции /А.Я. Шайденко. Ю.В. Иванов (СССР). - № 31076 39; Заявлено 11.02.85; Опубл. 02.09.85.

182. А. с. 223109 СССР, МКИ3 G0IC 19/44. Система коррекции /А.Я. Шайденко, Ю.В. Иванов. Е.Т. Евстигнеев (СССР). - №3096535; Заявлено 03.09.84; Опубл. 01.08.85.

183. Пат. 2028000 РФ. Компенсационный акселерометр / В.И. Баженов, И.В. Вдовенко, В.А. Разинов, В.М. Соловьев // Б.И. 1995. - 3.

184. Пат. 2039994 РФ. Компенсационный акселерометр / В.И. Баженов,

185. И.В. Вдовенко, В.А. Разинов, В.М. Соловьев // Б.И. 1995. - 20.

186. Пат. 2184675 РФ. Устройство для измерения вертикальной качки судна / Ю. В. Иванов, Р. В. Алалуев (РФ) // Открытия. Изобретения. — 2002.-№ 19.

187. Пат. 2234060 РФ. Устройство для измерения вертикальной качки судна / Ю.В. Иванов, Р.В. Алалуев, В.А. Орлов (РФ). - № 2003103807; Заявлено 10.02.03; Опубл. 10.08.04.

188. Пат. 2215468 Великобритания, опубликован 20.09.1989.

189. Пат. 0512276А2 Европейский, опубликован 10.04.1992.193. Пат. 4104608 США, 1979.

190. Cervasio P. Optimal estimation of ship's attitudes and attitude rates // IEFF J. Ocean Eng. - 1979. - T. 4. - № 2. - P. 52. - 59.

191. Kalman R. E., Busy R.S. New Results in Linear Filtering and Prediction Theory // Trans. ASME, Basic Engineering, 1961.

192. Pierson W., Neumann G., James R. Practical methods for observing and forecasting ocean waves by means of wave spectra and statistics. - // U.S. Naval Oceanographic office. - 1971. - 284 p.

193. Raspopov V.Yu., Ivanov Yu.V., Zotov S.A. Dynamics of the Sensitive Element of the Micromechenical Accelerometers //9th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 27 -29 May, 2002, P. 389 -390.

194. Zames G. Feedback and optimal sensitivity: model reference transformations, multiplicative seminorms, and approximate inverses // IEEE Trans. Auto. Control. 1981. Vol. AC2.6. № 2.