автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система стабилизации и наведения линии визирования на динамически настраиваемом гироскопе

На правах рукописи

,/¿-у

Дегтярев Михаил Игорьевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМ А СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОМ ГИРОСКОПЕ

Специальность 05.11.16. - «Информационно-измерительные и управляющие системы» (в промышленности)

5 ДЕК 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2013

005542352

005542352

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Малютин Дмитрий Михайлович

Официальные оппоненты: Абрамов Алексей Иванович

доктор технических наук, профессор

ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»,

начальник отделения НТЦ

Насибулин Рэис Нуруллович кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», инженер региональной исследовательской лаборатории школьников и студентов

Ведущая организация: ОАО «Научно-производственное предприятие «Связь».

Защита диссертации состоится "27" декабря 2013 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.271.07 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92, 1-117).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «26» ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного

совета - ф.д. Данилкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) используются на подвижных объектах военного и гражданского назначения для получения информации об угловых параметрах линии визирования оптических приборов в режимах стабилизации и наведения.

Проведенный анализ технических характеристик существующих информационно - измерительных систем стабилизации и наведения показал, что большинство информационно-измерительных систем стабилизации и наведения (ГС - 15М, ГС - 25, С - 16 и т.д.) строятся на трехстепенных астатических гироскопах с внешним кардановым или с шаровым подвесом. Точность работы таких систем требует увеличения, а время готовности должно быть уменьшено. Задача повышения точности информационно -измерительных систем стабилизации и наведения может быть решена путем использования в качестве чувствительного элемента динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ), т. к. точность гиростабилизатора определяется как точностью системы стабилизации, обеспечивающей совмещение платформы с опорной системой координат, так и точностью самой опорной системы, где гироскоп играет роль чувствительного элемента, моделирующего опорную систему координат.

ДНГ имеет ряд преимуществ по сравнению с указанными выше гироскопами: небольшие габариты и массу, возможность функционирования в широком диапазоне температур при малом времени готовности прибора, малую потребляемую мощность, высокие точностные характеристики.

На сегодняшний день вопрос достижения потенциально возможных метрологических характеристик информационно-измерительных систем стабилизации и наведения на ДНГ не является полностью решенным. Его решение требует разработки математической модели, отличающейся от известных описанием функционирования информационно-измерительных систем стабилизации и наведения в совмещенном режиме стабилизации и управления. Кроме того, необходима разработка структур построения усилительно-преобразующих трактов (УПТ) контуров стабилизации информационно-измерительных систем стабилизации и наведения на ДНГ, обеспечивающих повышение точности и помехозащищенности системы с учетом вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

Разработкой подобных систем активно занимаются такие фирмы и организации как казённое предприятие ЦКБ «АРСЕНАЛ», ОАО НПК Киевский завод автоматики имени Г.И. Петровского (Украина); фирма «Zinger - Kirfott», фирма «Nortrop» (Германия); фирма Шоп (США); ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева», ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Мичуринский завод «Прогресс», ОАО «МНИИ «Агат», ОАО «Конструкторское бюро приборостроения», ОАО ПНППК (Россия) и др.

Таким образом, задача разработки математической модели информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления, алгоритмов функционирования и способов повышения точности работы информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ является актуальной.

Объектом исследования является информационно-измерительная система стабилизации и наведения на ДНГ.

Предметом исследования являются разработка математической модели информационно - измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления, алгоритмов функционирования, способов повышения точности и исследование особенностей функционирования информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ.

Целью работы является повышение точности, помехозащищенности и уменьшение времени готовности информационно-измерительной системы стабилизации и наведения за счет применения в качестве чувствительного элемента ДНГ и эффективной структуры построения контуров стабилизации системы.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Обзор и анализ характеристик информационно-измерительных систем стабилизации и наведения на ДНГ, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью. Выявление достоинств и недостатков информационно-измерительных систем стабилизации и наведения на ДНГ.

2. Разработка математической модели информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, отличающейся от известных описанием особенностей функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления.

3. Анализ устойчивости информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, представляющей собой сложную многоконтурную систему управления.

4. Разработка имитационной модели, позволяющей получить численное решение нелинейной системы уравнений, включающей уравнения движения стабилизированной площадки, ДНГ и дифференциальных уравнений кинематики движения карданова подвеса и объекта.

5. Разработка структуры построения усилительно-преобразующих трактов контуров стабилизации информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, обеспечивающей повышение точности и помехозащищенности системы с учетом вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

6. Анализ динамики информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ.

Методы исследований. Для решения поставленной задачи использовался комплексный метод исследования, который характеризуется применением аналитических методов, методов математического

моделирования с применением ЭВМ, методов физического моделирования в лабораторных условиях.

Теоретические предпосылки к разработке подобных систем были созданы трудами отечественных и зарубежных ученых: Пелыгар Д.С., Матвеев В.А., Подчезерцев В.П., Фатеев В.В., Распопов В.Я., Брозгуль Л.И., Мелешко В.В., Степанковский Ю.В., Власов Ю.Б., Северов Л.А., Филимонов О.М., Капай Д.А., Клюев В.Ю., Лысов А.П., Неусыпмн А. К., Engelder P.D., Fosster W.C., Burdess J.S., F.bner R.E. и др.

Научная навита работы определяется следующими результатами:

1. Разработана математическая модель информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, отличающаяся от известных описанием особенностей функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления и учитывающая перекрестное влияние каналов информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, и аналитические выражения для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ.

2. На основании аналитических выражений для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ разработана структура построения усилительно-преобразующих трактов контуров стабилизации информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, обеспечивающая повышение точности и помехозащищенности системы (ослабление помехи в выходном сигнале ДНГ на частоте вращения ротора и на двойной частоте вращения ротора ДНГ) с учетом вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

3. Показано, что замкнутый контур управления повышает угловую жесткость платформы информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ по моменту.

Практическая ценность результатов работы заключается в разработке математического описания, алгоритмов функционирования и способов повышения точности, являющихся базой для проектирования и модернизации двухосных информационно-измерительных систем стабилизации и наведения на ДНГ. Полученная в работе математическая модель может быть использована для оценки точности и при проектировании подобных систем. Работа проводилась при поддержке государственного контракта № 02.740.11.558 по теме «Исследование оптико-электронных методов пространственно - угловых измерений и создания на их основе широкого класса приборов повышенной точности, выполняемого в рамках целевой программы научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009-2013 гг.»

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: lV-я. V-я магистерская НТК, Тула, 2009 г., 2010 г.; НТК Тульского АН И «Пути совершенствования ракетно-артиллерийских комплексов, средств управления войсками и оружием, их эксплуатации и ремонта»; II Общероссийская молодежная НТК «Молодежь. Техника. Космос», СПб, БГТУ «Военмех» 2010 г.; XII конференции молодых ученых

«Навигация и управление движением», СПб, 2010 г.; XX международная НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2011 г.; X Всероссийская НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. Тула, 2011 г.

Положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления и аналитические выражения для анализа устойчивости информационно - измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ.

2. Структура построения усилительно-преобразующих трактов контуров стабилизации информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, обеспечивающая повышение точности и помехозащищенности системы.

3. Результаты исследования динамики контура стабилизации информационно — измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ.

Реализация и внедрения результатов. Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «РОСТОВСКИЙ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ЗАВОД». Научные положения и результаты исследований диссертации реализованы в учебных дисциплинах «Следящие системы с оптико - электронными координаторами» при подготовке студентов специальности 200400 и «Гиростабилизаторы оптических приборов» при подготовке студентов специальности 161100.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 5 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на полезную модель, 7 публикаций (4 в материалах Всероссийских и Международных конференциях).

Достоверность теоретических положений и результатов исследования подтверждены результатами имитационного моделирования и испытаниями макетного образца ИИССиН на ДНГ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 104 наименований, выполнена общим объемом 123 стр., включая 78 ил., 8 табл., 1 приложение, представленное на 3 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении рассмотрены актуальность и практическая ценность работы, сформулирована цель работы, задачи и методы исследований, научная новизна, результаты апробации и внедрения, а так же положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор технических характеристик информационно-измерительных систем стабилизации и наведения на ДНГ, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью.

Анализ литературных источников позволил выяснить, что точность гиростабилизатора определяется, как точностью системы стабилизации, обеспечивающей совмещение платформы с опорной системой координат, так

и точностью самой опорной системы, где гироскоп играет роль чувствительного элемента, моделирующего опорную систему координат.

Показано, что ДНГ относятся к гироскопам среднего класса точности, однако имеет меньшую стоимость и небольшие размеры по сравнению с гироскопами высокого класса точности (гироскопы на воздушном подвесе, электростатические гироскопы), малое число функциональных элементов, и, следовательно, повышенную надежность, возможность функционирования в широком диапазоне температур и перегрузок при малом времени готовности, малую потребляемую мощность. Для систем одноразового использования ДНГ можно отнести к гироскопам повышенной точности по сравнению с использующимися аналогами: трехстепенными астатическими гироскопами с внешним кардановым подвесом серии МГТУ и трехстепенными астатическими гироскопами с шаровым подвесом серии Д - 7.

Отмечается, что перечисленные выше факторы обуславливают достоинства ИНССнН на ДНГ. К недостаткам информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ можно отнести вариативность вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования, что затрудняет построение контуров стабилизации прибора. Также недостатком информационно ~ измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ является низкая помехозащищенность УП'Г в контурах стабилизации в результате наличия в выходном сигнале ДНГ квадратурных составляющих на частоте и двойной частоте вращения ротора ДНГ.

Выявлено, что на сегодняшний день математическая модель ИИССиН на ДНГ, учитывающая особенности функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления разработана недостаточно.

Таким образом, разработка адекватного математического описания работы ИИССиН на ДНГ, отличающейся описанием особенностей функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления, а также увеличение точности и помехозащищенности усилительно-преобразующих трактов в контурах стабилизации является актуальной задачей и требует своего решения.

Во второй главе, используя обобщенные уравнения Эйлера, разработана математическая модель информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, отличающаяся описанием особенностей функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления и учитывающая перекрестное влияние каналов ИИССиН на ДНГ.

Без учета моментов, изменяющихся с удвоенной частотой вращения вала двигателя ДНГ и вызывающих малые колебания ротора на этой частоте, в

режиме динамической настройки {А{ + Ву - С])ф2 - {ка + &р)= 0 уравнения движения ИИССиН на ДНГ имеют вид (1):

[/,, со,1 ч>+■ ^ )—+-^--Л/А., = Л/, (М8„,,Зх,У.,3 ,,/г1 ,,,

солр,- СОЬ^.-. ' -

<*><»■><<>оу.ю<с 1 1 >01:1. <У-2 >01 х2 • '"у2.<Рг: -4>гу' Р'Ф>А■С> ><*Ь А >«I • Р\ •«1 • А • й'л1}

ад + - А/ = М 2 (Мвн 2, ¿х.Лу ,А\,ВьС\,А,В,С,Ьг,ф, о>у1, й')-2 ,в 1 Д.иь/?'.

юох' 0>оу. .2. <Чг2 ■ <Р.Ч< }

(Л + 0,5В, )а, + 0,з(оа + Ор)а\ + (С + ¡¡I )<рР, - Мъ(л/|г',Л/_?3,Л/«, ,Л/,)г4 С\,А\,В],<р,о>х2,со-2,а],Оа,|;

(Л + 0,5Я,)/?.,+0,5(0„ +0/,)/?| + (С + В,)¥>а1. = , Л/,^', Л/ ^, М^, ,ср,а„,

С1,ВиА\,([>, сах 2, (0у2, Р„, Оа, О/; |

М,)с\ и){Т,М + 1) = 1<МКд)Лщ („У, Мдс2и)(Тдс2 + 1)" Кду2Р\ (*)1Г„2 (4

= Р.- (">:2 > '«о; ■ ^агУ.п'} Ч>гу = Ц>2 >Я>~. й)ол . ыоу • шо_- . <?.>' . 4>г: }

"'у2 = й>у2•"»>">л'2.Рп\<°;2 = «>г2(т/г.Л,.«,2. «„ )

(1)

/1/, ВI, СI - моменты инерции кольца подвеса относительно главных осей инерции; А, В, С - моменты инерции ротора относительно главных осей инерции; ф - угол поворота ротора гироскопа; ф - угловая скорость вращения ротора гироскопа; Д,, Вр - удельные моменты демпфирования по осям упругого подвеса; ка, - угловые жесткости по осям упругого подвеса; а,, Р] - углы, определяющие положение ротора относительно корпуса; а„, рл- углы рассогласования между линией визирования и линией летательный

аппарат - объект; А/"зФо - момент аэродинамического сопротивления

вращению ротора гироскопа; Мву^ - прочие моменты внешних сил,

действующие вокруг оси оуз внутреннего кольца подвеса гироскопа; М^ -прочие моменты внешних сил, действующие вокруг оси ох3 подвеса ротора; Мц , - проекции моментов внешних сил, действующих вокруг осей,

связанных с корпусом прибора (магнитоэлектрического датчика момента, магнитного тяжения); М^^Л'), 1^2 (') - передаточные функции корректирующих звеньев (КЗ) контуров стабилизации; И^зС?), -

передаточные функции КЗ контуров управления; а,,, р, - абсолютные угловые скорости системы координат, связанной с ротором ДНГ, относительно системы координат связанной с основанием, на котором

8

установлен ГС, при малых углах щ, Р1; 0)х|, юуЬ <о7) и со^, с»у2> - значения проекций абсолютной угловой скорости наружной рамы и платформы ГС на оси связанных с ними СК х/у^! и хду^ соответственно; -

моменты, развиваемые датчиками момента ДНГ; М1Ш\, Мш,2 ~ возмущающие моменты по осям наружной и внутренней рамы ГС соответственно, включая моменты сухого трения; - моменты инерции платформы ГС

относительно соответствующих осей; ¿хЬ^уЬ^гХ ~ моменты инерции

наружной рамы ГС относительно соответствующих осей; ср..,., (р.- - углы, характеризующие пеленг линии визирования объекта; Ь1, Ь2 - удельные моменты сил скоростного фения по осям наружной и внутренней рамы ГС соответственно; М/, М2 - обобщенные моменты, действующие вокруг осей оу2, 022 соответственно; М3, М4 - обобщенные моменты, действующих вокруг осей, связанных с ротором гироскопа; К(1с\,К()с2 - коэффициенты передачи двигателей стабилизации; Кду1,К,)у2 - коэффициенты передачи датчиков угла ДНГ; К<)с^,Кдс4 - коэффициенты передачи датчиков момента ДНГ; Кдуз,Кду4 - коэффициенты передачи тепловнзиониого датчика; Тдсу,Тдс2 - постоянные времени двигателей стабилизации;Тдс^,Тдс4 -постоянные времени датчиков момента ДНГ.

Полученная математическая модель ИИССиН на ДНГ может быть использована для исследования динамики, оценки точности и при проектировании подобных систем.

В третьей главе выведены аналитические выражения для определения устойчивости информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, представляющую собой сложную многоконтурную систему управления.

Для исследования устойчивости ИИССиН на ДНГ, получена система однородных линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами (2), путем линеаризации системы нелинейных уравнений, полученных во второй главе.

Jn\s2an 4 Ь^ап + Ку\)¥р{$)а\ + <2фг = 0;

+Ь2Фп + К у21Гр(*)рх =0;

■ Лгя2а, + Г)г.<:ах + Ял/7, - АквРп = 0; (2)

Арэгрс + - Ша? - Ак$ап = 0;

аг=а„ +щ,рг =/?„ +/?ь

где Jn| - эквивалентный момент инерции платформы, ^ - момент инерции платформы; Ь, - удельный момент демпфирования, определяемый в основном демпфированием в двигателях стабилизации; Ар — А + 0,5В\; /)/- = 0,5(0Ц + Щ);

Н - (С + #0ф; А к — 0,5(/4| + В\ - С\) <р; Q - момент, действующий со стороны гироскопа на платформу относительно осей стабилизации; МдсУ = A'pifFpi«)«) и Mfc2 - Кy2Wp{s)fii - записанные в операторной форме

выражения для моментов двигателей стабилизации (Wp(s) WKlt(s) = W^is)), где iV/s) - передаточная функция регулятора; Kyi = /<',),.- коэффициент передачи регулятора.

На основании уравнений (2) приведена струетурная схема ИИССиН на ДНГ, показанная на рисунке 1. В этой схеме можно выделить два канала регулирования по координатам а,„ р„, определяющим положение платформы, между которыми имеются перекрестные связи. На рисунке 1 дополнительно учтены обобщенные моменты по каналам наружной рамы и платформы

МдН[И Мд„2 соответственно, Л-/5 и М^— обобщенные моменты внешних сил,

действующих вокруг осей, связанных с корпусом прибора.

Рисунок 1- Структурная схема ИИССиН на ДНГ.

Показано, что если обозначить передаточную функцию одного канала системы стабилизации как Ф, ,(;;), структурная схема которой изображена на рисунке 2,

(['■,< х) ^П(.у)

^.¡гил-Т!—

«г

Oto

«1

_L

Jnis+b\s

an

Рисунок 2 - Структурная схема системы стабилизации ИИССиН на ДНГ. где при этом Фсс(я) имеет вид:

К-уФрМ

(3)

+Ьхн + Кухшр{в) а

То в результате структурная схема на рисунке 1 преобразуется к виду, изображенному на рисунке 3.

Рисунок 3 - Преобразованная структурная схема ИИССиН на ДНГ.

Составлена передаточная функция ИИССиН по одному из каналов

(например, а„) относительно момента М"и[, воздействующего на ДНГ по тому же каналу в следующем виде:

Ф(&)=Ф,{5)ФсА$) (4)

где Ф,(в) - передаточная функция системы, структурная схема которой обведена на рисунке 3 пунктиром, определяется выражением:

J„\s

Фг(:*) =

+ Фс

й)

1+

0*-(/,Л*2 КуХУ/ (.V))-+ ЛГЛ[1 -.(*)]) № - лк (5)----------1--^--1--------

^2*2лЬ2*)Куг\¥р(*) ____=

_ _ -- -

(5)

В работе показано, что выражение (5) определяет передаточную функцию ДНГ на подвижном основании, которым является платформа ГС.

Для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ использованы передаточные функции разомкнутой системы стабилизации (6) и передаточной функции разомкнутой системы ДНГ на подвижном основании (7):

1Г,.с(я)=1У,(в)- (6)

где ¡V¡(а), Я^я) показаны на рисунке 2.

ТО- ТО • Щз)- Ща), (7)

где Ж,(з), И^С')' й^в) показаны на рисунке 3.

Можно считать, что ИИССиН на ДНГ устойчива, если устойчивы система стабилизации (6) и ДНГ на подвижном основании (7).

В четвертой главе предложена структура построения усилительно-преобразующих трактов контуров стабилизации ИИССиН на ДНГ, на которую получен патент РФ [12]. Передаточная функция каналу наружной рамы имеет вид:

A'vl(l + 7jsXl + T^iris2 + „,S + l|r6V +«35 + l)

-;-TYl-ГТ2-\-' (8)

Ts(l + Г2.уД7-52.у2 + a2s + \\Tfs2 + a4i + 1)

где T, - параметры типовых передаточных функций.

Выбор значения коэффициентов усиления в контуре стабилизации осуществлен с учетом обеспечения помехозащищенности прибора. С этой целью в структуре регулятора по каналу наружной рамы предусмотрен заградительный фильтр, передаточная функция которого имеет вид:

00 = (?42*2 + a\s + iK^r-s2 + a3s + l)/[r5V + a2s + ljr72s2 + a4s + l), (9)

настроенный на первую и вторую гармоники частоты вращения ротора.

В диссертации отмечается, что для устранения систематического дрейфа ГС в результате вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах, и уменьшения ошибки стабилизации от действия низкочастотных возмущающих моментов в структуре регулятора по каналу наружной рамы предусмотрено изодромное звено вида:

+ (10)

Для обеспечения требуемого запаса устойчивости в системе в структуре регулятора по каналу наружной рамы предусмотрено интсгро-диффереицирующис звено вида:

^fe4W=0 + 7is)/0+r2i). dl)

Структура построения усилительно - преобразующего тракта по каналу платформы аналогична - каналу наружной рамы.

Проведено исследование динамики ИИССиН на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления.

Выполнен расчет эквивалентного возмущающего момента, который включает в себя следующие составляющие: момент сухого трения, момент от остаточной несбалансированности, момент тяжения токоподводов, момент вязкого трения, инерционный момент.

Исследования динамики произведено при параметрах ДНГ, соответствующих паспортным данным на гироскоп ГВК — 16.

На рисунке 4 приведены графики, отражающие качество стабилизации замкнутой системы по координатам а,„ [)„ ИИССиН на ДНГ при трехкомпонентнон качке основания с амплитудой ± 5° и частотой 3 Гц, от воздействия момента вязкого трения, инерционного момента и момента сухого трения, момента от несбалансированности и момента тяжения токопроводов относительно наружной и внутренней рамы карданного подвеса при переменных углах пеленга с учетом систематической составляющей

скорости дрейфа гироскопа 15 /ч, квадратурной составляющей скорости дрейфа < 15 °/ч, при перегрузках - 15g,

'1!

^ ; \ Д А

О 0.5 I 1.Г> 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 I —е

Рисунок 4 - График погрешностей по координатам а,„ [3„.

Выявлено, что погрешность стабилизации по координате а„ составляет 4,2'10'4 рад, по координате р„- 2,9'Ю"4 рад.

В работе проведено исследование динамики контура стабилизации информационно - измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ при замкнутом контуре управления ИИССиН на ДНГ. Замкнутая передаточная функция, представляющая собой отношение погрешности

стабилизации платформы а„ к возмущающему моменту , при замкнутом

контуре управления, имеет вид:

а„ ^^_ _

(11)

На рисунке 5 приведены ЛАФЧХ, отражающие качество стабилизации замкнутой системы ИИССиН на ДНГ: кривая 1 - контур управления разомкнут (КЗ имеет вид: И^^з = (Тр + \)/(7\р +1)); кривая 2 — контур управления разомкнут, в контуре стабилизации используется предложенная структура УНТ, кривая 3 - контур управления замкнут, в контуре стабилизации используется предложенная структура УП'Г.

Е -50 « -1™

■г

£ -150 200

г

-260! 270 • 1801

2 90

е о

3 -90 « -180

-270

10 101 Частота (рад/о

10

Рисунок 5 - ЛАФЧХ замкнутой системы стабилизации ИИССиН на ДНГ.

Из рисунка 5 следует, что, применение предлагаемой структуры УП'Г, например, на частоте колебания ЛА 1,5 Гц позволяет повысить угловую

жесткость стабилизации платформы по моменту в 32 раза по сравнению с традиционным построением усилительно-преобразующего тракта. Также видно, что замкнутый контур управления повышает угловую жесткость стабилизации платформы по моменту относительно кривой 2 в 28 раз.

На рисунке 6 приведены графики погрешностей ИИССиН на ДНГ в режиме автосопровождения по координатам а,„ (3„: кривая 1 - график погрешностей при переменных углах пеленга, при трехкомпонентной качке основания с амплитудой ± 5° и частотой 3 Гц, при перегрузке 1 кривая 2 -график погрешностей при переменных углах пеленга, при трехкомпонентной качке основания с амплитудой ± 5° и частотой 3 Гц, при перегрузке 1

п"рад,(0'! ли» „ю*

121-1-р---.-.-.-.-.-.-1

02 04 0.6 ОН 1

12 16

Рисунок 6 - Графики погрешностей ИИССиН на ДНГ.

по каналу наружной рамы: кривая

.•5

погрешность

кривая 2 -1составляет 1,3 "10"4 рад.

рад;

Выявлено, что автосопровождеиия при перегрузке составляет 7,5-10 погрешность автосопровождения при перегрузке По каналу платформы: кривая 1 - погрешность автосопровождения при перегрузке 1 £ составляет 6,8' 10"5 рад; кривая 2. — погрешность автосопровождения при перегрузке 15g составляет 1,15' 10"1 рад.

Разработан макетный образец ИИССиН (рис. 7) для проверки результатов теоретических исследований, приведенных в диссертационной работе.

Вес макета ГС 6кг, длина 270 мм, диаметр корпуса 250 мм. В качестве двигателей стабилизации применены безредукторные моментные двигатели серии ДС.

В диссертации показано, что результаты имитационного моделирования и испытания макетного образца ИИССиН на ДНГ подтверждают теоретические положения и результаты исследований.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в диссертационной работе.

Рисунок 7 - ИИССиН.

"11 ■В

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты выполненных исследований можно сформулировать следующим образом:

1. Разработана математическая модель ИИССиН на ДНГ', отличающаяся от известных особенностью функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления, получены аналитические выражения для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ, представляющую собой сложную многоконтурную систему.

2. Разработана имитационная модель, позволяющая получить численное решение нелинейной системы уравнений, включающей уравнения движения стабилизированной площадки, ДНГ и дифференциальных уравнений кинематики движения карданова подвеса и объекта.

3. Разработана структура построения УПТ в контурах стабилизации ИИССиН на ДНГ, обеспечивающая повышение точности и помехозащищенности системы с учетом вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

4. Проведено исследование динамики контура стабилизации ИИССиН на ДНГ при замкнутом контуре управления.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дегтярев МИ. Двухосный управляемый индикаторный ГС на ДНГ / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // IV-я магистерская НТК Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. — С. 150.

2. Дегтярев М.И. Двухосный управляемый индикаторный ГС на ДНГ головки самонаведения управляемого летательного аппарата / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Пути совершенствования ракетно-артиллернйских комплексов, средств управления войсками и оружием, их эксплуатации и ремонта. Труды XVII межвузовской НТК Тульского АИИ. Тула: Изд-во Тульского АИИ, 2010. - С. 118 - 119.

3. Дегтярев М.И. Система стабилизации и управления линией визирования летательного аппарата / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Молодежь. Техника. Космос. Труды II Общероссийской молодежной НТК: сборник материалов. СПб, Б1ТУ «Военмех», 2010. - С. 66 - 67.

4. Дегтярев М.И. Управляемый гиростабилизатор на динамически настраиваемом гироскопе / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Научно-технический журнал «Гироскоп ии и навигация». СПб, № 2(69), 2010. - С. 64 - 65.

5. Дегтярев М.И. Исследование динамики режима электрического арретирования ГС оптической головки самонаведения на ДНГ / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // V-я магистерская НТК Тульского государственного университета. Тула: Изд-во ТулГУ. Ч. 1, 2010. - С. 23 -24.

6. Дегтярев М.И. Управляемый ГС на ДНГ / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Материалы XII конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». СПб, 2010. - С. 41 - 45.

7. Дегтярев М.И. Состояние теории и практики индикаторных ГС на ДНГ / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.5, Ч 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. - С. 22 - 27.

8. Дегтярев М.И. Обзор технических характеристик индикаторных ГС на ДНГ / М.И. Дегтярев // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: тезисы XX международного НТС. Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - С. 179 - 180.

9. Дегтярев М.И. Математическое описание и результаты моделирования управляемого ГС на ДНГ / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. - С. 161 167.

10. Дегтярев М.И. Характеристики индикаторных 1С на ДНГ / М.И. Дегтярев // Материалы X Всероссийской НТК. «Техника XXI Века глазами молодых ученых и специалистов». Тула, Изд-во ТулГУ, 2011. - С. 120 - 126.

11. Дегтярев М.И. К анализу устойчивости двухосного индикаторного ГС на ДНГ / М.И. Дегтярев // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С. 403 - 408.

12. Патент РФ на полезную модель № 122477. М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин. Двухосный индикаторный гиростабилизатор на динамически настраиваемом гироскопе. МГ1К G 01 С 19/00. Заявл. 26.07.2012. Опубл. 27.11.2012.

13. Дегтярев М.И. Исследование динамики контура стабилизации индикаторного ГС на ДНГ при замкнутом контуре управления / М.И. Дегтярев, Д.М. Малютин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С. 214 - 217.

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 20.11.2013 Формат бумаги 60x84 '/|6. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 0,9. Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 100 экз. Заказ 089 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп. Ленина, 95

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

УТ4и \ I x,

Дегтярев Михаил Игорьевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОМ ГИРОСКОПЕ

Специальность 05.11.16. - «Информационно-измерительные и управляющие

системы» (в промышленности)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., доц., Д.М. Малютин

Тула, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СОДЕРЖАНИЕ 2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4

5

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ИНФОРМАЦОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДНГ 10

1.1 Функциональная схема ИИССиН 10

1.2 Технические характеристики ИИССиН на ДНГ 11 ^ 1.3 Состояние теории ИИССиН на ДНГ 15

1.4 Выводы по главе 23

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНФОРМАЦОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДНГ 24

2.1 Уравнения движения ИИССиН на ДНГ 24

2.2 Моменты количества движения отдельных элементов ГС 28

2 .3 Моменты реакции гироскопа на платформу ГС 28

ф 2 .4 Уравнения движения платформы ГС на ДНГ 33

2.5 Уравнения движения гироскопа 36

2.5.1 Уравнение движения кольца 36

2.5.2 Уравнение движения ротора 37

2.6 Уравнения связи угловых скоростей линии визирования и объекта 45 визирования

2.7 Уравнения движения ИИССиН на ДНГ 47

2.8 Выводы по главе 4 9

3. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ИНФОРМАЦОННО- 50 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДНГ

3.1 Линеаризация нелинейной системы дифференциальных уравнений, 50 описывающих динамику ИИССиН на ДНГ на подвижном основании

3.2 Исследование устойчивости системы стабилизации 57

3.3 Исследование устойчивости ДНГ на подвижном основании 63

3.4 Исследование устойчивости контура управления ИИССиН на ДНГ 67

3.5 Выводы по главе 74

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ИНФОРМАЦОННО- 75 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДНГ

4 .1 Структура построения усилительно-преобразующих трактов 75

контуров стабилизации ИИССиН на ДНГ

4.2 Расчет эквивалентного возмущающего момента 83

4.3 Анализ воздействия эквивалентного возмущающего момента на 88 ИИССиН на ДНГ

4.4 Исследование динамики контура стабилизации ИИССиН на ДНГ 94 при замкнутом контуре управления

4.5 Результаты экспериментальных исследований макетного образца 103 ИИССиН

4.6 Выводы по главе 105

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 109

ПРИЛОЖЕНИЯ 120

ПРИЛОЖЕНИЕ А 121

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 122

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АИИ - артиллерийский инженерный институт,

БГТУ - Балтийский государственный технический университет,

ВАК - высшая аттестационная комиссия,

ГНЦ - государственный научный центр,

ГС - гироскопический стабилизатор,

ГСП - гироскопическая стабилизированная платформа,

ДВ - двигатель,

ДС - двигатель стабилизации,

ДУС - датчик угловой скорости,

ЗЛВ - задающая линия визирования,

ИНС - инерциальная навигационная система,

JIA - летательный аппарат,

ЛВ - линия визирования,

МНИИ - Московский научно-исследовательский институт,

НПК - научно производственный комплекс,

НТК - научно техническая конференция,

ОС - оптическая система,

ОЭС - оптико-электронная система,

ПНППК - Пермская научно-производственная приборостроительная компания,

СК - система координат, У - усилитель,

ЦКБ - центральное конструкторское бюро,

ЦНИИ - центральный научно-исследовательский институт,

ЧЭ - чувствительный элемент

ВВЕДЕНИЕ

Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) используются на подвижных объектах военного и гражданского назначения для получения информации об угловых параметрах линии визирования (ЛВ) оптических приборов в режимах стабилизации и наведения.

Проведенный анализ технических характеристик существующих ИИССиН показал, что большинство ИИССиН (ГС - 15М, ГС - 25, С - 16 и т.д.) строятся на трехстепенных астатических гироскопах с внешним кардановым или с шаровым подвесом. Точность работы таких систем требует увеличения, а время готовности должно быть уменьшено. Задача повышения точности ИИССиН может быть решена путем использования в качестве чувствительного элемента (ЧЭ) динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ), т. к. точность гиростабилизатора (ГС) определяется как точностью системы стабилизации, обеспечивающей совмещение платформы с опорной системой координат (СК), так и точностью самой опорной системы, где гироскоп играет роль чувствительного элемента, моделирующего опорную СК.

ДНГ имеет ряд преимуществ по сравнению с указанными выше гироскопами: небольшие габариты и массу, возможность функционирования в широком диапазоне температур при малом времени готовности прибора, малую потребляемую мощность, высокие точностные характеристики.

На сегодняшний день вопрос достижения потенциально возможных метрологических характеристик ИИССиН на ДНГ не является полностью решенным. Его решение требует разработки математической модели, отличающейся от известных описанием функционирования ИИССиН в совмещенном режиме стабилизации и управления. Кроме того, необходимо разработка структур построения усилительно-преобразующих трактов (УПТ) контуров стабилизации ИИССиН на ДНГ, обеспечивающих повышение точности и помехозащищенности системы с учетом вариативности вида

передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

Разработкой подобных систем активно занимаются такие фирмы и организации как казённое предприятие ЦКБ «АРСЕНАЛ», ОАО НПК Киевский завод автоматики имени Г.И. Петровского (Украина); фирма «Zinger - Kirfott», фирма «Nortrop» (Г?рмания); фирма Litton (США); ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева», ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Мичуринский завод «Прогресс», ОАО «МНИИ «Агат», ОАО «Конструкторское бюро приборостроения», ОАО ПНППК (Россия) и др.

Таким образом, задача разработки математической модели ИИССиН на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления, алгоритмов функционирования и способов повышения точности работы ИИССиН на ДНГ является актуальной.

Объектом исследования является ИИССиН на ДНГ.

Предметом исследования являются разработка математической модели ИИССиН на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления, алгоритмов функционирования, способов повышения точности и исследование особенностей функционирования ИИССиН на ДНГ.

Целью работы является повышение точности, помехозащищенности и уменьшение времени готовности ИИССиН за счет применения в качестве ЧЭ ДНГ и эффективной структуры построения контуров стабилизации системы.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Обзор и анализ характеристик ИИССиН на ДНГ, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью. Выявить достоинства и недостатки ИИССиН на ДНГ.

2. Разработка математической модели ИИССиН на ДНГ, отличающейся от известных описанием особенностей функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления.

3. Анализ устойчивости ИИССиН на ДНГ, представляющей собой сложную многоконтурную систему управления.

4. Разработка имитационной модели, позволяющей получить численное решение нелинейной системы уравнений, включающей уравнения движения стабилизированной площадки, ДНГ и дифференциальных уравнений кинематики движения карданова подвеса и объекта.

5. Разработка структуры построения УПТ контуров стабилизации ИИССиН на ДНГ, обеспечивающей повышение точности и помехозащищенности системы с учетом вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

6. Анализ динамики ИИССиН на ДНГ.

Методы исследований. Для решения поставленной задачи использовался комплексный метод исследования, который характеризуется применением аналитических методов, методов математического моделирования с применением ЭВМ, методов физического моделирования в лабораторных условиях.

Теоретические предпосылки к разработке подобных систем были созданы трудами отечественных и зарубежных ученых: Пельпор Д.С., Матвеев В.А., Подчезерцев В.П., Фатеев В.В., Распопов В.Я., Брозгуль Л.И., Мелеппсо В.В., Степанковский Ю.В., Власов Ю.Б., Северов Л.А., Филимонов О.М., Кацай Д.А., Клюев В.Ю., Лысов А.Н., Неусыпин А. К., Engelder P.D., Fosster W.C., Burdess J.S., Ebner R.E. и др.

Научная новизна работы определяется следующими результатами:

1. Разработана математическая модель ИИССиН на ДНГ, отличающаяся от известных описанием особенностей функционирования системы в совмещенном режиме стабилизации и управления и учитывающая перекрестное влияние каналов информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, и аналитические выражения для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ.

2. На основании аналитических выражений для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ разработана структура построения УГТТ контуров стабилизации ИИССиН на ДНГ, обеспечивающая повышение точности и помехозащищенности системы (ослабление помехи в выходном сигнале ДНГ на частоте вращения ротора и на двойной частоте вращения ротора ДНГ) с учетом вариативности вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования.

3. Показано, что замкнутый контур управления повышает угловую жесткость платформы ИИССиН на ДНГ по моменту.

Практическая ценность результатов работы заключается в разработке математического описания, алгоритмов функционирования и способов повышения точности, являющихся базой для проектирования и модернизации двухосных ИИССиН на ДНГ. Полученная в работе математическая модель может быть использована для оценки точности и при проектировании подобных систем. Работа проводилась при поддержке государственного контракта № 02.740.11.558 по теме «Исследование оптико-электронных методов пространственно-угловых измерений и создания на их основе широкого класса приборов повышенной точности, выполняемого в рамках целевой программы научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009 - 2013 гг.»

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях. 1У-я, У-я магистерская НТК, Тула, 2009 г., 2010 г.; НТК Тульского ЛИИ «Пути совершенствования ракетно-артиллерийских комплексов, средств управления войсками и оружием, их эксплуатации и ремонта»; П Общероссийская молодежная НТК «Молодежь. Техника. Космос», СПб, БГТУ «Военмех» 2010 г.; XII конференции молодых ученых «Навигация и управление движением», СПб, 2010 г.; XX международная НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и

обработки информации», Алушта, 2011 г.; X Всероссийская НТК студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. Тула, 2011 г.

Положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель ИИССиН на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления и аналитические выражения для анализа устойчивости ИИССиН на ДНГ.

2. Структура построения УНТ контуров стабилизации информационно-измерительной системы стабилизации и наведения на ДНГ, обеспечивающая повышение точности и помехозащищенности системы.

3. Результаты исследования динамики контура стабилизации ИИССиН на ДНГ.

Реализация и внедрения результатов. Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «Ростовский оптико-механический завод». Научные положения и результаты исследований диссертации реализованы в учебных дисциплинах «Следящие системы с оптико-электронными координаторами» при подготовке студентов специальности 200400 и «Гиростабилизаторы оптических приборов» при подготовке студентов специальности 161100.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на полезную модель, 7 публикаций (4 в материалах Всероссийских и Международных конференциях).

Достоверность теоретических положений и результатов исследования подтверждены результатами имитационного моделирования и испытаниями макетного образца ИИССиН на ДНГ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 104 наименований, выполнена общим объемом 123 стр., включая 78 ил., 8 табл., 1 приложение, представленное на 4 стр.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОМ ГИРОСКОПЕ

1.1 Функциональная схема ИИССиН

Рассмотрим функциональную схему ИИССиН (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Функциональная схема ИИССиН: Ьц- спектральная

плотность яркости, Ьф- фон подстилающей поверхности, Ь\, • Ап~

побочные и ложные цели, та(>.) - спектральный коэффициент пропускания атмосферы, Фо - сумма излучения наблюдаемого объекта, а„, р„ - выходные сигналы с оптического датчика, поступающие на датчики момента гироскопа в режиме автосопровождения и в систему управления летательного аппарата.

Основными составляющими ИИССиН с гироприводом являются оптико-электронная система (ОЭС) и гироскопический следящий привод [1, 2, 3, 4].

ОЭС выполняет функцию определения координат наблюдаемого объекта и состоит из оптической системы (ОС), координатного приемника излучения и электронного тракта. ОС преобразует входящий поток излучения Фо, представляющий собой сумму излучения наблюдаемого объекта, фонового излучения и излучения побочных и ложных целей, в изображение на приемник излучения. Координатный приемник излучения выдает электрические сигналы, несущие информацию о координатах объекта.

Дальнейшее преобразование сигналов осуществляется электронным трактом, выполняющим функции выделения координат для их последующей выдачи в систему управления гироскопическим приводом (систему коррекции) и в систему управления летательного аппарата (ЛА).

Гироскопический привод обеспечивает стабилизацию в пространстве и повороты визирной линии для обеспечения слежения за перемещением наблюдаемого объекта [5, 6, 7, 8, 9, 10]. Кроме гироскопических приводов возможно применение в следящих системах пневматических, гидравлических и электрических приводов. Такие системы имеют меньшую себестоимость, габариты и массу по сравнению с системами, построенными с использованием гиропривода. Однако ГС обладает собственными стабилизационными свойствами в абсолютном пространстве, а также обеспечивает более высокое быстродействие вследствие его малой инерционности [8, 9, 11, 12]. Благодаря этим особенностям гироприводы получили широкое распространение в системах подобного рода.

1.2 Технические характеристики ИИССиН на ДНГ

Рассмотрим ИИССиН на ДНГ, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью.

На казённом предприятии ЦКБ «АРСЕНАЛ», Украина, разработан гироскопический стабилизатор поля зрения (ГС ПЗП). ИИССиН представляет собой двухосный ГС на основе миниатюрного управляемого ДНГ украинского производства.

Точность стабилизации, приведенная в таблице 1.1, определялась при гармонической качке основания по азимуту и по высоте с амплитудой ± 3 0 и частотой 0,7 - 1,2 Гц.

Таблица 1.1 - Характеристики ИИССиН разработки ЦКБ «Арсенал»

Точность стабилизации, угл. с 21

Уход линии визирования, мрад/мин: < 3 по азимуту < 1 по высоте

Углы прокачки линии визирования, град + 20....- 10 высота ± 5 азимут

Скорость наведения линии визирования, град/с ±0,02... 3,5

Масса, кг 14,5

Габариты, мм 0250x285

ОАО НПК Киевский завод автоматики имени Г.И. Петровского выпускает гирокомпас «КРУИЗ - М», относящихся к классу корректируемых гирокомпасов (ГК) с косвенным управлением.

ГК построен на индикаторном ГС на базе динамически настраиваемого гироскопа. Прибор предназначен для определения навигационных

параметров морских, речных судов и яхт. Технические характеристики ГК "КРУИЗ-М" приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - технические характеристики ГК "КРУИЗ-М"

Статическая погрешность, град/с ±0,50

Динамическая погрешность, град/с ±0,65

энергопотребление комплекса ГК "Круиз-М":

В базовой комплектации от сети постоянного тока 24 В, Вт 70

В полной комплектации от сети -220 В, 50 Гц, Вт 1000

Допустимый температурный диапазон работы, С - 10...+55

Время готовности, мин не более 60

Масса, кг 25

Габариты, мм 255x365x245

допустимые углы наклона:

Дифферент, град ±45

Крен, град ±45

Угловая скорость рыскания, град/с; не более 12

ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева» выпускает системы стабилизации изображения для танков «Агат - М» и «Ноктюрн».

В комплексе командира «Агат - М» три оптических канала размещены в одном корпусе. Стабилизация поля зрения каждого из каналов обеспечивается за счёт стабилизации головного зеркала, являющегося общим конструктивным элементом для всех трёх каналов.

В тепловизионном прицеле «Ноктюрн» стабилизация осуществляется аналогичным образом - посредством зеркала.

В качестве чувствительного элемента ГС «Агат - М» (рисунок 1.2) используется гироскоп ДНГ и трехстепенной астатич