автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование прецизионного роторного стенда, предназначенного для воспроизводства угловых скоростей в широком диапазоне

'! Г Г»

1 I о

ОД

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

гшшзрсигЕТ

На правах рукописи

АСАШННО Пагзл Алэкссегич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕЩ13Е0КК0Г0 РОТОРНОГО СТЕНДА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация тзхнологичоок:!х процессов п производств С по отраслям )

Автореферат-дкссертации на соиокаккэ ученой степени ■ кандидата технических наук

Саккт-Пзторбург 1393

Работа выполнена на кафедре "Автоматы" Санкт-Петербургского государственного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор И.Б.Челпанов Официальное оппоненты: доктор технических наук,

ведущий научный сотрудник СПбГТУ Карааии В.И,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

- ' Красильщиков М.й. "

Ведущая организация - СКБ "Поиск" С г.Санкт-Петербург )

Защита состоится " 1993г . б 4 & часов

на аасед.'^Мпшалнзирояанного совета Н 063.36.28 при Санкт-ПетербургсЩР^государственной технической университете по адресу:

195251, Санкт-Петербург, Лояитехкичеокая ул., 29, корп. I, ауд ' 1 *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 1993 года.

* '

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук»

доцент , С, —■-Н.М.Чесноков

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБ01Н

Актуальность темы диссертации. Гироскопические приборы уже много десятилетий применяется в навигационных системах и комплексах как-, средства хранения направлений осей координат и получения информации об угловом положении подвижных объектов ( кораблей, самолетов, ракет ). От качества их изготовления, регулировки и настройки,зависит точность и надежность функционирования сиотои стабилизация и управления двияенйон з*ях объектов и других бортовых систем. Поэтому необходимо быть уваренным, что погрсености средств измерения параметров дгатавкия кз прёвжзаат допустимых Значений и, следовательно, необходимо разрабатывать эффективные методы И средства йх аттестация, поверки й градуировки. При это» должны, быть обеспечены единство, дэатовэрность и требуемая точность йзмерёний^'Йзввстйо, ч*о затрата ка настройку, контрольные испытания « ^огарки в процэссо изготовления я призмо-сдаточннэ испытания датчиков нередко достетаэт С 50 ... 60 )% ойцих затрат на нх йзготокйзнйе. Кроме того» разработка и изготовление.новых райочпх и образцовых средств для градуировки и гговзрги требует длительного .врекзни и сувдствзкгшх иатзриальяня затрзт. Все это . диктузт кзсбходййость создавая укпкрсй5ьких айтонатиэярОЕанкнх испь!татзльныя й граду:!ровоч!эд кокпгексов.сбзспсчкзапаях воспро-нзйэдонга парЬютров дшкеняя. закрогок диапазоне при сохранении высокой точности.; Вэсьма внейхЕо. требования, предъявляемые к гра-дуировочкой М пслатательноя текгако со стороны раэработчикоэ средств изкзрэнкЯ парс^троэ дккеная.трэбуат создания научно-обосновашиго-подхода к прооггиромккз слегка в> иазначвнйэ кояс-труктивйкх параметров роториоаскотсиа й вабору парамэтров система автоматического управлэнияврапгзнкея ротора, Вследствие ска-¿анкогд* а такжэ учитывай, что диапазон кнфраниэких угловых скоростей С .10~\'., 10 ) рад/с до сих пор но охвачен единой государственной поверочной схемой, тену дассв|тщий,. посйямнйуа теоретическому и экспертонтальному исследование роторного стоила, предназначенного для, воспройэведэшм нйзких и ин{>раняэких угловых скйростей в вярокон диапазона, следует считать актуальной.

' Цельо диссертации является.разработка научных основ методик расчета и выбора основных, параметров универсальных роторных градуировочных комплексов и методик экспериментальных исследований точности воспроизводимых стендом постоянных угловых скоростей

б широком диапазоне ( Ю-'*.,. 10 ) рад/с.

Новизна основных результатов диссертации. Основные новые результаты в диссертации формулируются следующим образом:

- получены аналитические оценки областей устойчивооти движения поворотной платформы стенда с учетом податливости элементов конструкции роторной системы и неидеальности закона управления;.

- выполнено аналитической исследование газостатического подшипника стенда, определены зависимости его статических характеристик от его конструктивных параметров;

- предложена унифицированная схема для численного расчета динамических характеристик аэростатического подшипника и'исследо-. вания устойчивости ротора стенда в газостатической опоре;

- выполнен вколериивнтадыше исследования точности и степени равномерности воспроизводимых стендом ин^ранизких угловых скоростей;

- предложена схема, в которой использована гироскопическая стабилизация для снижения неравномерности вращения:платформы стенда на инфраниэких углорых скоростях, ■

Достошршсть и обоснованность основных результатов. Достоверность результатов диссертации определяется тщательным анализом существующего положения в области градуировочной й.испытательной техники, подробным обсуадзштн исходных моделей и упрощающих предложений, корректность» математических выводов и' в целом хорошим соответствием с рекомендациями, вытекающими из практики проектирования и оксплуатацзи.

Ценность для .практики заключается в том, что использование результатов работы как при разработке новых градуировочных роторных стендов, ик и при модернизации существующих за счет обоснованного выбора конструктивных параметров роторной системы и параметров системы управления оказывается возможным повысить точность и расширить диапазон воспроизводимых параметрав движения.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались на двух каучно-техничзских конференциях и на семинарах каредры "Автоматы" СПбГТУ. По тема диссертации написана одна . статья для сборника трудов СПбГГУ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, заклвчения, изложенных на /8» страницах машинописного текста, 35 рисунков, 13 таблиц и списка использованной литературы из 93 наименований.

СОДЕРКАШВ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации на основа анализа современных тенденций метрологического обеспечений приборостроения, определяется основная цель работы, формули-рузтся основные положения, выносимые на защиту, кратко излагается содержание диссертационной работы.

Первая глзЕа посвящена проблеме прецизионного воспроизведения низких и инфранизких угловых скоростей. Дан подробный аналитический обзор методов построения стендов. Выделяется задача воспроизведения абсолютных по величине инрранизкнх постоянных угловых скоростей. Проведен анализ состояния существующих поворотных стендов и испытательных роторных установок, а также анализ работ по исследований прецизионных электроприводов, применяемых в роторных стондах. Проанализирована основные причины, вызывающие колебания скорости и стгаазиив равномерность. вращения роторной системы стенда. Выявлены основные направления развития исследования в метрологических центрах ведущих стран мира и у нас в стране.

Анализ показывает, что прямые методы измерений при контроле гироскопических.измерительной.приборов обладают рядом преимуществ по сравнения с коевзшшиа методами. Поэтому, несмотря па сложность' прецизионного воспроизюдзная иохштэскях деггг.енкЛ, предпочтение этд&чт прямив истодам ¡г-оспроазх-эдекпя углошх с::сростоз и измерений. Отмечается, что наибольшее распространение в прецизионных стендах и поворотных: платформах для воопроаззодэнйя параметров движения и, в частности, постоянных угяогы* скоростей в широком диапазона, получили электромеханические роторные системы. В качество.высокоточного электропривода градуировочных стендов вироко применяется фазовыэ система регулирования с пропорциональ-но--интегральны!1 законом управления, скорость» дгагаталя постоянного тока и дяскрзтным импульсном датчиком угла поворота. Прецизионные роторные стенд^ внполняптся на высокоточных и емсокоетабиль-ных элементах ( газостатическке подиипняки, кагннткыо управляемые подвэсы, многополпеныэ двигатели с-высокой стопэньз равномерности момента, прецизионные капульешэ датчики углов ). Необходимость обоснованного выбора схемных и конструктивных решений требует проведения многоплановых научных исследований.

Вторая глава посвяцена описания разработанного в ЛПИ С СЛбГТУ ) на ка|едре "Автоматы" прецизионного роторного стенда для поспро-

изведения угловых скоростей в широком диапазоне.

Стенд предназначен для поверки и градуировки датчиков угловых скоростей и для статических испытаний гироскопических приборных устройств в поле постоянных угловых скоростей и имеет следув-щие технические характеристики:

- диапазон воспроизводимых угловых окороотей - С 4*10"^.. .300 ) °/с,

- дискретность задания углявой скорости - не более 2-10 °/с;

- диаметр платформы - 700 ым;

- грузоподъемность платформы - 50 кг;

- касса поворотной платформы - 500 кг; . . ' '

- Относительная среднеквадратичная пограрность воспроизведения и измерения угловой скорости э Диапазона ( 6-10 ) °/с при вреиени усреднения 5 минут т но более (I ... 0,2 ) %, в диапазоне С 6*10"^ ,,. 300 ) °/с при времени усреднения ! минута -не более С 0,2 ... 0,01 )

ГрадуирОЕОчний конпдокс состоит иа: поворотной платформы и шфокодвапеёоняоя безродукторной системы регулируемого алектро- " привода постоянного тока,-Ляатформа закреплена на прецизионном шпинделе с аэростатической опорой л приводится во вращение непосредственно от.электродвигателя постоянного тока. Регулирование и стабилизация угловой скорости ротораэлектродвигателя по пропорционально-интегральномузакону осуществляется фазо-импульсной системой автоматического управления. В качества'звдатчика скорости используется широкодиапазонный высокостабильный:кварцевый ге-нэратор частоты, Скорость вращения платформу контролируется дифференциальны« импульсным индуктивный измерителей скорости,

В трзтьей главе основное внимание удэлеио вопросам исследования динамики низкоскороотноя поворотной платформы стенда. Исследование устойчивости двюЦния роторной системы в режиме воспроизведения низких и икфрааиэкнх угловых скоростей осуществляет- • ся с учетсм крутильной,податливости отдельных»элементов стенда. Рассматривается влияние неядаальности закона управления на область устойчивости работы градуированного кавйлохса;:Анализируется аавмеммооть условии устойчивости от параметров роторной системы и параметров системы, управления» ; Г

Для. теоретического' исследования устойчивости движения поворотной платформы строилась динамическая модель. Отмечается, что роторная система отенда представляет сложнув нелинейную систему с распределенными.параметрами. Динамическая модель роторной

системы, после допустимой идеализации, рассматривается как крутильная колебательная система о сосредоточенными параметрами. При этом инерционные свойства ротора в динамической моделв характеризовались моментами инерции, упругие и диссипативныв свойства -.крутильными жёсткостями и коэффициентами демпфирования. Полная система уравнений динамики составляется из уравнений движения роторов и уравнений балансов напряжений якорных цепей приводного двигателя и двигателя дифференциального датчика обратной связи. Показано, что для идеального пропорционально-интегрального закона' управления аналитические условия устойчивости имея* следупщий вид: '

А + К, ( > О ;

■ \ + Кг.( &г-Тй} >0

гд<з. к . 1 , Та, - ^бщий коэффициент усиления цепи обратной связи, постоянная времени дифференцирующего корректирующего звена и электромагнитная постоянная времени якорной цепи соответственно. Индексы " I " и " 2 " откосятся к системе управления соответственно приводного двигателя и двигателя дифференциального датчика скорости.

•Влияние на устойчивость вращения с постоянной скоростьо роторной системы стенда неидеальноста 'закона управления для простоты рассматривается на модели жёсткого ротора. Так наличие в контуре, управления апериодических згэкьэв еуткает область устойчивости и требует выполнения услогая:

■V ✓ Т" (1- Тя)

/

где Т^ - зяэктронэханичёская постоянная времени якорной цепи двигателя; - постоянная времени апериодического звена.

При наличие в контуре управления, звена запаздывания для, обеспечения устойчивости, дви-лэйия платформы необходимо, чтобы запаздывание не превышало критического значения:

'тгТм ; Тм «кГ

Т а'

Влияние неидеальности закона управления на устойчивость движения с учетом крутильной податливости вала ротора исследуется на основании критерия Найквиста по логарифмическим частотным характеристикам. Построенные асимптотические логарифмические амплитудно- частотные и фазо-частотные характеристики показывают, что наличие звена запаздывания или апериодического звена в контуре управления ведет к необходимости ограничения общего коэффициента усиления цепи обратной связи. На высоких скоростях сказывается влияние крутильной податливости ротора. Запас устойчивости умень-сается при снижении жёсткости ротора.

В четвартой глав« основное внимание уделяется аналитическим исследованиям статики и динамики газостатического подшипника поворотной платформы стенда. На основе уравнений газодинамической теории смазки составляются и решается уравнения статики и динамики вала ротора в газостатическом ппинделе стенда. Получены выражения основных статических характеристик, определяющих несущуа способность, радиальную, осевую и угловую жёсткости газостатического подшипника в зависимости от его конструктивных параметров и параметров питающего воздуха. Из динамических характеристик основное внимание уделяется определению коэффициента демпфирования и частоты свободных колебаний вала ротора в опоре, по которым судят о факте и запасах устойчивости при вращении ротора при работе стенда.

Шпиндельный узел стенда представляет собой комбинированную аэростатическую' опору, состоящую из газостатического кольцевого подпятника и радиального газостатического подшипника. Осевые нагрузки, действующие на платформу стенда, воспринимаются только подпятником, а радиальные нагрузки - только радиальным подшипником. Моменты вокруг, двух осей воспринимаются как радиальным подвесом, так и подпятником.

В рамках общего подхода расчет статических характеристик сводится к интегрированию уравнения движения газа в зазорах газостатического подшипника. Уравнение Рейнольдса для опор с внешним наддувом, записанное в векторной форме, имеет следующий вид:

где Н- К'/Яа и ' ~ безразмерная и размерная величина зазора;

-П-о - маоптаб толщины »'иазочного слоя; Р= р = ( р/ - ква-

драт относительного давления в смазочном слое; ß - характерное абсолятное давление, равное давлении наддува; H[=t/t0 - безразмерное время; "fco - масштаб времени. Число сдавливания 0"= L^/K-oß t0 . где L0 - характерный масштаб длины; (ytacd , • eli-v - операторы градиента скалярного и дивергенции векторного полей.'

Общая задача расчета распределения давления в смазочном слое выглядит следующим образом: задаваясь' соответствующими масвтабами

■ L«o > to и. системой координат, определяемой геомэтричео-кой формой рабочих поверхностей опоры ( плоская для кольцевого ' подпятника и цилиндрическая для радиального подиипника, при зтсм одна из координатных линий которой направлена по нормали к поверхности сказочного слоя, а две другие произвольном образом ориэн-тирувтся вдоль поверхности ) преобразуют уравнение Рейнольдса применительно к типу газовой опоры, Интегрирупт полученные уравнения при соответствующих граиичнах условиях, которые опрэдэдяпт характерные, известные'значения давления в области интегрирования. Нижний предел соответствует'пэри^орни подпятника или среднему сечения подшипника, а верхний предел,- контуру центрального вентиляционного отгэрстия или торцовой поверхности радиального подоип-ккка. К граипчним услонаям присоединяется условие баланса расходов на линии' наддува..

Проведены числеиныэ расчеты статических характеристик газо-статичзского шпинделя стенда при различий* давлениях наддура. При расчете статических характеристик газовых подвесов фигурирует целый ряд факторов, одни из .'которых неизменны, другие могут изменяться в заданных диапазонах значений. (Тергые являются исходными данными для расчета и к ним относятся: вид газовой смазки ( чаще всего воздух ), которая полностьо характеризуется показателем адиабаты, температурой и динамическим, коэффициентом вязкости; давление окрулаящей среды; основные накрогвокетрические размеры опоры ( наружный, внутренний и радиус линии наддува для кольцевого подпятника, удлинение подиипника, равное отношения его длины к диаметру для радиального подиипника ); число питавших отверстий; средний рабочий зазор для кольцевого подиипника. К переменным, варьируемым параметрам расчета относятся: микрогеомет-рическио размеры опоры - диаметр диафрагмы, объем карманов пита-ящих отверстий; давлент наддую; массовый расход газа.

В главе получены аналитические выражения допустимой статической и моментной неуравновешенности ротора при установке испытуемого объекте в зависимости qt допускаемых по условиям испытаний радиального и углового биений оси поворотной платформы стенда. Отыскание значения допустимой неуравновешенности tT*x сводится к нахождение наименьшего из двух решений системы алгебраических уравнений, описывающих условия равновесия внешних сил, вызванных несовпадением центра тя&ести объекта, установленного . на платформе стенда, с осы: es вращения, и аэродинамических сил и моментов, возникающих при этом в опоре.

»м ; Г . / \ ' у ,>Л 1 д ■« m.ixj д(е ); дС х ) j >.'■■'

гдэ Д ( е30" ) и Д ( ^Зоп J _ допустимые радиальное и угловое биения реи платформы стенда.

При проведении анализа устойчивости динамики ротора в газостатическом подвесе масштаб времени t0 выбирался из условия равенства единице безразмерных инерционных параметров системы, поэтому исходное уравнение динамики поступательных и угловых перемещений подвижного элемента газостатической опоры имеет следующий вид: _

- . с. q

d ОТ» >

где 5 - обобщенное перемещение, - обобщенная удельная ди-

намическая реакция смазочного слоя, которая связывается с коэффициентами , , характеризующими осевую, радиальную или угловую жёсткость смазочного слоя и его демпфирующие свойства, соотношением:

где )) V "to - относительная частота свободных коле-

баний; ОС - коэффициент демпфирования. Аэродинамические коэффициенты <{,* , определяйся из решения уравнения Рейнольдса. Используя соответствующее выражение для определения обобщенного перемещения и учитывая последнее выражение, констатируется, что

задача определения динамических характеристик газостатической опоры сведется к решению системы двух нелинейных уравнений:

-ПГ'

в которых неизвестными являются параметры свободных колебаний

ОС , V.

Пятая глава посвящена экспориментальным исследованиям гра-дуировочного роторного стенда. В процессе экспериментальных исследований основное внимание обращалось на точность воспроизводимых стендом инфранизких угловых скоростей и степень равномерности вращения поворотной платформы, которая определяется, отклонениями значений угловых скоростей от среднего. Достоверность результатов экспериментальных исследований во .многом определяется выбором метода и средств измерения и регистрации угловых перемещений и скоростей. Проведенный анализ литературы, посвященной методам прецизионного измерения угловых параметров движения, показал, что и практике измерений используются оба способа определения параметров движения: метод напосродствзнного ( прямого ) измерения и метод косвенного измерения. Применение измерительных приборов прямого действия, основанных на преобразовании угловой скорости в аналоговая электрический сигнал ( о пэкощьэ тахогзизратора ) или другую аналоговую физическую величину ( метод непосредственной оценки ), не позволяет получить высокую точность измерения. Причем переход на цифровые фърмы представления информации в рассмотренном случае не приводит к существенному увеличению точности измерения по причина высокой погрепности первичного измерительного преобразователя. Отмечается также, что многие из измерителей данного класса ( из-за присущей им электромагнитной или механической инерции ) принципиально не могут быть использованы для измерения мгновенных значений угловой скорости. В градуировочной технике на практике для измерения скоростей медленно вращающихся платформ навел второй - косвенный метод измерения, который сводится к многократным измерениям приращений А ^ угла поворота

у. за интервалы времени д-^ . Каждое отношение л^ представляет собой среднею угловую скорость за этот интервал.

В работе используется специально разработанное прецизионное

устройство для измерения углових скоростей в широком диапазоне их изменения с помощью кольцевого газового лазера. В процессе измерения с помощью лазерного гониометра осуществляется вращение кольцевого газового лазера с постоянной угловой скоростью и.суммирование периодов разностной частоты.выходного сигнала лазера внутри временного интервала, формируемого импульсами, задающими измеряемый угол. Технические возможности лазерного измерительного устройства позволяют измерять утлы поворота платформы в пределах 5°, с дискретностью отсчета ,0,060В угловых секунд через интервалы времени 0,018 с. Используемая в измерительном комплексе ПЭВМ "Электроника МС 0507", регистрирует дискретные,значения углов поворота платформы и вычисляет значения средней угловой скорости за последовательные интервалы времени длительностью 0,018 с.

В процессе проведения эксперимента исолздовалась работа стенда на следующих номинальных ( задаваемых ) частотах вращения платформы: 7«IO-5 рад/с ( 14,9 угл с/с ); I.OS-IO"'1 рэд/с ( 21,6 угл с/с ); 5,23*10 рад/с ( 100 угл с/с I,Ü4-I0_J рад/с • ( 216 угл с/с ); 5,23'Ю"3 рад/с ( 1030 угл с/с ); 1,№-10-2рад/о ( 2160 угл с/с ). На каждой частоте вращения поворотной платформы было проведено по три серия измерений. -Каждая серия представляет собой последовательность из 720 единичных измерений угловой скорости вращения платформы. Под единичным ( его можно считать мгновенным ) значением угловой скорости понимается среднэе*Ьначе-. ние скорости вращения платформы за малое время 0,018 с. Некоторые из совокупностей мгновенных значений угловой скорости приведена в виде графика- на рис. 4. Здесь последовательность экспериментальных точек условно соединена прямыми линиями, Отмечается, что вращение платформы стенда с постоянной в среднем скоростью сопровождается значительными высокочастотными колебаниями. Колебания имеют случайный характер. Отмечается, что амплитуды колебаний для всех уровней угловой скорости имеют близкие по величина значения, при этом в среДкем они составляют ( 60 ¿., 80 ) угл с/с, а максимальные достигают С 100 ... 140 ).угл с/с. Максимальные -. угловые ускорения оценивались расчетным путем следующим образок' »м l^-bU/V. где »nafclíVtOiJ-максимальная разность между двумя последовательными значениями скорости; Т = 0,018 с - ^ время усреднения и составляют в среднем примерно 2-Ю-^ рад/с?

Среднеквадратичные отклонения текуе имеют близкие значения для всего диапазона воспроизводимых угловых скоростей-

Мгновенные значения угловой скорости платформы С время усреднения Т » О,018 с ).

ей)

О 0,18 0,36 0,5'» 0,72 0,9 с I Рис. I

Относительная спектральная плотность мощности. 1.0 0,0 0,6 0,4 0,2 . О

i

О 5,5 II 16,5 22 ГII { Рис. 2

Осциллограмма колебания налрюэния цепи якоря, приводного двигателя стенда.

В 0,2 > од

•.о Ь I -од -0,2

1 .--L. If f f l I

лA\\i\[\ \

,0 0,1 0,2 0,3 O,'» 0,5 0,6 0,7 0,8 с t Рис. 3

! Г

55 угл с/с .При нулевой задаваемой скорости и отключенной системе управления платформа также совершает колебательное движение относительно постоянного направления. Однако уровень амплитуды колебаний и среднеквадратичное значение по величине меньше. Очевидно, что причиной, вызывающей колебания "неподвижной" ( в оред-нем ) платформы, являются возмущения, действующие в аэростатическом подвесе стенда. * _ ' ■ ■

Для.выявления внутренней структура исследуемого процесса воспроизведение стендом постоянных угловых скоростей строилась ковариационная ( корреляционная ) функция. Она строилась численно, по дискретным значениям угловой скорости по формуле:

где и)д - дискретные значения угловой скорости; ». 720 - число зарегистрированных мгновенных значений угловой скорости. Графики ковариационной функции имеют знакопеременный, .близкий к периодическому характер. Рассмотрение графиков ковариационной функции не выявило качественного различия между кривыми для различных значений во всем диапазоне воспроизводимых угловых скоростей. Расчет параметров аппроксимирующей ковариационной функции дал основание для предположения и о количественном подобии, о существовании характерной стабильной частоты $ * б Гц для всего диЛазона угловых скоростей.

Для. определения того, как мощность исследуемого случайного процесса распределена по частоте -5- , было использовано известное выражение для оценки спектральной плотности мощности:

I ^ЫедрС-рт^Т)!*--

Для сглаг.ивания периодограммной оценки использовалось осреднение по нескольким реализациям с помощью периодограммного метода Уэл-ча. Обрабатываемые данные разбивались по интервалам на перекрывающиеся сегменты и в последующем усреднялись выборочные спектры, полученные но каждому такому сегменту. Характерный вид полученных периодограмм приводен на рис. 2. Ьа периодограммах отчетливо видны явно преобладающие максимумы на частоте •$ = б Гц. В неработающем состоянии С скорость вращения платформы равна нулю ) на. периодограмме нв било выявлено преобладающего подъема спектра на

какой-либо частота, в том числе и на частоте 4' ~ б Гц. В соответствии с эти?} сделан вывод, что внешние возмущения и возмущения от аэростатического подвеса не является источником периодических колебаний', вращавшейся платформы,

С поновьп быстродействующего самопиауаего прибора K338-I производилась запись колебаний тока якорной цепи, приводного двигателя стенда. Для всего диапазона воспроизводимых угловых скоростей на осцилдограммахС рис, 3 ) выделялись иизхочастотные колебания о налой амплитудой и высокочастотные колебания о малой амплитудой, Сопоставим* периоды 8Т»х колебаний с имеющимися отметками времени, устанавливается, что их частоты "»'б Гц и 50 Гц. Первая частота совпадает о основной частотой спектра угловых колебаний платформы. Частота 5*,-"3. 50 Гц является частотой питающего напряжения, Отсюда сделан вывод, что периодичность колебаний скорости вращения платформа вызвана пульсациями момента приводного электродвигателя стенда,

Проанализированы причины, способные вызвать нестабильность вращающего момента.двигателя. Делается вывод о тон, что колебания момента кэ вызваны пульсациями магнитного потоха из-за непостоянства сопротивления тела якоря'или зубчатым строением якоря двигателя, причина скрывается на в самом двигателе, а присуща всей системе точного поддержания скорости вращения платформы. Выдвигается Предположение о' существований рекдаа айтоколебйний в. системе привода стзнда, ■/'•.' ^ - ' '

Оценка точности я равномерности скорости вращения платформы в верхней диагюзон? частот ( 0,1 ,,. 50 ) об/мин осуществлялась косвенным путей. Частотомером регистрировалось время поворота платформ« на фиксированный угол, задаваемый магнитными реперными нвткамй, Кзнэрялось время поворота платформы на угла 1,5°; 360° ,( I оборот ), 1000° ( 3 оборотов ). Рассчитывалось среднее время поворота/ ¿рвднехмдратичное отклонение от среднего и по известной формула .относительна .погрешность воспроизйедения угловой скоро ста платформы. Измерения проводились при различии* значениях момента инерции роторйой системы стенда ( на платформу устанавливались дополнительнее грузы, общей массой 50 кг ).

Анализ результатов измерений'' показав, что относительная погрешность воспроизводимой угловой Скорости, являющаяся показателем равномерности вращения йлйтформы, с ростом времени осреднения С угла поворота ) снижается. Увеличение момента инерции рдторной

системы стенда повышает степень равномерности вращения платформы, причем наблюдаемое уменьшение амплитуд невелико и составляет С 10 ... 15 ) %. Отмечается, что время, необходимое поворотной платформе для достаточно точного приближения средней угловой скорости к задаваемой ( время в течение которого проявляется и стабилизируется средняя составляющая угловой скорости ) составляет С 6 ... 10 ) с. • " _ . . V

Шестая глава посвящена рассмотрению предло»ения использовать на инфраниэких угловых скоростях гироскопического стабилизатора для' снижения амплитуды угловых колебаний платформы стенда.

Б главе описывается предложенная схема построения поворотной платформы стенда. Предлагается на поЕоротнув платформу стенда установить трехстепенной свободный гироскоп с горизонтальной осью кинетического моы&нта. При атом величина требуемой угловой скорости платформы задается подачей на датчик момента гироскопа по оси нутации соответствующего напряжения, что приведет к прецессионному вращения жестко связанного с наружным кольцом гироскопа платформы стенда. Точное регулирование требуемой величины воспроизводимой скорости предлагается осуществлять приложением дополнительного момента, создаваемого двигателем постоянного тока с фазовой системой регулирования скорости, Для получения прикидочних оценок система управления представлена упрощенно* ее элементы ■ описываются только коэффициентом передачи.

Для исследования динамики стенда была составлена система уравнений прецессионного движения платформы. Получено условие устойчивости вращения платформы, которое сводится к выполнению неравенства, налагаемого на коэффициенты. Для определения того, какое влияние на вращение платформы стенда оказывает внешняя гармоническая нагрузка, было получено аналитическое выражение для амплитудно-частотной характеристики. Анализ полученного выражения показал; что амплитудно-частотная характеристика может иметь максимум на резонансной частоте, после этого происходит эффективное подавление вынужденных колебаний и исключаются автоколебания. Такой эффект имеет место даже при относительно наболыяом кинетическом моменте. На основе результатов анализа сделан вывод о перспективности использования в прадуировочной технике для воспроиз--ведения ин^ранизких угловых скоростей в качестве приводного элемента стенда трехстепенного астатического гироскопа. На средних и больших угловых скоростях гироскоп необходимо отключать.-,

с

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Обоснована необходимость проведения новых аналитических

и экспериментальных исследований, имеющих принципиальное значение при проектировании и модернизации роторных градуировочных и испытательных стендой для прецизионного воспроизведения инфранизких угловых скоростей в широком диапазоне.

2. Разработана динамическая и математическая модели роторной системы градуировочного комплекса стенда, позволяющая учесть податливость элементов роторной системы и неидеальность закона управления,■■ определяющих устойчивость движения и точность стабилизации скоростей вращения ротора.

3. Выполнен анализ устойчивости движения роторной системы стенда. Показано, что дЕИьение системы устойчиво, если гиполнэни найденные условия устойчивости автономного движения роторов приводного двигателя и двигателя.дифференциального датчика скорости.

Выполнено подробное аналитическое исследование газостатических подшипников, определены завис^ости их статических характеристик от их конструктивных параметров.

5. Разработана'унифицированная схема расчета динамических параметров газаотатичеоких' подшипников и выполнены исследования устойчивости вращения.ротора в газостатических опорах. - ' 6. Проведены экспериментальные исследования роторного стенда в режиме воспроизведения инфранизких и низких постоянных угло-еых скоростей, Получены оценки точности и степени равномерности вращения платформы стенда. Установлено, что вращение платформы стенда с заданной скорос?ьв сопровождается автоколебаниями относительно номинального значения скорости, причем параметры автоколебаний мало зависят от этого номинального значеш5я.

7. Предложена новая схема роторного стенда с использованием на: инфранизких'угловых скоростях гироскопического стабилизатора для сшкения амплитуд угловых колебаний платфзрмы стенда.

.8. Выполнен анализ динамики стенда с гироскопическим стабилизатором. Показано, что амплитудно-частотная характеристика системы обеспечивает эффективное подавление внесшего колебательного воздействия и исключение автоколебаний,

' Основные положения диссертации опубликованы в работах: . I. Образцовая поворотная платформа, Андрущук В.В., Асаулон-ко Л.А., Дъячонко В.А.', Тимофеев А.й.//Повышение эффективности испытаний приборных устройств. Материалы семинара С г. Владимир ).

- М.: НТЦ "Информтехника", 1991, о. б%-65. '..-....

2. Комплексы серии ЛЦ для градуировки низкочастотных акселерометров. Андрущук В.В., Асауленко П.А., Дъяченко В.А., Тимофеев А.Н. и др.//Повышение эффективности»испытаний приборных устройств. Материалы семинара С г. Владимир ). - М.: НТЦ "Информ-

техника", 1991, с. 65-66. ."

» «.