WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Проведен анализ существующих методов калибровки БА при задании разворотов в поле силы тяжести на поворотных устройствах, который показал, что все методы используют измерения, полученные на фиксированных углах разворота БА в диапазоне углов ±90 относительно горизонта, т.е. при существенном изменении ориентации подвеса поплавка относительно вектора силы тяжести, приводящем к изменению параметров модели показаний БА. Сформулирована постановка задачи калибровки блока акселерометров в ограниченном диапазоне изменения углов наклона, соответствующем рабочему диапазону изменения ускорения в корабельной ИНС, обеспечивающая адекватность определенных при калибровке параметров БА в условиях эксплуатации. К методу калибровки предъявлены также следующие дополнительные требования: в процессе калибровки БА должна производится угловая привязка блока к единой СК стенда (в обеспечение взаимозаменяемости БА в ИНС); калибровка должна осуществляться на одноосном поворотном устройстве (ПУ) (в связи с его большей доступностью) при минимальном количестве переустановок БА; определение параметров должно обеспечиваться при большой начальной неопределенности в знании параметров модели и погрешностей установки блока на стенде (для сокращения трудоемкости изготовления БА).

Глава 3 посвящена разработке и исследованию метода калибровки блока акселерометров.

В основе метода калибровки лежит измерение разности показаний
блока акселерометров и эталонных значений ускорения, сформированных по данным об углах наклона блока относительно плоскости горизонта при его разворотах на одноосном ПУ с последовательной установкой блока акселерометров на двух установочных поверхностях, развернутых относительно оси вращения.

Схема стенда, реализующего предложенный метод калибровки приведена на Рис.2. На планшайбе ПУ закреплен кронштейн с двумя гранями 1 и 2 для установки БА, расположенными под углом к оси вращения. Верхняя грань 3 кронштейна ортогональна установочным граням и предназначена для выставки кронштейна в плоскость горизонта при помощи уровня. ПУ жестко закреплено на станине, установленной на «развязанном» относительно здания основании.

Рис. 2. Схема стенда (Вид сверху)

Блок акселерометров последовательно устанавливается на грани 1 и 2 кронштейна, где производится съем осредненных данных об угле и составляющих ускорения на фиксированных углах поворота планшайбы.

В диссертации разработан алгоритм определения параметров модели показаний по избыточному количеству измерений при большой начальной неопределенности знания параметров модели и углов погрешностей установки блока на стенде, который включает два итеративно повторяющихся этапа:

- оценивание, для каждой грани отдельно, обобщенных коэффициентов при специфичных функциях угла разворота, являющихся линейными комбинациями искомых параметров модели БА и неизвестных погрешностей установки БА на стенде;

- расчет параметров модели БА и погрешностей установки через обобщенные коэффициенты, полученные в обеих установках, путем решения системы линейных алгебраических уравнений.

Измерения, на основе которых производится оценивание обобщенных коэффициентов, формируются как разности измеренных приборных и эталонных значений ускорения, полученных с опорой на измеренное значение угла разворота ПУ и известную величину ускорения силы тяжести в месте установки стенда.

, 3 4

где – номер грани кронштейна.

Выражение для вектора эталонного ускорения в проекциях на оси СК с учетом погрешностей установки БА на стенде имеют вид:

, 56

где – матрица ориентации СК ПУ относительно горизонтной СК, элементы которой являются известными функциями погрешностей выставки грани 3 кронштейна в плоскость горизонта, – матрица ориентации СК j-той грани кронштейна относительно СК ПУ, элементы которой являются известными функциями угла разворота ПУ и угла между каждой из граней и осью ПУ (см рис.2); - матрица ориентации СК относительно СК j-той грани кронштейна, элементы которой являются известными функциями погрешностей установки БА на гранях кронштейна в вертикальных () и горизонтальной () плоскостях, - вектор ускорения силы тяжести в месте установки стенда в проекциях на оси горизонтной СК.

Модель измерения, полученная при подстановке (1) и (3) в (2), после приведения подобных членов относительно функций угла по каждому каналу (i=X,Y,Z) имеет следующий вид:

где, - специфичные для каждой грани постоянные коэффициенты, являющиеся известными функциями параметров БА и погрешностей его установки на стенде.

Для оценивания коэффициентов используется линейный фильтр Калмана: вектор состояния для каждой грани - ; уравнения динамики описывают оцениваемые коэффициенты как случайные константы (); матрица измерений содержит функции для каждого канала.

Расчет параметров модели БА и погрешностей установки производится путем решения системы линейных алгебраических уравнений, полученных из соотношений, связывающих коэффициенты с искомыми параметрами. Показано, что для определения всех параметров модели показаний БА необходимо знание погрешности и угла, который характеризует отличие горизонтальной проекции угла между установочными гранями от. Все остальные погрешности установки определяются при расчете, что позволяет производить угловую привязку БА к единой отсчетной СК стенда (в обеспечение взаимозаменяемости БА в ИНС), за которую может быть принята СК, связанная с одной из граней. Учитывая, что углы на каждой из граней могут быть сведены к нулю при помощи уровня устанавливаемого на грань 3, условием реализуемости данной методики является аттестация угла, которая может быть выполнена оптическими средствами с достаточной точностью.

Проведено математическое моделирование метода калибровки по результатам которого подтверждена возможность оценивания параметров модели БА с необходимой точностью при разворотах ПУ в диапазоне углов (0±45 и 180±45), обеспечивающих рабочее положение торсионов в БА. По результатам моделирования исходя из выбран шаг съема данных по углу (15) из количество итераций алгоритма (5).

Произведен анализ основных источников погрешностей предложенного метода калибровки с использованием экспериментальных данных о величинах погрешностей, который показал, что точность формирования эталонного ускорения на данном стенде составляет, что достигается благодаря использованию в качестве поворотного устройства одноосного углоизмерительного прибора с цифровой индикацией УМ1-Ц, производства НПО «Прецизионные системы» (г. Москва) с предельной погрешностью 0,4".

Глава 4 посвящена экспериментальной проверке разработанного метода калибровки блоков акселерометров. Представлены результаты экспериментального исследования инструментальных погрешностей комплекта аппаратуры, используемого при калибровке БА (стабильности конструкции стенда, жесткости крепления БА при разворотах ПУ, погрешности аттестации угла ). Исходя из уровня шумов акселерометров определен интервал осреднения данных, а исходя из временной стабильности показаний БА - допустимая длительность калибровки. Показано, что при интервале осреднения 200 сек. и времени калибровки до 8 час. уровень шумов и временная нестабильность БА рассматриваемого типа не превышают.

Приведены результаты экспериментальной проверки разработанного метода калибровки БА. В ходе испытаний осуществлялся контроль сходимости итерационного процесса оценивания искомых параметров БА, повторяемости оценок для одного и того же образца БА, а также повторяемости оценок погрешностей установки разных БА на стенде. В качестве характеристики сходимости алгоритма оценивания использовались невязки измерения, формируемые для каждого из каналов на последней итерации как разности приборных и эталонных значений ускорения, полученных с учетом определенных в процессе калибровки параметров.

Характерные графики невязок измерения при контроле результатов калибровки на стенде путем наклонов БА в диапазоне углов разворота ПУ ±15о (что соответствует диапазону наклонов БА ±10о, в котором предъявляются наибольшие требования по точности измерения ускорения) представлены на рис. 3.

Рис. 3. Невязки измерения

По результатами экспериментальных исследований, проведенных на шести образцах БА установлено, что повторяемость результатов калибровки находится на уровне пусковых погрешностей БА и эквивалентна погрешностям измерения ускорения в рабочем диапазоне на уровне 1-2", повторяемость оценок погрешностей установки, определенных при калибровке разных образцов БА, находится на уровне однозначности установки, обеспечиваемом конструкцией крепления БА.

Экспериментальная проверка взаимозаменяемости БА в составе ИНС производилась путем определения и сравнения углов привязки двух БА к отсчетной системе координат гироприбора ИНС при учете в алгоритмах ИНС определенных при стендовой калибровке параметров модели БА и индивидуальных углов привязки блоков к единой отсчетной СК стенда. Проверка показала, что при замене БА угловая привязки БА в гироприборе ИНС сохраняется с точностью 1-2".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

  1. Формализован метод угловой привязки блоков акселерометров к отсчетной системе координат гироприбора, обеспечивающий взаимозаменяемость блоков акселерометров в корабельных карданных ИНС, и обоснована целесообразность разделения в процессе стендовой калибровки процедур ортогонализации измерительных осей блока и угловой привязки всех блоков к единой системе координат стенда.
  2. Обоснован состав параметров модели показаний БА, обеспечивающий корректное описание его выходных сигналов при работе в составе прецизионных корабельных ИНС с установкой БА на корпусе гироприбора, и требования к точности их калибровки.
  3. Разработан метод стендовой калибровки блока акселерометров корабельной ИНС на одноосном поворотном устройстве, обеспечивающий адекватность условий калибровки условиям эксплуатации. Обоснована необходимость аттестации предлагаемого стенда для калибровки БА по одному параметру – горизонтальной проекции угла между поверхностями, на которые устанавливается БА.
  4. Разработан итеративный алгоритм оценивания параметров модели показаний блока акселерометров по избыточному количеству измерений, обеспечивающий калибровку и угловую привязку блока к единой отсчетной системе координат стенда при большой начальной неопределенности в знании параметров модели и погрешностей установки блока акселерометров на стенде.
  5. По результатам математического моделирования метода калибровки подтверждена возможность оценивания с требуемой точностью параметров модели БА в диапазоне углов разворота БА 0±45 и 180±45, при которых обеспечивается рабочее положение торсионов акселерометров, выбраны шаг съема данных по углу (15) и количество итераций (5).
  6. Анализ основных источников погрешностей предложенного метода калибровки БА и экспериментальное исследование инструментальных погрешностей разработанного комплекта аппаратуры показали, что точность задания эталонного ускорения на стенде составляет.
  7. По результатам экспериментальных работ на шести серийно выпускаемых БА подтверждена эффективность разработанного метода калибровки, включая обеспечение взаимозаменяемости БА в ИНС. Разработанный экспериментальный образец стенда для калибровки БА изготовлен и находится в стадии опытной эксплуатации при производстве блоков ИУТ ДНИЯ.469158.007 в ЦНИИ «Электроприбор».

ПУБЛИКАЦИИ В ИЗДАНИЯХ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК

  1. Тарановский Д. О. Стендовая калибровка блока маятниковых поплавковых акселерометров корабельной инерциальной навигационной системы. // Гироскопия и навигация. – 2008. № 4. – С. 56-65.
  2. Тарановский Д. О., Оценивание параметров блока маятниковых поплавковых акселерометров на одноосном стенде.// «Приборостроение: Известия высших учебных заведений». – 2008. №12 – C.50-55.

ПУБЛИКАЦИИ В ДРУГИХ ИЗДАНИЯХ

  1. Тарановский, Д.О., Троицына Ю.С. Особенности калибровки трехканального измерителя ускорений корабельной инерциальной навигационной системы. // Материалы VII конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2006. – С. 43-49.
  2. Литманович Ю.А., Тарановский Д.О. Об особенностях стендовой калибровки измерителей ускорения корабельных инерциальных навигационных систем. // Труды VI Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии». СПб.: ГНИНГИ МО РФ, 2007, С. 152-157.
  3. Тарановский, Д.О., Ю.С.Троицына., Результаты разработки методики калибровки трехканального измерителя ускорений. // Материалы IX конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». – СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2007, С. 160-166.
  4. Тарановский, Д.О., Определение параметров трехосного блока акселерометров при ограниченном диапазоне углов наклона. Материалы 13-й международной научной конференции «Системный анализ, управление и навигация», 2008, С.
    Pages:     | 1 ||






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