Гирокомпас Вега (стр. 2 из 6)

Момент, прикладываемый вертикальными торсионами 6, аналогичен демпфирующему моменту маятниковых гирокомпасов, под действием которого гироскоп прецессирует к горизонту. В результате совместного действия этих моментов гироскоп, совершая затухающие колебания, период и фактор которых зависят от выбранных параметров прибора, будет приходить в меридиан.

Для перехода от режима гирокомпаса в режим гпроазимута достаточно лишь отключить горизонтальный маятниковый момент, сохранив вертикальный момент, необходимый для удержания оси гироскопа в плоскости горизонта. Практически это осуществляется простым поворотом ручки переключателя режимов, установленного в приборе. Для компенсации методических ошибок, возникающих в показаниях прибора при работе в режимах гирокомпаса и гиро-азимута, в приборе имеется электромеханическое счетно-решающее устройство, которое вырабатывает необходимые сигналы, поступающие на двигатели стабилизации.

Величины корректирующих моментов, прикладываемых по обеим осям гироскопа в результате ввода сигналов в следящие системы, изменяются в зависимости от скорости, курса и широты таким образом, что главная ось гироскопа удерживается в направлении на N как в режиме гирокомпаса, так и в режиме гироазимута. Показания курса, выработанного прибором, транслируются датчиками грубого и точного отсчета, например сельсинами, связанными с двигателем азимутальной стабилизации.

Особенности работы курсоуказателя в режиме гирокомпаса.

Схема управления. Для того чтобы дать общее представление об устройстве гирокомпаса с электромагнитным управлением и объяснить наиболее интересные особенности его работы, воспользуемся лишь самыми необходимыми теоретическими положениями

Уравнения движения гирокомпаса с управлением ЧЭ посредством торсионов (см. рис.1) при обычно принимаемых упрощениях можно представить выражениями:

Н [da /dt-(u cosj +V_E /R)b + (u sinj +V_E /R tgj)] = С_Г(b -b_c); (1.1)

Н [db /dt-V_N /R+(u cosj +V_N /R)a] =-С_B (a -a_c);

где Н — кинетический момент гироскопа;

b — угол отклонения гироскопа от горизонта в вертикальной плоскости;

a — угол отклонения гироскопа от меридиана в горизонтальной плоскости;

a_с, b_с — координаты следящей сферы, отсчитываемые аналогично координатам a и b гироскопа;

j — широта места;

и — угловая скорость вращения Земли;

R — радиус Земли;

V_N,V_E— северная и восточная составляющие скорости судна;

(b -b_c) —угол рассогласования следящей сферы относительно ги-росферы вокруг горизонтальных торсионов, т. е. угол закрутки горизонтальных торсионов, обладающих жесткостью Сг;

(a -a_c)—угол рассогласования следящей сферы относительно гиросферы, т. е. угол закрутки вертикальных торсионов, обладающих жесткостью Св;

Если углы закрутки (b—b_c) и (a—a_c), а следовательно, горизонтальный Сг(b—b_с) и вертикальный Св (a—a_с) моменты, прикладываемые к гироскопу, будут пропорциональны углу отклонения главной оси гироскопа от горизонта и соответствующим образом подобраны по величине и направлению, то курсоуказатель будет работать в режиме гирокомпаса. Величины и направления моментов определяются крутизной сигналов датчиков угла и индикатора горизонта и схемой их суммирования.

Один из возможных вариантов схемы суммирования сигналов показан на рис. 1.2. Эта схема, в которой применен индикатор горизонта с большой постоянной времени, позволяет осуществить следующее суммирование сигналов:

k3(b—b_с ) - k1 k2b_с=0 (1. 2)

k3(a -a_c) – mk1 k2b_с=0 (1. 3)

где k3 – крутизна сигнала датчиков угла;

k1 – крутизна сигнала индикатора горизонта;

k2 и m – масштабные коэффициенты.

Для простоты постоянную постоянную времени индикатора горизонта не учитываем.

Обозначив через n=k1k2/( k1k2+k3 ) , преобразуем выражения (1. 2)и(1. 3) в равенства:

(b—b_с)=nb ; (a -a_c)=mnb , (1. 4)

из которых следует, что на вход усилителей следящих систем поступает управляющий сигнал, пропорциональный углу b. Кроме того, на схеме суммирования показана возможность введения в систему сигналов коррекции eх и ez, о выборе которых будет сказано ниже.

Имея в виду, что частота собственных колебаний следящих систем значительно больше частоты собственных колебаний гиро-сферы, а переходный процесс в них затухает очень быстро, в уравнениях движения гирокомпаса можно оперировать соотношениями(1.4), которые не учитывают динамики следящих систем. Подставляя равенства (1.4) в выражения (1.1), получим уравнения, идентичные уравнениям обычного гирокомпаса с физическим маятником.

Анализируя эти уравнения, нетрудно найти, что период собственных колебаний гирокомпаса определяется выражением

Т = 2p . V H / C_гn u cosj , (1. 5)

а коэффициент затухания :

h =C_в m n /H. (1. 6)

Очевидно, что величины периода колебаний и коэффициента за-гухания зависят не только от кинетического момента гиросферы Н и жесткостей Сг и Св, но и от коэффициентов п и т, характеризующих масштаб моментов, прикладываемых к гироскопу, по отношению к углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонтаb . Если в обычном маятниковом гироскопе момент прямо пропорционален углу b , а величина его равна Р1b , где Р1— максимальный маятниковый момент, то в гирокомпасе с электромагнитным управлением зависимость момента от угла b определялась бы выражением Рlnb.

Меняя коэффициент п, можно изменять масштаб маятникового момента, а меняя коэффициент т — масштаб демпфирующего момента, и тем самым изменять величину периода незатухающих колебаний и коэффициента затухания.

Такая принципиальная и техническая возможность позволяет сравнительно просто решать следующие задачи:

ускоренное приведение гирокомпаса в меридиан, для чего необходимо уменьшить период незатухающих колебаний:

получение приемлемой точности курсоуказания при маневрировании, для чего, как известно, нужно увеличить период.

Для уменьшения периода коэффициент n следует увеличивать, а для увеличения периода — уменьшать.

Изменение коэффициента п можно осуществлять в схеме суммирования путем изменения масштабного коэффициента k2, который специально введен в схему, поскольку коэффициенты k1 и k3 для данной конструкции постоянны. Однако при такой схеме суммирования, которая показана на рис.2, диапазон изменения коэффициента п ограничен.

Действительно, преобразуя выражение для nк виду

n=1/(k3 / k1k2+1) (1. 7)

нетрудно убедиться, что при увеличении k2 величина n приближается к единице. Это означает, что крутизна момента не может быть больше жесткости горизонтальных торсионов Сг, которая и будет определять величину наименьшего периода собственных колебаний гирокомпаса.

Что же касается наибольшего периода, то его величина ограничивается практически значениями возмущающихся моментов, которые возникают вследствие статических ошибок следящих систем и нелинейности характеристик датчиков угла и индикатора горизонта. При соизмеримости величин этих моментов с управляющими моментами система теряет свои качества и становится неработоспособной.

Работа следящих систем. Для правильного функционирования гирокомпаса наряду со схемой управления существенным является надлежащая работа следящих систем, от которых требуется высокая точность и большое быстродействие. Эти требования вытекают, как следствие, из самого принципа работы гирокомпаса, устройство которого рассмотрено выше.

Азимутальная н горизонтальная следящие системы выполняют в гирокомпасе две основные функции:

управление гироскопом путем наложения моментов через торсионы, которые непрерывно удерживаются закрученными на определенный угол;

слежение за гироскопом путем отработки всех угловых перемещений корпуса прибора, которые передаются на следящую сферу, вызывая рассогласование между гироскопом и следящей сферой.

При угловых перемещениях судна карданов подвес вместе с корпусом прибора как бы обкатывается вокруг гироскопа, который в режиме гирокомпаса, благодаря своим свойствам, остается неподвижным относительно системы координат, связанной с Землей, если не принимать во внимание переносного движения вместе с судном.

Наличие статических ошибок в следящих системах приводит к наложению на гироскоп возмущающих моментов, величины которых прямо пропорциональны статической ошибке и жесткости торсионов. В результате этого в показаниях прибора возникают погрешности, допустимые значения которых могут быть получены лишь при весьма малых статических ошибках следящих систем.

Воздействие на прибор всякого рода периодических несимметричных возмущений, например качки, может привести к появлению постоянных составляющих в динамических ошибках следящих систем и, как следствие, к дополнительным погрешностям в показаниях прибора. Поэтому к следящим системам гирокомпаса должны предъявляться очень высокие требования.