WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |


На правах рукописи

ТАРАНОВСКИЙ Дмитрий Олегович

МЕТОД КАЛИБРОВКИ БЛОКА МАЯТНИКОВЫХ ПОПЛАВКОВЫХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ КОРАБЕЛЬНОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.11.03 – Приборы навигации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной

степени кандидата технических наук

Санкт – Петербург

2009

Работа выполнена в ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор" - Государственный научный центр Российской Федерации

Научный руководитель - Литманович Юрий Аронович

доктор технических наук, начальник сектора

Официальные оппоненты - Ландау Борис Ефимович

доктор технических наук

Боронахин Александр Михайлович

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация - Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт МО РФ, Санкт-Петербург

Защита состоится 25 июня 2009 г. в 14 час. На заседании диссертационного совета ДС 411.007.01 при ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор" по адресу 197046, г. Санкт-Петербург, ул. Малая Посадская, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор".

Автореферат разослан ___________________________

Ученый секретарь диссертационного совета,

Доктор технических наук, профессор Колесов Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимым этапом подготовки инерциальной навигационной системы (ИНС) к работе является калибровка входящего в ее состав трехосного блока акселерометров (БА), под которой понимают определение параметров математической модели (модели показаний БА) - смещений нуля, масштабных коэффициентов, углов неортогональности измерительных осей акселерометров и т.д., а также угловая привязка показаний БА к отсчетной системе координат (СК) гироприбора ИНС - определение углов рассогласования отсчетных СК блока акселерометров и гироприбора.

Калибровка БА, используемых на маломаневренных объектах, производится при задании разворотов в поле силы тяжести на поворотных устройствах (ПУ). При этом для малогабаритных бескарданных ИНС (БИНС) она выполняется в составе гироприбора (инерциального блока), а для карданных корабельных ИНС, обладающих значительными массой и габаритами - автономно, до установки БА в гироприбор ИНС. Методам стендовой калибровки БА на поворотных устройствах в отечественной и зарубежной литературе посвящен целый ряд публикаций, среди которых можно выделить работы коллективов авторов из МИЭА (Чесноков Г.И., Поликовский Е.Ф., Молчанов А.В. и др.), МГТУ им. Н.Э. Баумана (Коновалов С.Ф. и др.), ФГУП ПО «Корпус» (Калихман Д.М. и др.), МГУ имени М.В. Ломоносова (Бобрик Г.И., Матасов А.И.и др.), университета Карлсруэ. Метод калибровки одноосных акселерометров с использованием ПУ на международном уровне регламентируется стандартом IEEE Std 1293-1998, однако для калибровки блоков акселерометров регламентированные методы отсутствуют. Все представленные в публикациях методы калибровки на поворотных устройствах используют развороты БА в поле силы тяжести на углы в диапазоне ±90 относительно горизонта, т.е. при воздействии ускорений в диапазоне ±1g. Между тем особенностью рассматриваемых в диссертации поплавковых маятниковых акселерометров является изменение характеристик (параметров) в зависимости от ориентации подвеса поплавка относительно направления вектора действующего ускорения вследствие изгибов торсионного подвеса под действием веса маятника или при наличии остаточной ненулевой плавучести «поплавка». Это приводит к неадекватности используемой при калибровке модели показаний БА с постоянными коэффициентами и, следовательно, к дополнительным погрешностям калибровки. Для морских объектов, диапазон инерционных ускорений которых мал, а диапазон угловых движений ограничен ±45, влияние данных погрешностей можно существенно уменьшить, если проводить калибровку БА в ограниченном диапазоне углов наклона, соответствующем рабочему диапазону входных ускорений. Однако в известной литературе постановка задачи калибровки акселерометров при ограничении углов разворота не встречается, соответственно отсутствуют и методы калибровки при данных ограничениях.

Большое время непрерывной работы и относительно большие габариты, характерные для корабельных карданных ИНС, обуславливают необходимость обеспечения замены БА в случае его отказа в процессе эксплуатации. Данное требование существенно отличает корабельные ИНС от БИНС, где в случае отказа акселерометров заменяется целиком гироприбор. Очевидно, что при установке БА на корпусе гироприбора его замена на подвижном объекте должна производиться без дополнительных регулировок в составе ИНС, т.е. без переопределения параметров угловой привязки показаний БА к отсчетной СК гироприбора ИНС, которое требует выполнения наклонов гироприбора. Однако в известной литературе данный вопрос подробно не рассматривается.

Целью работы является разработка и исследование метода стендовой калибровки трехосного блока маятниковых поплавковых акселерометров в ограниченном диапазоне изменения углов наклона, соответствующем условиям работы блока акселерометров в корабельных карданных ИНС при его установке на корпусе гироприбора (по схеме БИНС).

Непосредственными задачами исследования являются:

  • обоснование модели показаний БА и требований к точности калибровки её параметров для условий корабельной ИНС при установке БА на корпусе гироприбора;
  • разработка и исследование метода стендовой калибровки БА в условиях ограниченного диапазона углов разворота в поле силы тяжести;
  • анализ погрешностей методики выполнения измерений;
  • анализ методов угловой привязки показаний БА к отсчетной системе координат гироприбора ИНС, обеспечивающих взаимозаменяемость БА в составе корабельной ИНС;
  • экспериментальная проверка эффективности разработанного метода калибровки.

Методы исследования

Решение поставленных задач основано на использовании основных положений теории инерциальной навигации, оптимальной фильтрации и компьютерного моделирования. Корректность разработанного метода калибровки проверялась как численным моделированием, так и экспериментально. Методика экспериментальной проверки включала контроль сходимости процедуры оценивания искомых параметров по величине невязки, а также контроль повторяемости результатов калибровки при переустановках БА на стенде и контроль повторяемости оценок погрешностей установки БА при калибровке разных БА.

Новые научные положения, выносимые на защиту

  1. Метод стендовой калибровки БА на одноосном поворотном устройстве, предусматривающий определение параметров модели показаний при наклонах БА в ограниченном диапазоне, соответствующем рабочему диапазону измеряемых ускорений в корабельной ИНС.
  2. Итеративный алгоритм оценивания параметров модели показаний БА по избыточному количеству измерений, обеспечивающий калибровку при большой начальной неопределенности в знании параметров модели и погрешностей установки блока на стенде.
  3. Формализация метода угловой привязки блоков акселерометров к отсчетной системе координат гироприбора ИНС, обеспечивающего взаимозаменяемость БА в корабельных карданных ИНС за счет угловой привязки к единой отсчетной системе координат при стендовой калибровке БА.

Практическая значимость работы

  1. Разработанный метод калибровки обеспечивает повышение точности измерения ускорения блоком маятниковых поплавковых акселерометров при работе в составе корабельной ИНС за счет адекватности условий калибровки условиям эксплуатации.
  2. Предложенный метод калибровки обеспечивает взаимозаменяемость БА в ИНС и позволяет снять ограничения на величину углов привязки измерительных осей блока к отсчетной СК стенда и тем самым снизить трудоемкость его изготовления.
  3. Разработанный стенд (комплект аппаратуры), реализующий предложенный метод калибровки БА, обеспечивает автоматизированное выполнение измерений и обработку результатов при минимальном участии оператора. Экспериментальный образец стенда изготовлен и находится в стадии опытной эксплуатации при производстве блоков ИУТ ДНИЯ.469158.007 в ЦНИИ «Электроприбор».


Апробация работы

Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации были доложены на VII - IX конференциях молодых ученых "Навигация и управления движением" (г.Санкт-Петербург, 2005, 2006, 2007), школе-семинаре "Навигация и управления движением" (г. Санкт-Петербург, 2008), VI Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» (г. Санкт-Петербург, 2007), а также на 13-й Международной научной конференции «Системный анализ, управление и навигация» (г. Евпатория, 2008, грант РФФИ № 08-08-08141-з).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 78 наименований и Приложения. Объем диссертации 132 страница, количество рисунков - 29, количество таблиц – 23.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель и формулируются задачи исследования.

В главе 1 на примере алгоритмов идеальной работы корабельной карданной ИНС на неуправляемых гироскопах с установкой трехосного блока акселерометров на корпусе гироприбора (по схеме БИНС) рассмотрена схема углового согласования измерительных осей чувствительных элементов с отсчетной системой координат гироприбора ИНС. Специфичная для ИНС рассматриваемого типа задача обеспечения взаимозаменяемости БА в ИНС решается за счет угловой привязки отсчетных систем координат всех блоков акселерометров к единой отсчетной СК в процессе стендовой калибровки, благодаря чему обеспечивается сохранение угловой привязки БА к отсчетной СК гироприбора ИНС при замене блока.

Рис. 1. Схема согласования СК в корабельной карданной ИНС

В этом случае схема согласования СК в ИНС имеет вид, представленный на Рис. 1 и предусматривает следующую последовательность действий:

- определение на этапе автономной стендовой калибровки БА специфичной для каждого k-го образца блока матрицы, обеспечивающей ортогонализацию измерительных осей блока акселерометров (Аксk);

- определение для каждого БА матрицы угловой привязки ортогональной СК блока () к единой отсчетной СК стенда ();

- определение угловой привязки СК к отсчетной СК гироприбора (матрицы ) однократно, при регулировании ИНС на предприятии- изготовителе с использованием наклонно-поворотного стенда;

- учет матриц и при установке БА в гироприбор ИНС.

Необходимым условием обеспечения взаимозаменяемости БА является использование в гироприборе и на стенде установочных опор, конструктивно обеспечивающих однозначность установки блока.

В работе обосновывается целесообразность разделения в процессе стендовой калибровки БА процедур определения углов неортогональности измерительных осей (ортогонализации) и угловой привязки отсчетной СК блока к единой отсчетной СК стенда, что позволяет снять ограничения на величину углов привязки и тем самым снизить трудоемкость изготовления блока акселерометров.

В главе 2 рассмотрена конструкция и основные источники погрешностей маятниковых поплавковых акселерометров компенсационного типа. Отмечено, что специфической особенностью маятниковых поплавковых акселерометров является зависимость вредных моментов от ориентации оси подвеса относительно вектора действующего ускорения (на неподвижном основании – относительно вектора силы тяжести). Одной из причин этого является изгиб торсионов при вертикальной ориентации подвеса под действием маятниковости прибора, который отсутствует при горизонтальном положении подвеса. Другой причиной может являться разная температурная чувствительность акселерометра при горизонтальном и вертикальном положении поплавка.

Основываясь на общепринятой модели показаний акселерометра, модель трехосного блока можно представить в следующем векторно-матричном виде:

1 2

где

Здесь: и – векторы приборного и действующего кажущегося ускорений, заданные проекциями на измерительные оси акселерометров и оси ортогональной отсчетной СК блока, соответственно; M – матрица масштабных коэффициентов соответствующих акселерометров; – коэффициенты нелинейности; – коэффициенты перекрёстных связей; – смещения «нулевых» сигналов акселерометров.

Вид матрицы в (1) зависит от способа выбора отсчетной СК. Из соображения малости недиагональных элементов матрицы в качестве отсчетной была выбрана такая СК, оси которой рассогласованы относительно измерительных осей акселерометров на одинаковые углы в каждой плоскости, т.е. матрица имеет следующий вид:

,

где – углы неортогональности измерительных осей в плоскостях,,, соответственно. За положительное направление принято такое направление разворота оси, в результате которого угол между ней и другой осью становится больше 90°.

Возможность упрощения модели показаний для малого рабочего диапазона анализировалась путем объединения коэффициентов, имеющих близкие функции влияния от входных ускорений, и оценки вносимой таким объединением погрешности с учетом номинальных величин параметров модели блока на основе акселерометров Д-10 производства ЦНИИ «Электроприбор». Показано, что любое упрощение модели показаний вносит недопустимые для прецизионных ИНС погрешности измерения ускорения. С учетом диапазона измерения ускорения для БА корабельной ИНС обоснованы следующие требования к точности калибровки параметров модели:,,,,,, где i=l=X,Y,Z – обозначения осей.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»