1.Устойчивая конструкция платформы
Исследуемая в данной работе стабильная платформа представляет собой двухосевую стабильную платформу, которая отслеживает локальную горизонтальную плоскость, и на нее не влияет проскальзывание носителя. В соответствии с этой особенностью стабильная платформа использует два оптоволоконных гироскопа, установленных ортогонально в горизонтальной плоскости, в качестве инерциальных датчиков для обеспечения пространственной привязки, что позволяет изолировать проскальзывание носителя и другие возмущающие движения через корпус консоли стабильной петли.
Учитывая, что стабильная платформа работает нормально, система платформы в основном находится на месте, а два горизонтальных контура относительно связаны друг с другом. Поэтому при проектировании эти два контура можно рассматривать отдельно. В качестве примера ниже рассматривается однокоординатная схема. На рис. 1 показана общая блок-схема контура устойчивости системы платформы.
Рисунок 1 схема контура стабилизации по одной оси
GGyro(s) - передаточная функция курсового гироскопа;
Wf(s) - цифровой фильтр нижних частот оптоволоконного гироскопа
Gm (s) - передаточная функция моментного двигателя постоянного тока;
Wc(s) - устойчивый контур Коррекция передаточной функции сети;
R (s)- величина входного управляющего воздействия;
Mf - возмущающий момент.
Для волоконно-оптических гироскопов,
GGyro (s )в общем случае может быть описан как инерционное кольцо первого порядка.
Секционный ряд чистая задержка [1] :
В середине KD - коэффициент усиления по постоянному току; Bw - полоса пропускания; Td - время задержки.
Обычно полоса пропускания волоконно-оптических гироскопов средней точности превышает 200 Гц, время запаздывания составляет порядка микросекунд, поэтому оно может быть основано на характеристиках в практических приложениях. Требуется упрощение передаточной функции, в общем случае принимается GFOG (s)≈ KD.
Цифровой фильтр нижних частот Wf (s) используется для подавления шумов измерений волоконно-оптического гироскопа
Высокочастотные составляющие, как правило, используются с помощью фильтра нижних частот второго порядка:
Принять коэффициент затухания ξ =0,707, соответствующим образом подобрав постоянную времени фильтра Tf Для удовлетворения эксплуатационных требований. Gm(s) обычно рассматривается как постоянная Km.
Передаточная функция системы в разомкнутом контуре может быть выражена как
Для выбора формы и параметров Wc (s) можно использовать классическую конструкцию одноосной винтовой устойчивой платформы [2]: Поскольку чувствительностью волоконно-оптического гироскопа является угловая скорость, то для завершения проектирования платформы без статического перепада необходимо ввести корректирующую сеть. В двухступенчатое чисто интегральное звено необходимо ввести две нулевые точки для компенсации фазы.
В соответствии с реальными условиями применения и техническими требованиями к системе стабилизации платформы получаем основные технические показатели контура. Для стабилизированного в данной статье гироскопа, установленного на платформе, требуемый перескок составляет менее 30%, а время перестройки контура - менее 200 мс, можно приближенно оценить полосу пропускания устойчивого контура примерно в 15 Гц; общий момент инерции тела составляет около 14 кг-м2; общий возмущающий момент - ±2,5 Н-м. В сочетании с приведенными данными для управления в частотной области с помощью Matlab проведен расчет корректирующего звена и имитационный анализ системы, включая фильтр нижних частот. Корректирующее звено фильтра имеет вид
На рис. 2 приведены амплитудно-фазовые характеристики разомкнутого контура после коррекции контура устойчивости, обратная частота среза 99,4 рад/с, запас по амплитуде 21,1 дБ, запас по фазе 58,4°, угловая временная характеристика платформы на единичный ступенчатый возмущающий момент 3.
Рис. 2 Частотные характеристики разомкнутого контура стабилизации
Из рис. 3 видно, что при действии ступенчатого возмущающего момента 1 Н-м угловое отклонение стола составляет 1,64×10 -5 рад, около 3,5′′; при максимальном возмущении отклонение при действии ±2,5 Н-м составляет не более 17,5′′, динамическая жесткость хорошая, и шумы гироскопа не влияют на динамические характеристики контура устойчивости. Это позволяет удовлетворить требования к устойчивости конструкции.
Рисунок 3 Реакция устойчивой платформы на шаг
2.Анализ точности системы стабильных платформ
2.1. Анализ влияния коэффициента случайных блужданий волоконно-оптического гироскопа на систему
Свет рассматривается независимо от внешних воздействующих факторов, таких как температура и магнитное поле. Погрешность волоконно-оптического гироскопа включает в себя в основном погрешность нулевой стабильности и погрешность случайного хода, а также погрешность стабильности масштабного коэффициента 3.
Для системы стабилизации на основе платформы масштабный фактор стабильности в принципе не влияет на отклонение угла платформы; благодаря стабильности смещения гироскопа и ошибке неповторения после интегрирования звено будет выдавать угол, пропорциональный времени. Градусное отклонение будет влиять на долговременную работу стабильной системы. Для компенсации этой ошибки можно использовать внешнюю информацию или вращательную модуляцию; но при этом в течение короткого времени горизонтальные колебания платформы будут зависеть в основном от шумов стабильного контура.
Шум гироскопа является основной составляющей, которая может быть использована в течение 4 с после рис. 3. Влияние этого шума на стабильность угла наклона платформы хорошо видно.
В соответствии с физическими характеристиками волоконно-оптического гироскопа шум гироскопа можно аппроксимировать как синтез белого шума угловой скорости и медленно меняющейся функции. При белом шуме с угловой скоростью, вызванном звуком, отклонение угла платформы будет иметь характеристики случайного плавания. Случайное обращение вокруг истинного значения угла, эта угловая ошибка определяется как случайное блуждание угла световодного гироскопа (ARW). Основной источник ARW - гироскоп Yiguang Road [3], механизм сложный, в данном разделе основное внимание уделено этой характеристике ошибки. Влияние на угловое отклонение системы устойчивости платформы.
Начальный угол платформы может быть задан без учета других погрешностей. Отклонение β(0)=0 , тогда:
β(t)=∫ t0w(τ)dt，где w(τ) - процесс с белым шумом, дисперсия которого равна Σ2w.
Таким образом, математическое ожидание и дисперсия углового отклонения платформы объясняют, что угловое отклонение платформы по-прежнему имеет нулевое среднее, но его дисперсия изменяется во времени и является нестационарным процессом.
Опишем величину случайного хода волоконно-оптического гироскопа N (национальный военный стандарт выражается в RWC), единицей измерения является . Метод расчета N основан на усреднении выходного сигнала гироскопа 1 с по верхнему значению спектральной плотности мощности белого шума угловой скорости Pu .Зависимость преобразования между P и системой случайного блуждания имеет вид
Для ARW номинальное значение N =0,01, N= 0,001 Два прецизионных волоконно-оптических гироскопа с использованием Simulink для моделирования устойчивой платформы Угловое отклонение в течение 1 ч, вызванное белым шумом угловой скорости, показано на рисунке 4.
Рис. 4 1 Внутриплатформенное угловое отклонение
Из приведенного выше разностного расчета и анализа моделирования видно, что для стабильной системы с волоконно-оптическим гироскопом в качестве чувствительного устройства ошибка ARW за короткое время вызовет большое угловое отклонение платформы, которое является основным фактором угловой ошибки платформы, и не может пройти через параметр ошибки. Калибровка корректируется.
В соответствии с различными вариантами использования системы устойчивой платформы на основе ошибок ARW могут быть рассчитаны другие навигационные ошибки, такие как ошибки центровки, ошибки навигационного положения и т.д. Поэтому для формирования системы устойчивой платформы используется инерциальный датчик угла, аналогичный волоконно-оптическому гироскопу. Случайные блуждания являются одним из элементов погрешности, который нельзя игнорировать. Выбор волоконно-оптических гироскопов с соответствующей точностью должен осуществляться в соответствии с техническими требованиями.
2.2.Подавление угловых отклонений
Для того чтобы удовлетворить требованиям длительной эксплуатации устойчивой платформенной системы, она должна пройти другие средства подавления дрейфа гироскопа и угла, вызванного случайным хождением. Для подавления угловой ошибки стола обычно используется датчик угла, формирующий контур положения. Средства управления для достижения. При ортогональном размещении изделия с помощью двухуровневого акселерометра чувствительная платформа отклоняется от гравитационного ускорения, вызванного горизонтальной плоскостью. Компонент образует регулятор с обратной связью, подавляющий угловое отклонение. Конструкция контроллера измерителя в принципе может быть выполнена аналогично устойчивому контуру, не требующему отдельного обсуждения; фильтр в контуре обратной связи должен быть в виде возмущений окружающей среды и дрейфа гироскопа. При этом учитывается уровень интеграции, а проектирование имеет относительно большее значение.
Вследствие движения носителя и наличия различных внешних возмущений возникает периодическое горизонтальное раскачивание носителя; и для самого контура обратной связи по положению. Горизонтальное ускорение, вызванное раскачиванием кузова, неразличимо, если его не добавить, то оно не может быть применено для коррекции погрешности угла поворота платформы с учетом общей низкой скорости.
Среднее значение горизонтального ускорения раскачивания носителя будет статистически долго постепенно сходиться к нулю, поэтому для устранения периодичности может быть использована низкочастотная фильтрация. Влияние горизонтального ускорения тем больше, чем больше постоянная времени цикла, тем выше эффект фильтрации. Однако чрезмерная постоянная времени приводит к тому, что контур обратной связи не может подавить устойчивость в обратном направлении. Угловое отклонение дороги также приводит к слишком долгому сближению контура обратной связи.В практических приложениях трудно выполнить требования по выравниванию времени сходимости. Поэтому обратная связь фильтра нижних частот должна сочетать в себе два вышеуказанных компромиссных аспекта. Для некоторых типичных низкочастотных возмущений это может быть примерно серия менее 25 с. Амплитуда случайной синусоиды накладывается для имитации, при проектировании для противодействия. Синусоидальные колебания с периодом 0,3 с с максимальным влиянием на контур питания 0,3 g. Введите моделирование помехи. В данной работе амплитудно-частотная характеристика выбрана как "наиболее плоская". Фильтр Баттерворта для баланса фильтрации и частотной адаптации :
Где C - неопределенная постоянная; n - определяемый порядок фильтра, обычно используется общепринятый второй или третий порядок.
Зададим начальный угол отклонения платформы 1×10 -3 рад, погрешность смещения нуля волоконно-оптического гироскопа составляет 0,01 (°) / ч, случайная прогулка 0,01 ( ) / , на рисунке 5 смоделирована ситуация в море. Угловая характеристика платформы при воздействии волновой тряски и дрейфа гироскопа. Результаты моделирования показывают, что после применения фильтра нижних частот второго порядка платформа может выйти в течение 5 минут. К устойчивому рабочему состоянию турбулентность волн создает возмущение контура устойчивости 6×10 -5 рад, что эффективно снижает влияние горизонтального проскальзывания на систему; сравнивая рис. 4, можно видеть, что контур обратной связи эффективно подавляет дрейф гироскопа. Погрешность угла наклона платформы.
a) кривая отклика b) частичное увеличение
Рис. 5 Угол ошибки платформы, вызванной шламованием с периодом 25 с
3.Заключение
Теоретический анализ и результаты моделирования показывают, что волоконно-оптический гироскоп работает стабильно. Инерциальная система отсчета станции может удовлетворять требованиям по точности, предъявляемым при проектировании. Но из-за случайной ошибки гуляния волоконно-оптического гироскопа за короткое время в системе возникнет сравнение.
Для случаев, когда требуется высокая стабильность и точность, необходимо выбирать приборы с соответствующей точностью для удовлетворения проектных требований.
Сообщений Просмотров: 0
Поделиться статьей