Рис. 5. Схема оценки фазовых координат:
V Ю 9
невысокой точностью расчета текущего значения угла дрейфа, вызванной необходимостью рассчитывать это значение как интеграл от угловой скорости судна.
Передаточная функция углового движения судна имеет вид
Чр)
-0,12
из четырех интеграторов 1, 2, 4, 8, в которых формируется математическая модель движения судна, множительного блока 7, на выходе которого получали оценку угла дрейфа, и четырех сумматоров 3, 5, 6, 9 для уточнения фазовых координат судна.
В качестве основного закона системы автоматического управления движением теплохода «Яков Свердлов» был принят пропорционально-дифференциальный закон управления (ПД) с коррекцией по боковому сносу.
Угол перекладки руля формируется по зависимости
8 = Кпу(Фпу- Фпуз) + КЮЮ + КуУ - К88 ,
к пуз'
8(р) (13,2р + 1)(2,6р + 1)
где р = d/df.
Для оценки близости полученной модели движения судна реальному процессу на рис. 4 приведена запись изменения измеренного путевого угла движущегося судна 1 и его оценка, полученная на выходе математической модели движения судна, если на ее вход поступает текущее значение угла перекладки руля (см. рис. 2, а) и скорость хода 2. Расхождение записанных процессов частично можно объяснить тем, что не учтены ветер и течение.
Измеренные фазовые координаты состояния судна фпу, Ю, у оценивались в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5, состоящей
где К , КЮ, Ку, Кь — постоянные коэффициенты.
Для снижения загрузки рулевого привода и сокращения сопротивления движению судна вместо измеренных фазовых координат состояния судна использовались оценки этих координат.
Основные результаты испытаний приведены на рис. 6. Первоначально теплоход двигался по курсу 269о, а после перехода на новый курс 264о стабилизировался на этом курсе с 1450 с до 1840 с (в течение 6,5 мин). Расчеты показали, что во время стабилизации на курсе 264о среднеквадратическое отклонение от заданного курса составило 0,45о. После 1750 с выполнялись градусные поправки.
Для повышения качества идентификации параметров математической модели углового движения судна желательно иметь информацию об угле курса либо восстанавливать ее по имеющейся информа-
Л Время, с
Рис. 6. Измеренный путевой угол
ции с учетом логических условии существования угла дрейфа.
Выводы. 1. Использование в качестве основного датчика фазового состояния судна приемника СНС целесообразно и весьма эффективно.
2. Наличие приемника СНС и ДУС позволяет идентифицировать параметры математической модели углового движения судна многократно в течение рейса.
3. Измерение не угла курса, а путевого угла позволяет формировать закон управления движением судна относительно заданной траектории (с учетом угла дрейфа).
4. Использование сигнала бокового смещения в законе стабилизации движения существенно повышает безопасность режима автоматического управления при движении в узкостях.
5. Использование уточненной модели движения судна позволяет снизить уровень шумов и внешних возмущений при формировании оценок фазовых координат состояния судна и повысить качество стабилизации особенно при развитом морском волнении.
6. Точность стабилизации судна с макетным образцом системы была не хуже 0,5о. Отметим, что точность измерения приемником СНС в центре города была ниже, чем на открытом пространстве.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПЛАТФОРМ В ЦИФРОВОЙ КОД
О. К. Епифанов, канд. техн. наук (ГНЦ ЦНИИ «Электроприбор») удк 621.398.694.4-531.4
Создание высокоточных, надежных и долговечных систем автоматического управления (САУ) крупногабаритными платформами, которые являются составной частью судовых и корабельных систем связи и нави-
гационного оборудования и работают в режимах стабилизации, наведения и сопровождения с угловой точностью на уровне десятков и единиц угловых секунд, в большинстве случаев возможно только на основе
реализации безредукторных цифровых следящих систем, основной информационно-измерительной частью которых является цифровой канал непосредственного списывания и преобразования механических угловых перемещений.
Решение указанной задачи на основе редукторных следящих систем, в частности, на списывании угловых перемещений через крупногабаритную зубчатую передачу с помощью контактных первичных преобразователей угла или оптических измерительных датчиков, обеспечивало точность преобразования
МОРСКО! ПРИБОРОСТРОСНИ!
СУДОСТРО1НИ! 4'2000
Основные технические характеристики индукционных преобразователей угла
Показатель ППУ-Д ДПР-260-Б ДУ-280(Б) 2ВТ-5-2 2БВТ-5МП
Номинальное напряжение возбуждения, В 6 6 6 6 6
Номинальная частота напряжения возбуждения, кГц 4 4 5 4 4
Коэффициент электрической редукции датчика ТО 128 64 128 128 128
Погрешность преобразования угла, не более:
ИПУ-ТО, угл. с ±5 ±20 ±5 ±10 ±12
ИПУ-ГО, угл. мин ±15 ±15 ±20 ±20 ±20
Диаметр статора, мм:
наружный 260 285 280 500 600
внутренний 170 425 205 405 350
Длина, мм 56,1 170 43 56 190
Масса, кг 9,3 50 7 40 150
Срок службы, годы 15 15 15 15 12
Примечания: 1. Модификация ДПР-260-Б является обращенной и предназначена для полых валов крупногабаритных платформ; 2. Длина модификации ДУ-280(Б), приведена без учета КТ; 3. К варианту 1 ИПУ относятся ППУ-Д, ДУ-280 и 2ВТ-5-2; к варианту 2 — ДПР-260Б и ДУ-280Б; к варианту 3 — 2БВТ-5МП.
лишь на уровне десятков и единиц угловых минут. Кроме того, при реализации средств герметизации, мероприятий по периодическому техническому обслуживанию и защите от воздействий окружающей среды в процессе эксплуатации не обеспечивался автономный ресурс работы на уровне десятков тысяч часов. Одним из существенных факторов ограничения для непосредственного списывания и преобразования угловых перемещений в крупногабаритных приборах является большая (от 0,1 мм и более) конструктивная и эксплуатационная нестабильность положения поверхности вала (НППВ) платформы в процессе вращения относительно ее корпусных элементов.
В то же время существует перспективный и уже зарекомендовавший себя способ построения канала непосредственного списывания и преобразования механических угловых перемещений с точностью до десятков и единиц угловых секунд — с помощью двухка-нального аналого-цифрового преобразователя угла (АЦПУ) типа «угол—параметр—код» [1] , в котором первичное преобразование угла в функциональный электрический
сигнал осуществляют двухотсчетные индукционные преобразователи угла (ИПУ) типа «вращающийся трансформатор» (ВТ) [2], содержащие конструктивно объединенные двухполюсный датчик грубого отсчета (ГО) и многополюсный датчик точ-
ного отсчета (ТО). При этом ротор ИПУ устанавливается непосредственно на вращающийся вал платформы, а статор — на корпусные элементы (таблица):
базового варианта ИПУ — с осевой компоновкой датчиков ТО и ГО (вариант 1), в которых воздушный зазор между ротором и статором каждого из датчиков соответствует НППВ для обеспечения заданной точности преобразования угла;
бесконтактного базового варианта ИПУ (вариант 2), в котором ИПУ снабжен воздушным кольцевым трансформатором (КТ) для бесконтактной передачи напряжения возбуждения с неподвижной части платформы на вращающийся ротор ИПУ в отсутствии приборного токо-подвода;
бесконтактного ИПУ практически для любых случаев НППВ (вариант 3), в котором ИПУ снабжен высокоточной поводковой шарнир-но-крестовой муфтой (МП), выполняемой по схеме Ольдгэма, и собственным подшипником качения.
В качестве иллюстрации на рис. 1 приведен третий, наиболее полный, вариант построения ИПУ типа 2БВТ-5МП. В нем использован роликовый подшипник с перекрещивающимися роликами, придающий осевую стабильность ротору датчика при его угловых перемещениях. Воздушный КТ выполнен по традици-
12
Рис. 1. Конструкция индукционного преобразователя угла типа 2БТВ-5МП:
1 — фланец 2БВТ-5МП; 2 — защитный кожух; 3 — уплотнение; 4 — поводковая муфта МП-500; 5 — статор КТ-50; 6 — статор КТ-500; 7 — подшипник 40035; 8 — ротор ГО 2ВТ-5-2; 9 — статор ГО 2ВТ-5-2; 10 — ротор ТО 2ВТ-5-2; 11 — статор ТО 2ВТ-5-2; 12 — поводок; 13 — вилка РМГ39БПЭ45Ш2
онной принципиально-конструктивной схеме [2] построения на сплошных магнитопроводах из магнито-мягкой стали с КПД от 60% и передаваемой мощностью до 20 Вт.
С точки зрения функционирования с требуемым уровнем погрешности преобразования угла, а также реализации его работы как в составе АЦПУ, так и работы самого ЦПУ, ИПУ характеризуются следующими параметрами: значением электрической редукции р датчика ТО, определяющей также и разрешающую способность преобразования угла АЦПУ; погрешностью преобразования угловых перемещений датчика ТО; максимально допустимой погрешностью датчика ГО при его работе совместно с датчиком ТО в составе АЦПУ; точностью взаимного согласования (выставки) нулевых положений датчиков ТО и ГО; остаточным напряжением в угловом положении минимального выходного сигнала датчиков ГО и ТО; нестабильностью (уходом) нулевых положений датчиков ТО и ГО при механических и климатических воздействиях в процессе работы ИПУ; чувствительностью датчиков ТО и ГО к величинам НППВ.
Принципиальное построение датчиков ТО ИПУ [2] основано на получении максимального коэффициента электрической редукции без выделения высших пространственных гармонических составляющих кривой взаимоиндукции в заданном габарите, т.е. по первой гармонике огибающей амплитуды питающего напряжения при изменении коэффициента взаимоиндукции между обмотками в функции угла поворота ротора. Конструктивно датчики ТО выполняются плоскими, на сплошных (из магнитомягкого сплава) магнитопроводах с прямоугольными пазами, в которые уложены входные и выходные обмотки. Это дает ряд технологических и эксплуатационных преимуществ: формообразование зубцового слоя магнитопроводов осуществляется с более высокой точностью, чем при сборке из штампованных листов; используются простейшие волновые сосредоточенные обмотки, что практически исключает ошибки при их выполнении; реализуется полная автоматизация обработки зубцового слоя; пооперационный технологический контроль не требует создания сложных прибо-
6 Судостроение
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.