МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

УДК 681.5.08: 681.518.3

Возняковський Андрій Олегович

МЕТОД ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ ПРИСКОРЕНЬ

ГІРОСТАБІЛІЗОВАНИХ ПЛАТФОРМ

05.11.01 – прилади та методи вимірювання механічних величин

ДИСЕРТАЦІЯ

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Науковий керівник:

Квасніков В.П.

д.т.н., професор,

Заслужений метролог України

Київ 2016

2

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ…………… 4

ВСТУП……………………………………………………………………………. 5

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ВИМІРЮВАННЯ

ПРИСКОРЕНЬ ОБ’ЄКТА ПРИ СТВОРЕНІ

ГІРОСТАБІЛІЗОВАНИХ ПЛАТФОРМ ТА

АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ …………………….................... 13

1.1. Огляд методів вимірювання кутової швидкості………………….. 13

1.2. Маятниковий акселерометр………………………………………... 17

1.3. Струнний акселерометр……………………………………………. 20

1.4. Аналіз дестабілізуючих факторів. Ударо- і віброзахист………… 21

Висновки до розділу 1……………………………………………… 26

РОЗДІЛ 2. МАЯТНИКОВИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

КОМПЕНСАЦІЙНОГО ТИПУ…………………………………. 27

2.1. Схемно-технічне рішення і функціональна схема акселерометра. 27

2.2. Розрахунок основних конструктивних параметрів

акселерометра………………………………………………………. 29

2.3. Аналого-цифровий контур зворотного зв'язку акселерометра….. 31

2.4. Методи корекції чутливого елементу акселерометра….………… 32

2.5. Алгоритм компенсації температурної похибки датчика

моменту……………………………………………………………… 41

2.6. Оцінка міцності акселерометра……………………………………. 45

Висновки до розділу 2……………………………………………… 48

РОЗДІЛ 3. СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ……………………... 49

3.1. Рівняння руху акселерометра……………………………………… 50

3.2. Подання вихідної інформації акселерометра……………………... 57

3.3. Визначення ціни молодшого розряду вихідних сигналів………... 58

3.4. Розрахунок теплового стану і процесів теплообміну з

навколишнім середовищем………………………………………… 59

3

3.5. Розрахунок амортизаторів…………………………………………. 69

Висновки до розділу 3……………………………………………… 84

РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ. РОЗРАХУНОК

НАДІЙНОСТІ. МАКЕТУВАННЯ…………………………………………….. 86

4.1. Оцінка часу готовності……………………………………………... 86

4.2. Конструктивне виконання акселерометра………………………... 87

4.3. Макетування акселерометру………………………………………. 90

4.4. Оцінка надійності ЕРЕ……………………………………………... 94

4.5. Стенд для випробування платформи при вимірюванні кутового

прискорення………………………………………………………… 99

Висновки до розділу 4……………………………………………… 108

ВИСНОВКИ……………………………………………………………………... 109

СПИСОК ВИКОРИСТАННИХ ДЖЕРЕЛ………………………………....... 111

ДОДАТКИ ……………………………………………………………………….. 122

Додаток А. Загальний вигляд приводу, редуктора, тормозу………………….. 122

Додаток Б. Акт впровадження на підприємстві….……………………………. 123

Додаток В. Акт впровадження в учбовий процес….………………………….. 124

4

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАННИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

АМ – акселерометр

ДМ – датчик моменту

ЧЕ – чутливий елемент

ШІМ – широтно-імпульсний модулятор

ц.м. – центр мас

ОДГ – оптична ділильна головка

ПЕ – пружний елемент

АЧХ – амплітудно-частотна характеристика

ФЧХ – фазо-частотна характеристика

ДКШ – датчик кутової швидкості

БЦОМ – бортова цифрова обчислювальна машина

САУ – система автоматичного управління

ц.м.р. – ціна молодшого розряду

ГСП – гіростабілізована платформа

СУВ – система ударо- і віброзахисту

ОР – основна робота

5

ВСТУП

Актуальність теми

На сучасному етапі розвитку літакобудування, ракетобудування, систем

навігації та керування об’єктом акселерометри застосовуються в автопілотах для

поліпшення характеристик стійкості і керованості об'єкту, а в системах

інерціальної навігації – як основні датчики, призначені для вимірювання

прискорення, з яким переміщається центр мас об'єкту.

З розвитком приладобудування особлива увага приділяється гіроскопічним

пристроям для визначення швидкостей та прискорень об’єкту.

Гіростабілізовані платформи (ГСП) знайшли широке застосування на

рухомих об’єктах різного класу.

Основне завдання, розв'язуване гіростабілізованими платформами, полягає

в побудові на рухомому об'єкті, в загальному випадку, триортогональної системи

координат заданої прив'язки і необхідної точності. Особливо важливі ці

характеристики для встановлюваних на них оптико-електронних приладів,

гірокомпасів, приладів нічного бачення, оптичних головок інфрачервоного

самонаведення і багатьох інших.

Завдання високоточних вимірювань прискорення вирішуються шляхом

створення теорії систем наведення та стабілізації. Теорія проектування програмних

систем визначення прискорення розроблена видатними вченими Бабаевим О.А.,

Бесекерським В.А., Булгаковим Б.А.; теорія лінійних і нелінійних систем

вимірювання механічних величин розроблена Костюком В.І., Вороновим О.О.,

Солодовниковим В.В., Чемодановим Б.К., Лакотой М.А., теорія цифрових

стабілізованих приводів розроблена Бесекерским В.А., Федоровим С.М., теорія

гіроскопічних систем стабілізації розроблена Павловским М.А., Пельпором Д.З,

Одинцовим А.О., Самотокіним Б.Б., Бубликом Г.Ф., Збруцьким О.В., Рижковим

Л.М., Довгополим А.С.

Розробкою датчиків лінійних прискорень, які призначені для вимірювання

прискорення рухомого об’єкту і перетворення величини прискорення в

6

електричний сигнал займались Безвесільна О.М., Бондарь П.М., Граммер Р.,

Ривкін С.С., Ройтенберг Я.Н., Фабрикант Е.А., Сайдов П.І. та інш.

З розвитком техніки все частіше застосовуються датчики, які складають

основну частину зворотного зв’язку в приладах, машинах, роботах. Зокрема для

вимірювання прискорення використовуються акселерометри.

Сигнали, пропорційні прискоренню, використовують для стабілізації й

автоматичного управління рухомими об’єктами на траєкторії. Акселерометри

вимірюють уявне прискорення, що є різницею між абсолютним лінійним

прискоренням об’єкта й прискоренням сили тяжіння Землі.

Тому, для потреб та розвитку сучасного приладобудування та метрології

даний напрямок є актуальний та затребуваний.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась на кафедрі комп’ютеризованих

електротехнічних систем та технологій відповідно до тематичних планів і науково-

дослідних робіт Національного авіаційного університету, відповідно до Закону

України №433-IV «Про пріоритетні напрями інноваційної діяльності в Україні»

зокрема за напрямом «Приладобудування, як основа високотехнологічного

оновлення всіх галузей виробництва»; в науково-дослідній роботі № 655-ДБ10

«Розробка методології системи інтелектуального керування мобільними роботами»

(номер держ. Реєстрації 0110U000211, 2012 р.), де автор був виконавцем

підрозділів п. 2.3 та в науково-дослідній роботі № 864-ДБ13 «Теорія та принципи

побудови інтелектуальних вимірювальних систем для контролю геометричних

параметрів високоточних деталей» (номер держ. реєстрації 0113U000083, 2014 р.),

де автор був виконавцем підрозділу 3.3.

Мета і завдання дослідження. Метою даної дисертаційної роботи є

розробка методу підвищення точності вимірювання прискорення

гіростабілізованої платформи за допомогою акселерометрів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Аналіз існуючих методів, способів, методик і приладів для вимірювання

прискорення об’єктів;

7

2. Розробка та доповнення існуючих математичних моделей вимірювання

прискорень гіростабілізованих платформ;

3. Розробка методу компенсації похибок, поліпшення характеристик

приладу для використання в складних технічних системах;

4. Порівняння та аналіз використання теоретичних та експериментальних

досліджень вимірювання прискорень;

5. Розробка конструкції стенду для перевірки та проведення метрологічних

атестацій;

6. Оцінка надійності приладу.

Об'єктом дослідження є процес вимірювання прискорення.

Предметом дослідження є маятниковий акселерометр компенсаційного

типу.

Методи дослідження. При розв’язанні поставлених задач

використовувалась: теорія пружності для оцінки міцності чутливого елементу

акселерометра, закон електромагнітної індукції для створення алгоритму

компенсації температурної похибки датчика моментів, теорія руху акселерометрів

для побудови рівняння руху та отримання передатної функції чутливого елементу,

теорія автоматичних систем управління для побудови схеми автоматичного

управління вихідним сигналом, програмний продукт STAR-CCM для побудови і

аналізу теплового стану блоку приладів, інтеграл Мора для визначення деформації

при розрахунку амортизатора, програмний продукт NASTRAN для моделювання

навантажень, що діють на амортизатор, теорія надійності для оцінки надійності

виробу.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблено метод вимірювання прискорення з використанням

нового чутливого елементу, відмінного від існуючих типів струнних та

маятникових акселерометрів, що дає можливість підвищити точність вимірювання

прискорення на 6% та збільшити чутливість приладу на 7%.

8

2. Вперше розроблено математичну модель компенсації температурних

похибок датчика моментів в складі маятникового акселерометра компенсаційного

типу яка відсутня в аналогічних пристроях, що дало змогу забезпечити точність

приладу при роботі в складі складних гіроскопічних платформах.

3. Розроблено нову математичну модель амортизатора для зменшення

впливу дестабілізуючих факторів (ударів, вібрацій), яка відрізняється від

аналогічних конструкцій меншими габаритами але більш пружними

характеристиками і дає змогу зменшити впливи вібрації на 12%.

4. Подальший розвиток отримав удосконалений метод автоматичного

керування сигналом задля зменшення впливу похибок, що дає можливість

підвищити точність вимірювання прискорення. На відміну від існуючих аналогів

система автоматичного керування є стійкою у великому діапазоні вимірювань

приладу.

Практичне значення отриманих результатів:

розроблено схемно-технічне рішення, що відрізняється від аналогів, з

використанням світлодіода, фотодатчика і широтно-імпульсного модулятора, яке

забезпечує високу точність перетворення сигналу при вимірюванні прискорення і

дає змогу використовувати прилад у авіаційній, ракетній, космічній галузі.

розроблена схема аналого-цифрового контуру зворотного зв'язку для

перетворення аналогового сигналу чутливого елемента, під час вимірювання

прискорення, в цифровий вигляд для забезпечення універсального підключення

приладу до різноманітних систем.

розроблено методику підвищення чутливості акселерометра задля

використання акселерометру а складних прецизійних гіроскопічних платформах та

для проведення метрологічної атестації приладів.

розроблено математичні моделі компенсації похибок вимірювання

прискорень для зменшення впливу дестабілізуючих факторів, що дає змогу

використовувати їх при проектуванні та модернізації маятникових акселерометрів

компенсаційного типу.

9

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати

дисертаційної роботи одержані автором самостійно. Особистий внесок здобувача в

роботах, опублікованих в співавторстві, такий:

- розроблено інформаційне та математичне забезпечення процесу

вимірювання прискорення, а саме математичну модель з урахуванням факторів, що

впливають на похибки (вібрації, температури, теплового розширення);

- запропонована методика балансування чутливого елементу

акселерометра;

- запропоновано схему знімання сигналу, в якому компенсація всіх

похибок входить в вихідний сигнал;

- розроблено метод компенсації температурних похибок;

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації

доповідались і обговорювались на: 9ій Міжнародній науково-практичній

конференції «Інтегровані інтелектуальні робото-технічні комплекси» (2016,

Національний авіаційний університет, Київ, Україна), 15ій Міжнародній науково-

технічній конференції «Приладобудування: стан і перспективи» (2016,

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,

Київ, Україна), 9ій Міжнародній науково-практичній конференції «Військова освіта

і наука: сьогодення та майбутнє» (Військовий інститут імені Т.Г. Шевченка, 2013).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 наукових праць у наукових

фахових виданнях, з них 1 стаття у міжнародному науковому журналі що

індексується в світових наукометричних базах даних і системах, таких як Index

Copernicus, EBSCO, 3 тези доповіді на міжнародних конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертацію викладено на 125 сторінках

друкованого тексту. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків,

списку літературних джерел і додатків. Матеріали роботи проілюстровані 23

рисунками і 18 таблицями. Список літературних джерел нараховує 105

найменувань. Обсяг роботи, у якому викладено її основний зміст, становить 108

сторінок.

10

У вступі відзначено актуальність теми дисертаційної роботи, напрямок,

мету і задачі дослідження, зв’язок роботи із науковими планами, програмами.

Викладено основні положення, які виносяться на захист, наукову новизну і

практичне значення отриманих математичних моделей, відомості про апробацію та

публікації основних результатів роботи, її обсяг та структуру.

У першому розділі дисертаційної роботи проведено аналіз літературних

джерел, розглянуто історію розвитку та наукові досягнення у сфері проектування

приладів вимірювання прискорення.

Показано, що традиційні методи, методики та математичні моделі для

компенсації похибок повною мірою не забезпечують зростаючі вимоги до сучасних

акселерометрів.

Проведено аналіз дестабілізуючих факторів, що діють на маятниковий

акселерометр під час роботи у складі гіростабілізованої платформи. Проведено

аналітичний огляд методів и структур ударо- і віброзахисту.

На основі результатів аналітичних досліджень сформульовано перелік задач

по створенню математичних моделей для компенсації похибок, підвищення

точності та чутливості акселерометра.

У другому розділі розроблено нову структурну схему маятникового

акселерометра компенсаційного типу, яка включає світлодіод, чутливий елемент,

датчик моментів.

Проведено розрахунок основних конструктивних параметрів

акселерометра, а саме чутливого елемента.

Побудовано аналого-цифровий контур та введено в його склад широтно-

імпульсний модулятор задля покращення вихідного сигналу акселерометра.

Проведено синтез математичної моделі компенсації температурної похибки

датчика моменту, а саме розраховано стабільність передавального коефіцієнта

приладу акселерометру, що залежить від величини та стабільності крутизни

датчика моментів, яка, в свою чергу, залежить від величини індукції, коерцитивної

сили магніту і його температури.

11

У третьому розділі синтезовано рівняння руху акселерометра та введено в

нього новий параметр – незбалансована маса m. Отримано рівняння для визначення

похибок при орієнтації осей чутливості акселерометра, за допомогою матриці

напрямних косинусів. Синтезовано структурну схему САУ із широтно-імпульсним

модулятором, за допомогою якого зменшено похибку вихідного сигналу

акселерометра.

Розроблено математичну модель для пружинних амортизаторів, яка

забезпечує віброзахист в трьох напрямках (OX, OY, OZ). Встановлено, що

амортизатор характеризується високим віброзахистом, покращеними

демпфуючими властивостями, зменшеними, в порівнянні з аналогами, масовими та

габаритними характеристиками.

Розроблена математична модель узагальненої сили, що діє на блок

пристроїв по трьом осям. Показано, що система віброзахисту може ефективно

працювати при заданих умовах експлуатації. Встановлено, що на конструкцію

накладаються обмеження збігу центру мас блоку пристроїв і центру жорсткості

системи амортизації, а в разі невиконання цієї умови в системі будуть присутні

перехресні зв'язки, тобто на переміщення центру мас блоку пристроїв в напрямку

осей будуть впливати не тільки сили, що лежать на цих осях.

У четвертому розділі приведені результати експериментальних досліджень

температурної компенсації приладу, виконано енергетичну оцінку системи

термостабілізації акселерометра в режимі нагріву в період передстартової

підготовки від вихідної температури Т1= - 40°С до робочої Т2 =60°С.

Проведена оцінка чутливості пружного підвісу ЧЕ, яка визначалась за

величиною приросту вихідного сигналу датчика кута при розворотах корпуса, в

якому встановлений ЧЕ, на кути 10 кут.с, що відповідає діапазону лінійних

прискорень 5g. Оцінка була проведена на двох ЧЕ. Приріст сигналу знаходився в

межах (10..20) мкв.

Були отримані амплітудно-частотні і фазочастотні характеристики

чутливого елемента.

12

Проведено оцінку надійності виробу. У розрахунку використовувались

коефіцієнти інтенсивності відмов елементів згідно з довідником для відповідних

ЕРЕ або їх аналогів. Встановлено, що надійність акселерометра складає 0,9987, що

на 8% краще за попередні результати.

Оцінка надійності проводилася в припущенні, що вся застосована елементна

база підпорядковується експоненціальному закону розподілу часу безвідмовної

роботи протягом усього періоду експлуатації.

Запропоновано та розроблено стенд для випробування платформи при

вимірюванні прискорення, який призначений для регулювання та перевірки

параметрів приладів на етапі регулювання, проведення приймально-здавальних

випробувань, а також метрологічної атестації та перевірки кутових прискорень.

Стенд є імітатором виконавчої частини об'єкта, керованого акселерометром, і

призначений для контролю розворотів, кутових прискорень, що формуються і

забезпечення реального навантаження.

У загальних висновках сформульовано основні результати теоретичних і

експериментальних досліджень, що представлені у дисертації.

В додатках представлено: акти впровадження результатів дисертаційної

роботи та креслення основних вузлів стенду.

13

РОЗДІЛ 1

АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ВИМІРЮВАННЯ ПРИСКОРЕНЬ ОБ’ЄКТА

ПРИ СТВОРЕНІ ГІРОСТАБІЛІЗОВАНИХ ПЛАТФОРМ ТА

АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ

Гіростабілізована платформа — гіроскопічний пристрій для просторової

стабілізації будь-яких об'єктів або приладів, а також для визначення кутів повороту

основи, на якій встановлена. Служить для стабілізації приладів і для усунення

впливу зовнішніх факторів, що виводять, платформу з заданого положення.

1.1. Огляд методів вимірювання прискорень об’єкта

Гіростабілізовані платформи знайшли широке застосування на рухомих

об'єктах різного класу. Це ракети-носії, супутники, тактична палубна авіація,

стратегічна бомбардувальна авіація, надводні і підводні кораблі, бойові машини,

палубна артилерія і багато інших, в тому числі, засоби оборони. Основне завдання,

розв'язуване ГСП, полягає в побудові на рухомому об'єкті в загальному випадку

триортогональної системи координат заданої прив'язки і необхідної точності.

Особливо важливі ці характеристики для встановлюваних на них оптико-

електронних приладів, гірокомпасів, гіротеодолітів, приладів нічного бачення,

оптичних головок інфрачервоного самонаведення і багатьох інших. Разом з тим, в

роботах Б. В. Назарова та інших авторів з очевидністю доведено, що тривісна

стабілізована платформа все ж схильна до дії зовнішніх, гармонійних чи

випадкових, збурень, що призводять до власних відходів щодо всіх трьох осей, що

зумовлено, головним чином, наявністю перехресних зв'язків між каналами

стабілізації.

Одним із сучасних напрямків побудови ГСП є застосування в їх складі

високочутливих оптико-електронних приладів, що забезпечують цілодобове

виконання завдань. У результаті недостатньої точності, малого діапазону керуючих

швидкостей, недостатньої завадостійкості та надійності вони не можуть бути

використані у сучасних навігаційних системах рухомих об’єктів.

14

На керовані чутливі елементи ГСП, розташовані на рухомих об’єктах, діють

зовнішні механічні збурення по трьом осям, викликані динамікою рухомих

об’єктів, вібраціями приводних механізмів носія, впливами вітру, дебалансом

рухомих частин [1-6].

Завдання керування вирішуються шляхом створення теорії систем

наведення та стабілізації. Теорія проектування програмних систем стабілізації

розроблена видатними вченими Бабаевим О.А., Бесекерським В.А., Булгаковим

Б.А.; теорія лінійних і нелінійних систем наведення розроблена Костюком В.І.,

Вороновим А.А., Солодовниковим В.В., Чемодановим Б.К., Лакотой Н.А., теорія

цифрових слідкуючих приводів розроблена Бесекерским В.А., Федоровим С.М.,

теорія гіроскопічних систем стабілізації розроблена Павловским М.А., Пельпором

Д.З, Одинцовим А.О., Самотокіним Б.Б., Бубликом Г.Ф., Збруцьким О.В.,

Рижковим Л.М., Довгополим А.С., Безвесільною О.М., Бондарем П.М., Граммером

Р., Ривкіним С.С., Ройтенбергом Я.Н., Фабрикантом Е.А., Сайдовим П.І., теорія

оптимальних систем керування – Беллманом Р., Болтянським В.Г., Гостьовим В.І.,

Єськовим Д.І. та інші.

З розвитком техніки все частіше застосовуються датчики, які складають

основну частину зворотного зв'язку в приладах, машинах, роботах. Зокрема для

вимірювання прискорення використовуються акселерометри.

Акселерометри – датчики лінійних прискорень, призначені для

вимірювання прискорення рухомого об’єкту і перетворення його в електричний

сигнал. Сигнали, пропорційні прискоренню, використовують для стабілізації й

автоматичного управління рухомими об’єктами на траєкторії. Акселерометри

вимірюють уявне прискорення, що є різницею між абсолютним лінійним

прискоренням об’єкта й прискоренням сили тяжіння Землі [7-9].

На сучасних літаках, ракетах, супутниках, машинах і космічних кораблях

акселерометри застосовуються в автопілотах для поліпшення характеристик

стійкості і керованості об'єкту, а в системах інерціальної навігації – як основні

датчики, призначені для вимірювання прискорення, з яким переміщається центр

15

мас об'єкту. Акселерометри також використовуються як індикатори площини

горизонтування гіростабілізованих платформ і інших пристроїв.

Розрізняють акселерометри залежно від виду руху — лінійні і кутові; за

принципом дії - механічні, електромеханічні та ін.; за призначенням — вимірюють

прискорення як функцію часу або шляху і вимірює максимальний момент

досягнення об'єктом заданого значення прискорення або максимальне значення

прискорення в швидкоплинному процесі, наприклад при ударі.

Деякі акселерометри також мають вбудовані системи збору і обробки даних.

Це дозволяє створювати завершені системи для вимірювання прискорення і

вібрації з усіма необхідними елементами [10-12].

Акселерометри входять до складу інерціальних навігаційних систем, де

отримані з їх допомогою вимірювання інтегрують, отримуючи інерційну швидкість

і координати носія, при реєстрації амплітуд вище власної резонансної частоти

можна вимірювати безпосередньо власну швидкість акселерометра.

Електронні акселерометри часто вбудовуються в мобільні пристрої

(телефони) і застосовуються в якості крокомірів, датчиків для визначення

положення в просторі, автоматичного повороту дисплея та інших цілей.

В даному випадку розглянемо установку акселерометра на

гіростабілізовану платформу. Ця платформа, використовуючи властивості

гіроскопа - зберігати незмінною орієнтацію своєї осі в просторі, забезпечує строго

горизонтальне положення осей чутливості акселерометрів (з точністю до одиниць

кутових секунд). Виміряні прискорення двічі інтегруються, і, таким чином,

отримується інформація про зміну місцеположення рухомого об'єкта. Об'єднані

спільним завданням визначення координат рухомого об'єкта гіроскопи і

акселерометри утворюють інерційну навігаційну систему (ІНС). Крім цієї задачі

ІНС поставляє інформацію про кутову орієнтацію об'єкта: кути крену, тангажу,

рискання (курсу) і швидкості об'єкта.

У основі конструкції акселерометра – тягарець (інертна маса), який

переміщається в корпусі на пружині (або іншому пружному елементі), реагуючи на

сили інерції, що виникають при прискоренні або уповільненні об’єкту. Чим більше

16

прискорення, тим більше відхиляється тягарець. Коли сила інерції тягарця

врівноважується силою пружини, величина його зсуву від нейтрального

положення, що свідчить про величину прискорення (уповільнення), реєструється

датчиком переміщення і перетвориться в електричний сигнал на виході приладу.

Цей сигнал потім подається в електронний блок або бортовий комп'ютер для

обробки.

Конструкція акселерометра така, що він реагує тільки на ту складову

прискорення, яка співпадає з напрямом переміщення тягарця, так званою віссю

чутливості приладу. Прості акселерометри мають одну таку вісь, але є варіанти з

двома або трьома осями чутливості. Особливість акселерометра полягає також в

тому, що через його принцип роботи він реагує не тільки на силу інерції, а і на силу

тяжіння. У одних випадках це заважає, а в інших, навпаки допомагає.

При експлуатації на рухомих об'єктах акселерометри піддаються

кліматичним і механічним діям. Земна атмосфера залежно від місця, часу року і

висоти над рівнем моря має широкий діапазон зміни стану по температурі, тиску,

вологості, іонізації і іншим параметрам. Для більшості приладів (зокрема,

акселерометрів) діапазон температур, в якому прилади повинні забезпечувати

нормальну роботу, лежить в межах від – 40ºС до +60ºС. В окремих випадках

температура повітря, що оточує прилад в процесі експлуатації, може значно

перевищувати +60ºС і досягати величини +80ºС..1000С. Сучасні прилади повинні

забезпечувати нормальну роботу при відносній вологості до 98% і запиленості

повітря у відповідності до загальних технічних умов.

Широке поширення в авіаційній і ракетній техніці в складі командних

приладів отримали маятникові і струнні акселерометри. В зв'язку з їх великим

розповсюдженням через високі точнісні характеристики розглянемо принцип дії та

функціональну схему обох приладів.

17

1.2. Маятниковий акселерометр

Маятниковий акселерометр призначений для роботи в якості чутливого

елемента для використання в інерційних авіаційних системах різного класу і

призначення. Функціональна схема представлена на рис. 1.1.

Рис. 1. 1. Функціональна схема маятникового акселерометра

Чутливим елементом приладу є фізичний маятник поз.1 на пружному підвісі

поз.2, що має одну ступінь свободи. При впливі на маятник складової сили земного

тяжіння в напрямку вимірювальної осі Х-Х приладу маятник відхиляється відносно

корпусу. Цей поворот маятника за допомогою ємнісного датчика кута, що

складається з диференційного конденсатора поз.6 і диференціального

трансформатора поз.7, перетвориться в електричний сигнал по напрузі змінного

струму і фазою, яка визначається напрямком відхилення маятника. Сигнал з

датчика кута, а саме: з вихідної обмотки диференціального трансформатора поз.7,

подається на підсилювач-перетворювач, який призначений для посилення і

18

перетворення сигналу. Отриманий і посилений сигнал надходить в обмотку

магнітоелектричного датчика сили поз. 4,5. Момент, що виникає при взаємодії

струму, що протікає в обмотках датчика сили, з полем постійного магніту поз.5,

врівноважує момент складової сил земного тяжіння. Отже величина цього струму

пропорційна куту відхилення плеча маятника від вертикалі місця. Порогом

чутливості акселерометра називають мінімальне прискорення, на яку він реагує.

Маятниковість (статичний момент) Pl акселерометра вибирають з умови

забезпечення заданого порогу чутливості при наявності можливих шкідливих

моментів Мвр навколо осі повороту маятника:

𝑃𝑙

𝑔𝑎𝑚𝑖𝑛 ≥ 𝑀вр, (1.1)

При використанні маятникового акселерометра в якості датчика, порогове

значення чутливості буде визначати чутливість акселерометра до нахилу основи в

полі сил земного тяжіння. Розглянемо поведінку маятника, підвішеного на

пружному шарнірі, у полі сил тяжіння Землі. Виберемо в якості основи маятника

площину, перпендикулярну положенню плеча маятника, коли момент збурення

пружного шарніру (пружний момент) дорівнює нулю. Вихідним положенням

маятника є положення, коли основа його збігається з площиною горизонту і центру

мас маятника знаходиться над площиною горизонту (верхня маятниковість). При

повороті основи маятника навколо осі, паралельної осі повороту маятника або

такою, що збігається з нею, на малий кут α (рис. 1.2) від вихідного положення

умови рівноваги маятника опишеться наступною рівністю:

𝑃𝑙 ∙ sin 𝛼 ∙ (𝛽 + 𝛼) = 𝑐 ∙ 𝛽, (1.2)

де Pl – статичний момент маятника; β – кут повороту маятника відносно

незбуреного по пружному моменту положення; α – кут повороту основи маятника

відносно площини горизонту; с – кутова жорсткість пружного підвісу.

19

Рис.1.2. Схема повороту основи маятника

При малих кутах α та β умову рівноваги можна записати у вигляді:

|𝛽| =𝛼

1−𝑐

𝑃𝑙

, (1.3)

Із співвідношення видно, що для збільшення чутливості маятника до нахилу

основи необхідно, щоб відношення С

𝑃𝑙 наближалося до одиниці або, іншими

словами кажучи, щоб жорсткість пружного підвісу дорівнювала статичному

моменту маятника.

Чутливі елементи маятникових акселерометрів мають малі габаритні

розміри і вагу, володіють досить великою стабільністю зміщення нуля, однак

похибка коефіцієнта перетворення протягом строку експлуатації становить 1-2%.

Крім того, значно збільшуються об’ємно-масові характеристики приладу в зв'язку

з необхідністю перетворення аналогового сигналу в імпульсну або цифрову форму

[13-14].

20

1.3. Струнний акселерометр

Струнний акселерометр - прилад призначений для вимірювання проекції

швидкості виробу на вимірювальну вісь і видачі інформації по двом роздільним

каналах в блок перетворення інформації.

Вимірювання прискорення виробів приладом засноване на принципі

вібруючої струни, який полягає в тому, що частота коливань струни залежить від

величини її натягу. Якщо до струни прикріпити масу таким чином, щоб інерційні

сили, діючі на цю масу, змінювали натяг струни, то частота поперечних коливань

струни виявиться функціонально пов'язаної з величиною цих інерційних сил, а

значить і з прискоренням об'єкта на якому розміщений прилад. Функціональна

схема зображена на рис. 1.3.

Рис.1.3. Функціональна схема струнного акселерометра

1 – струна; 2 – постійний магніт; 3 – маса; 4 – підвіс; 5 – підсилювач;

R1, R2 – баластні опори; Rе – еквівалентний опір.

Чутливий елемент і підсилювач являють собою струнний автогенератор

призначений для порушення, підтримки і знімання власних коливань струни.

Коливання струни збуджуються за допомогою магнітоелектричного

перетворювача, рухомий частиною якого є сама струна 1, поміщена в зазор

постійного магніту 2. Через вібратор пропускається змінний струм, який при

взаємодії з магнітним полем створює поперечну силу, що викликає рух струни на

частоті власних коливань. У свою чергу, при русі струни в магнітному полі в ньому

виникає електрорушійна сила, яка є вихідною величиною перетворювача і вхідною

величиною підсилювача.

21

При дії на об'єкт, на якому встановлений струнний акселерометр,

прискорення 𝐹 = 𝑚�̇� до струни прикладається інерційна сила. Частота на виході

струнного акселерометра пов'язана з прискоренням �̇� співвідношенням:

𝑓 =1

2𝑙√

𝑇0±𝑚�̇�

𝜌, (1.4)

де, Т0 – початковий натяг струни; �̇� – прискорення об’єкту; m – сейсмічна маса; l

– довжина струни; ρ – лінійна щільність струни.

Струнні акселерометри забезпечують цифровий вихід без перетворення

аналогового сигналу в цифрову (імпульсну) форму, у зв'язку з чим на їх точності

не позначається тимчасова і температурна нестійкість еталонних джерел напруги,

що визначають точність цифрових акселерометрів з перетворювачами [13-14].

Недоліками струнного датчика є малі переміщення інерційної маси, які

визначаються пружними властивостями матеріалу струни і обмежують

застосування відомих демпферів для захисту струнного акселерометра при вимірах

з великим рівнем вібраційних завад; нелінійність залежності вихідної

характеристики, що зв'язує частоту коливань струни з вхідним впливом.

1.4. Аналіз дестабілізуючих факторів. Ударо- і віброзахист

У даному параграфі викладено стислий аналітичний огляд літератури в

області СУВ. Як показує огляд літератури з даної проблематики, у ній відсутній

загальний систематичний аналіз робіт в області ударо- і віброзахисту, кожний

автор висвітлює це, як одну окрему проблему. Вагомий внесок у розвиток теорії і

практики СУВ був зроблений такими вченими як Коловський М.З., Павловський

М.А., Суровцев Ю.А., Іориш Ю.І., Кононенко В.О., Ганієв Р.Ф. та іншими.

Розвиток вітчизняних системи віброзахистних пристроїв тісно пов'язаний з такими

іменами як Карпушин В.Б., Болотін В.В., Вільке В.Г., Ларін В.Б., Бузицький В.Н.,

Вульфсон І.І. та інших. Велику роль у розвитку СУВ зіграли роботи ряду

закордонних учених, зокрема, Крида Ч., Кер-Вільсона У. та інших. Незважаючи на

значний термін, що пройшов із часу виходу їх праць у світ, всі вони ще не втратили

свого значення. Певний практичний інтерес мають книги Коничева В.І.,

Ільїнського В.С [15-19].

22

Проблеми захисту приладів амортизаторами розглядають Ільїнский В.С. і

Суровцев Ю.А. У цих роботах вони дають кваліфікацію амортизаторів, які ними

розділені на такі чотири основні групи :

- гумометалеві амортизатори;

- суцільнометалеві амортизатори зі структурним демпфіруванням;

- амортизатори пружні з повітряним демпфіруванням;

- амортизатори пружні з фрикційним демпфіруванням;

Всі вони мають свої переваги та недоліки.

Найпоширенішими є гумометалеві амортизатори. Як видно з названих нами

вище праць, вони мають багато переваг: малі габарити, стійкі до перепадів

атмосферного тиску. Ці амортизатори не мають різко виражених резонансів ні у

вертикальних, ні в горизонтальних напрямках. Але, на жаль, вони мають ряд

недоліків, серед них: недовговічність, поганий опір агресивним середовищам та

випромінюванням. Ряд матеріалів, що йдуть на виготовлення амортизаторів,

зокрема більшість сортів гум, майже цілком втрачає свої пружні властивості при

низьких температурах, руйнується під дією радіації і різних агресивних реагентів,

що находяться в повітрі. Такі амортизатори не розраховані на захист від ударних

впливів високого рівня, вони не витримують високих навантажень і руйнуються.

Суцільнометалевий амортизатор розроблений для устаткування, що

перебуває у важких динамічних і кінематичних умовах. Основним робочим

органом амортизатора є циліндрична пружина і металева сітчаста подушка, що

міститься усередині пружини (рис. 1.4). Основне призначення сітчастої подушки –

виконувати роль демпфера коливань. Подушка являє собою дрібне плетиво зі

сталевого дроту, що не ржавіє. Пружні і демпфуючі властивості подушки, залежать

від діаметра дроту, кроку витків і розмірів подушки. Основні переваги

суцільнометалевого амортизатора перед гумометалевими такі [20-21]:

1. На роботі амортизатора не позначається вплив температури й

агресивних середовищ, тому що для його виготовлення використовується дріт із

нержавіючої сталі, інконелія або немагнітних сплавів мідь-берилія.

23

2. Конструкція амортизаторів забезпечує незмінність амортизаційних

характеристик і швидке відведення тепла.

3. Амортизаційні подушки не вимагають при роботі очищення від бруду,

льоду, олії і води і не чутливі до змін атмосферних умов.

4. Амортизатор практично не старіє, тому що не має у своїй конструкції

органічних матеріалів, а напруги у витках дротів обрано значно нижче межі втоми.

Рис. 1.4. Суцільнометалевий амортизатор

1 – втулка з різьбою; 2 – основна амортизаційна подушка (плетення з нержавіючої

проволоки);3 – пружина з нержавіючої сталі; 4 – верхня допоміжна подушка;

5 – корпус; 6 – нижня допоміжна подушка; 7 – основа.

Експериментальні частотні характеристики суцільно-металевого

амортизатора для двох значень амплітуди коливання об’єкту при дії вертикальної

вібрації наведено на рис. 1.5 [22-26].

Як видно з графіків (рис. 1.5), розглянутий амортизатор у навантаженому стані

при малих амплітудах вібрації має власну частоту порядку 10 Гц, при цьому

віброізоляція не залежить ні від температури, ні від тиску навколишнього

середовища. Віброізоляція об'єктів на цих амортизаторах починається з частот

порядку 15 Гц при амплітудах вібрації основи до 0,5 мм. При амплітудах вібрації,

що перевищують 0,5 мм, на частоті близько 20 Гц виявляють другий резонансний

пік, що належить, мабуть, резонансним коливанням пружної металевої подушки

[27].

24

Рис. 1.5. Експериментальні частотні характеристики суцільнометалевого

амортизатора при дії вібрацій у вертикальному напрямку з амплітудами <0,5 мм

(лівий графік) і >0,5 мм (правий графік)

Якщо в гумометалевих амортизаторах гумовий масив одночасно працює і

як пружний елемент, і як демпфуючий, то в пружному амортизаторі з повітряним

демпфіруванням ці функції розділені між двома самостійними елементами. У

якості пружного елемента такий амортизатор звичайно має спіральну пружину з

циліндричним конічним або експоненціальним профілем. Експоненціальна

пружина забезпечує рівночастотність амортизатора. При цьому нелінійна пружна

характеристика дозволяє знизити максимальний відносний зсув, тобто розмір

вільного руху амортизатора.

Пружина сама по собі не має помітного внутрішнього тертя. Її власні

коливання загасають дуже повільно. Тому в амортизаторах сталева пружина

вкладена в гумовий балончик із каліброваним отвором, крізь який при роботі

амортизатора проходить повітря (рис. 1.6), що забезпечує необхідне

демпфірування.

За віброізоляційними характеристиками ці амортизатори перевершують

гумометалеві амортизатори, частоти їх власних коливань в осьовому напрямку

становлять (8–10) Гц, у бічному – (15–18) Гц. Віброізоляція апаратури при

вертикальній вібрації починається з частот (10–12) Гц при амплітудах коливань

1 мм. При дії горизонтальної вібрації віброзахист можливий з частот (20–25) Гц. На

25

більш низьких частотах наступає резонанс, повітряне демпфірування навіть при

номінальних навколишніх умовах не забезпечує повного ефекту.

Рис. 1.6. Амортизатор з повітряним демпфіруванням

Амортизатори можуть використовуватися переважно в системах, що

забезпечують статичне навантаження вздовж осі амортизатора. Вібраційне

навантаження в бічному напрямку амортизатори можуть сприймати при

дотриманні деяких обмежень.

Використання повітря у демпфері призводить до того, що при зміні

кліматичних умов (температура, вологість), а також при збільшенні висоти польоту

якість демпфірування значно погіршується і практично може зовсім зникнути. Це

стосується також і амортизаторів, які використовують замість повітря рідину (воду,

олію, спеціальні рідини та інші). До того ж вони мають великі габарити. При

низьких температурах характеристика віброізоляції має вищі частоти [28-31].

У більшості гумометалевих і повітряно-демпфіруючих амортизаторів

демпфірування невелике або нестале, і амплітуда відносного переміщення на

резонансі значно перевищує припустиме значення. Зменшення амплітуди можливе

завдяки збільшенню демпфірування, що конструктивно досягається введенням в

амортизатор елементів, що працюють із сухим тертям. Вони забезпечують силу

тертя, розмір якої постійний протягом усього часу дії навантаження і не залежить

від відносної амплітуди вібрації.

Застосування амортизаторів із сухим тертям дозволяє вирішити питання про

захист апаратури при крайніх значеннях температури. Навіть при простіших

26

умовах роботи вони можуть демпфірувати коливання краще, ніж гумометалеві,

повітряно-демпфірувальні або суцільнометалеві амортизатори.

Однак в амортизаторах із фрикційним демпфіруванням є два основні

недоліки. По-перше, для таких амортизаторів існує критична амплітуда зрушення,

при перевищенні якої швидко виникає резонанс. По-друге, віброізоляція в них

погіршується, коли амплітуда збурень зменшується при збільшенні частоти

(амортизатор «замикається»).

Для сталої амплітуди збудження вібрації при збільшенні частоти

амортизатор із сухим тертям послабляє коливання значно сильніше, ніж

амортизатор із в’язким демпфіруванням (внутрішнє демпфірування матеріалу або

повітряне демпфірування). Це відбувається тому, що сила яка діє на ізольований

об'єкт, збільшується прямо-пропорційно частоті збурень. Якщо ж застосовується

сухе тертя, то сила демпфірування, залишається постійною.

На резонансній частоті амплітуда зсуву звичайно набагато більша, ніж

амплітуда в області ізоляції. Таким чином, сталість демпфірувальної сили, може

бути невигідною. На частотах, далеких від резонансних, амортизатор із сухим

тертям забезпечує практично постійне передавання коливання, якщо прискорення

збудження вібрації постійне [30,31].

У наш час амортизатори з металевими демпферами сухого тертя мало

застосовуються.

Висновки до розділу 1

1. Описано актуальність проблеми та показано шляхи застосування

результатів роботи.

2. Проведено класифікацію відомих акселерометрів та засобів ударо- та

віброзахисту.

3. Встановлено властивості аналогічних акселерометрів, що застосовуються

в техніці.

27

РОЗДІЛ 2

МАЯТНИКОВИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР КОМПЕНСАЦІЙНОГО ТИПУ

Маятникові акселерометри використовуються в системах стабілізації

центру мас у позиційному і інтегруючому варіантах. Відомо досить велика

різноманітність конструктивних схем маятникових акселерометрів. Однак

загальним для них ознакою є наявність механічної системи, пов'язаної з маятником,

і електричної або фотооптичної (а також електростатичної, ємнісної) системи

знімання корисної інформації.

Компенсаційний метод вимірювання, покладений в основу більшості

маятникових акселерометрів, в принципі, забезпечує високу точність вимірювання.

Реалізація цього методу в акселерометрах здійснюється за допомогою

компенсуючих силових або моментних пристроїв, заснованих на різних фізичних

принципах - механічних, електромагнітних, електростатичних.

2.1 Схемно – технічне рішення і функціональна схема акселерометра

Вимірювачі лінійного прискорення (акселерометри) являють собою

прецизійні маятникові акселерометри компенсаційного типу з поданням

результатів виміру у цифровому вигляді. Цифрова інформація формується

безпосередньо у контурі дискретного зворотного зв'язку з широтно-імпульсним

модулятором, який забезпечує високу точність перетворення (0,01-0,1)%. Таке

схемно-технічне рішення дозволяє принципово уникнути нестачі схеми знімання

сигналу з датчика в аналоговому вигляді з наступним цифровим перетворенням,

при якому всі похибки перетворення безпосередньо входять у вихідний сигнал.

Пружний підвіс чутливого елемента виготовлений з берилієвої бронзи

БрБ-2 без дооснащення виробництва дорогими мікроелектронними технологіями,

необхідними для виготовлення підвісів з кварцу і кремнію.

Акселерометр, виконаний за функціональною схемою, представленої на

рис. 2.1.

28

Рис. 2.1. Функціональна схема акселерометра

До складу акселерометра входять:

– маятниковий чутливий елемент (ЧЕ);

– фотоелектричний датчик кута (ДК), що включає:

світлодіод (СД) типу 3Л123А;

фотоприймач (ФП) типу ФД –19КК;

закріплену на пластині ЧЕ шторку зі щілиною;

– датчик моменту (ДМ);

– блок електронних перетворювачів БЭП49, що включає:

підсилювач попередній (ПП35);

пристрій перетворення інформації (ППІ86);

широтно-імпульсний модулятор (ШІМ43);

– нагрівач (Н).

При дії прискорення ЧЕ зі шторкою зміщуються, порушується рівність

засвічення двох пар фотодіодів координатного фотоприймача, сигнали з якого

через двоканальний ПП35 надходять на пристрій ППІ86, що формує:

– дискретний сигнал у контур зворотного зв'язку для управління через ШІМ43

датчиком моменту;

– аналоговий сигнал і ланцюг регулятора (у складі ШІМ43) струму світлодіода

для стабілізації його світлового потоку;

ДК БЕП 86

ФП СД

ЧЕ

Н

ДМ ШІМ43

ПП35 ППІ86

ВИХІД

на ППП88

Uжив

із КТС45

29

– послідовний двійковий вхід в шину даних на ППІ88 в якості вихідної

інформації акселерометра про збільшення лінійної швидкості об'єкта, а також про

температуру середовища під кожухом приладу.

Пристрій ППІ88 через комутатор термостабілізації КТС45 забезпечує

включення-відключення нагрівача, розміщеного на корпусі акселерометра [32-35].

2.2. Розрахунок основних конструктивних параметрів

акселерометра

2.2.1. Кутова жорсткість пружного елемента

Пружні елементи є основними конструктивними елементами пружного

підвісу акселерометра, які зумовлюють його основні властивості.

Для визначення жорсткості пружного елемента позначимо його геометричні

розміри згідно з рисунком 2.2.

Рис. 2.2. Пружний елемент

На рис. 2.2. введено позначення геометричних розмірів : b – ширина

пружного елементу; 0h – товщина пружного елементу в його найбільш вузькій

частині; – радіус циліндричних отворів, що утворюють пружний елемент.

30

Кутова жорсткість ПЕ щодо координатної вісі Oу:

5

02

1

)(

9

2

hbEc v , (2.1)

де E - модуль пружності першого роду матеріалу пружного елемента; 21

1

EE -

новий модуль пружності матеріалу, що враховує пластино подібну форму

пружного елемента; - коефіцієнт Пуассона [36-39].

Значення параметрів пружних елементів підвісу акселерометра

представлені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

Основні технічні характеристики пружних елементів підвісу акселерометра

Модуль пружності першого роду матеріалу ПЕ: Е, Н/м2 1110225,1

Коефіцієнт Пуассона: μ 25,0

Радіус циліндричних отворів, що утворюють ПЕ: ρ, м 3103,05,4

Ширина ПЕ: b, м 31,0 102,1

Товщина ПЕ в його найбільш вузькій частині: ℎ0, м 3002,0 10015,0

Малий параметр, що характеризує форму ПЕ: √ℎ0

𝜌 із

врахуванням максимального і мінімального допуску

kmin=0,05951191

kmax=0,05976143

Підставляючи дані із таблиці 2.1 у формулу (2.1) отримаємо кутову

жорсткість чутливого елементу відносно координатної осі (із урахуванням

допусків): ν -4

Пminс =2,98275×10 та ν -4

Пmaxc =4,13311×10 Н∙м/рад.

2.2.2 Момент інерції чутливого елемента

Момент інерції ЧЕ відносно осі підвісу був визначений як сума моментів

інерції, що входять в його складові частин конструкції пластини, котушки з

кільцем, шторки, вантажу - і склав значення: ІЧЕ = 1,803210-7 кгм2 [40-41]

31

2.2.3 Маса ЧЕ, маятниковість і координати центру мас

При розрахунку зазначених параметрів спочатку окремо визначалися маси

частин конструктивних елементів (шторки, котушки, вантажу і рухомого пружної

пластини), розташованих з лівої і з правої сторони від площини пластини ЧЕ, з

урахуванням допусків на розміри та форму (див. рис. 2.3.).

Рис. 2.3. Горизонтальне розташування чутливого елементу

Це дозволило визначити як сумарний момент ЧЕ, так і момент мас, що

викликає згин пластини на кути або β, зміщення ЦМ від площини пластини, а

також масу вантажу, що підлягає видаленню при балансуванні ЧЕ [42-51].

Отримані наступні розрахункові значення:

• маса чутливого елемента дорівнює (0,73939±0,0362) г;

• координати центру мас 𝑥цм відносно площини пластини знаходяться в

межах від 0,027 мм до 0,25 мм (середнє значення 𝑥цм=0,1383 мм);

• зазначений розподіл мас призводить до впливу на пружний елемент

моменту від 0,0175 г·мм до 0,1784 г·мм (середнє значення 0,098 г∙мм) у бік

збільшення кута ;

х х

β

вісь х-х розміщена

горизонтально

32

• маса, яку необхідно видалити з вантажу при балансуванні, складе від (0,004

г до 0,038) г.

Рис. 2.4. Вертикальне розташування ЧЕ

Аналогічним чином при вертикальному розташуванні осі чутливості підвісу

(рис. 2.4.), визначено параметри [42-51]:

• незбалансована інерційна маса ЧЕ дорівнює (0,35167± 0,01766) г;

координати центру мас 𝑦цм від осі підвісу складають (14,623±0,21) мм;

• маятниковість ЧЕ становить 5,1462±0,331 г·мм.

2.3 Аналого–цифровий контур зворотнього зв'язку акселерометра

До складу контуру зворотнього зв'язку входять попередній підсилювач

(ПП), мікроконтролер (МК), мостовий комутатор (КМ) і стабілізоване джерело

струму (СТ).

Структурна схема контуру зворотного зв'язку показана на рис. 2.5.

Навантаженням мостового комутатора КМ є обмотка датчика моменту ДМ

чутливого елемента (ЧЕ) акселерометра, навантаженням транзистора VT –

світлодіод ДС оптопари ЧЕ.

На входи ПП надходять вихідні сигнали Uвх1÷ Uвх4 з фотодіодів оптопари

ЧЕ. Вихідні струми 4-х фотодіодів оптопари попарно додаються на 2-х входах ПП.

ПП складається з двох ідентичних каналів. Кожен каскад ПП перетворює суму

струмів двох фотодіодів в напругу, яка додатково посилюється вихідним каскадом

х

х

γ

вісь х-х

розміщена

вертикально

33

ПП, що має характеристику ФНЧ (фільтр нижніх частот) 2-го порядку з частотою

зрізу 160 Гц при максимально можливій крутизні АЧХ в перехідній області.

Рис. 2.5. Структурна схема акселерометра

Напруга з двох виходів ПП надходить на входи двох АЦП у складі

мікроконтролера МК типу C8051F131, який програмним шляхом формує

передатну функцію контуру зворотного зв'язку по струму ДМ і по потужності

випромінювання світлодіода ДС оптопари ЧЕ.

Різниця кодів з двох виходів АЦП визначає, з урахуванням передатної

функції, формованої в мікроконтролері, в кожному циклі роботи тривалість

імпульсу керування мостовим комутатором КМ на виході ШІМ, який підключає

обмотку ДМ для проходження струму в одному з напрямків. При рівності кодів

середній струм через ДМ за цикл дорівнює нулю.

Сума кодів з двох АЦП при їх рівності визначає встановлене значення струму

через світлодіод ДС оптопари. У процесі роботи можлива зміна суми кодів при

порушенні зазначеної рівності що перетворюється у мікроконтролері в напругу, яка

подається на базу транзистора VT для стабілізації сумарної потужності

засвічування світлодіодом ДС 4-х фотоприймачів оптопари ЧЕ.

Тривалість циклу роботи МК визначається частотою проходження

синхроімпульсів СІ, що надходять з генератора випадкових чисел (входить до

складу ШІМ43).

34

Алгоритм МК також забезпечує компенсацію стаціонарних складових

похибок ЧЕ, термокомпенсацію змін характеристики акселерометра в діапазоні

робочих температур і видачу результатів вимірювань по інтерфейсу в пристрій

збору інформації (ПЗІ86).

Сервісна електроніка акселерометра живиться двополярною напругою ± 9В.

Струм споживання від джерела + 9 В не перевищує 100 μА, від джерела –9В не

більше 50 μА, споживана потужність, відповідно, 0,9 Вт і 0,45 Вт.

Для обробки аналогових сигналів у сервісній електроніці акселерометра

застосована серія операційних підсилювачів і електронних ключів фірми "Analog

Devices". Цифрова обробка сигналів проводиться з використанням дискретної

логіки 74НС і 4000НС серій і мікроконтролерів фірми "Silicon Laboratory".

Пасивні компоненти застосовані, в основному, в корпусах SMD виконання: в

пристроях з підвищеними вимогами до характеристик застосовуються

високостабільні металоплівочні резистори і термокомпенсовані конденсатори

групи NPO.

2.4 Методи корекції чутливого елементу акселерометра

Для маятника в пружному підвісі (ПП), у якого його центр мас (ц.м.)

лежить у вертикальній площині, що проходить через вісь підвісу, пружний момент

дорівнює нулю. При круговому обертанні такого маятника відносно

горизонтальної осі перпендикулярної площини, що проходить через вісь ПЕ і ц.м.,

ц.м. не буде виходити з цієї площини, а значить не буде змінюватися сигнал

датчика кута.

Передбачається, що при цьому виконується співвідношення:

Ку mlgsin, (2.2.)

для малих кутів Ку mlg, (2.3)

де Ку – жорсткість підвісу, ml – маятниковість, - конструктивний кут, що

визначає похибку АМ.

В іншому випадку положення верхнього маятника буде нестійким.

35

Таким чином, юстирування чутливого елемента (ЧЕ) акселерометра без

зворотного зв'язку повинне включати в себе наступні операції:

– виставку нульового сигналу ДК у вертикальному положенні осі ЧЕ, коли

відсутня закрутка пружного елемента і пружний момент дорівнює нулю;

– балансування підвісу, тобто поєднання ц.м. маятника (за рахунок зміни

маси балансувального вантажу) з вертикальною площиною, що проходить через

вісь ЧЕ.

2.4.1 Балансування чутливого елемента

Для отримання необхідних співвідношень, що визначають додаткову масу,

на величину якої необхідно змінити в процесі юстування основний

балансувальний вантаж, розглянемо акселерометр у двох положеннях чутливого

елемента по відношенню до вертикалі місця – в положенні нижнього маятника і в

положенні верхнього маятника.

Чутливий елемент - в положенні нижній маятник

Рис. 2.6. Положення нижній маятник

При суміщенні базової площини приладу з площиною горизонту маятник

займе положення яке показано на рис. 2.6. Якщо у вихідному положенні момент,

створюваний пружними перемичками Му = 0, то після повороту для положення

рівноваги можна записати:

вісь

підвісу

вертикаль

Y

базова

площина

площина

горизонту

Х l

m

нм

36

0 ум ММ , (2.4)

де нмм ααgММ 0 (у припущенні, що кути и нм – малі); lmМ 0 –

маятниковість (М0 розрах = 5,1410-6 кгм); – конструктивний кут, що визначає

похибку АМ; нм– кут закрутки пружних перемичок, вимірюваний ДК (нижній

маятник); g = 9,81 м/с2; нмуу αКМ , Ку – жорсткість підвісу (Ку розрах =

4,13310-4 Нм/рад).

Із (2.4) для вихідного положення (до юстування) знаходимо:

нмнму

gml

gmlК,0,00 1

, (2.5)

де

sin

gml

К у .

Для малих кутів : gml

К у

. Звідси для розрахункових значень Ку и ml

отримуємо =8,2.

Для забезпечення =0, в рівнянні (2.5) необхідно додати додатковий момент

Мнм, підбором якого можна забезпечити виконання цієї умови:

0 нмум МММ . (2.6)

Вирішивши це рівняння відносно , із врахуванням (2.6) отримуємо:

gml

М

gml

gmlК нм

нму

,0 =

gml

Mнм

0 . (2.7)

Підставивши = 0, отримаємо вираз для визначення Мнм:

нмунм gmlКМ ,0 або нмнм gmlМ ,01 . (2.8)

Для того щоб після юстування = 0, необхідно:

0 gmlМнм або нмнм gmlM ,01 . (2.9)

37

Чутливий елемент - в положенні верхній маятник

Рис. 2.7. Положення верхнього маятника

Після суміщення базової площини з площиною горизонту, маятник займе

положення яке показано на рис. 2.7 та отримаємо:

0 ум ММ , (2.10)

де вмм gММ 0 , вмуу КМ , вм – кут закрутки пружних перемичок

вимірюваний ДМ (верхній маятник).

Із (2.10) для вихідного положення (до юстування) знаходимо:

вмвму

gml

gmlК,0,00 1

. (2.11)

Додамо додатковий момент Мвм в (2.10) і запишемо вираз для :

gml

М

gml

М

gml

gmlКвмвм

вму

0,0 . (2.12)

Із рівняння (2.12), підставив = 0, знайдемо Мвм:

вмувм gmlКМ ,0 або ∆ нмвgвнmU ,0)1( . (2.13)

Покажемо, що Мнм і Мвм, розраховані за формулами (2.8) і (2.9),

відповідно, тотожно рівні. З цією метою знайдемо зв'язок нм і вм. Розділимо

(2.11) на (2.12) і після нескладних операцій, отримаємо:

вісь

підвісу

вертикаль

Y

базова

площина

площина

горизонту

Х

m

вм

l

38

нмнму

увм

gmlК

gmlК,0,0,0

1

1

. (2.14)

Це співвідношення залишається справедливим для малих 0.

Підставимо (2.14) в (2.13), отримаємо:

нмнмувм МgmlКМ 0 , (2.15)

що і потрібно було показати.

Підставивши в (2.15) розрахункові значення Ку і mlg, отримаємо:

нмвм 0,0 28,1 . (2.16)

Для визначення М підставимо в (2.15) значення mlg і , отримаємо:

нмнм

М 04

,05 1061,42,811001,5 . (2.17)

Помножимо і поділимо праву частину (2.15) і (2.17) на крутизну вихідної

характеристики ДМ – Кду , отримаємо значення М, виражене через вихідний

сигнал ДМ виміряний, або при нижній (Uнм), або при верхній (Uвм)

маятниковості:

вмду

нмду

UК

gmlМ

UК

gmlМ

1

1

, (2.18)

де Uнм= Кду∙∙0,нм , Uвм= Кду∙∙0,вн.

Формули справедливі, коли постійне зміщення нульового сигналу ДК U0 =

0. Тому до визначення Uнм і Uвм необхідно провести виставку ДК з метою

забезпечення U0 = 0 U0 , де U0 – допустиме значення невиставки.

Щоб виставити U0 необхідно встановити ЧЕ так, щоб вісь його підвісу була

близька до вертикалі місця. У цьому положенні сигнал ДК можна представити у

вигляді суми двох складових:

UUUду 00, , (2.19)

Де U – складова сигналу ДК визначається неспівпадінням осі підвісу ЧЕ з

вертикаллю при установці його на ОДГ; індекс 0° відповідає вихідному

положенню шпинделя ОДГ.

39

вісь

підвісу

вектор

повороту

вертикаль

місця

При розвороті шпинделя ОДГ від вихідного положення на кут 180° значення

вихідного сигналу буде визначатися виразом:

UUUду 0180, . (2.20)

З рис. 2.8 а, б видно, що в положенні 0° і 180° ∆U дійсно повинні бути

однакові по модулю і спрямовані в протилежні сторони.

а) б)

Рис.2.8. Положення векторів

а) – положення 0 дуКU , б) – положення 180 дуКU .

На основі (2.19) і (2.20) можливо записати:

2

180,0,0

дуду UUU , (2.21)

Використовуючи формули (2.18) визначимо додаткову масу, на яку потрібно

збільшити або зменшувати величину балансувального вантажу. Якщо позначити r

радіус, на якому відбувається зміна маси, замість (2.18) можливо записати:

вмду

нмду

UКr

mlm

UКr

mlm

1

1

, (2.19)

де m – зазначена додаткова маса.

–

Y

Х

g

-g

m

вісь

підвісу

вертикаль

місця

Y

Х

g

g

вектор

повороту

m

40

Враховуючи розкид вимірів при визначенні m для випадків нижнього і

верхнього положення маятника, слід усереднити результати розрахунків за

формулами (2.19). На підставі (2.19) можна записати формулу для обчислення

mср:

22

вмнмвмнм

дуср

UUUU

Кr

mlm , (2.21)

Виключимо з формул для розрахунку m величину , що залежить від

жорсткості підвісу Ку, експериментальне визначення якого вимагає розробки

спеціальної методики.

Помноживши праву та ліву частини (2.21) на Кду отримаємо:

нмвн UU1

1

. (2.22)

Якщо ввести позначення вмU

Uнм , (2.23)

то можна отримати наступне співвідношення, що зв'язує і :

1

1

. (2.24)

Підставимо (2.23) в (2.24) отримаємо формулу для визначення додаткової маси

балансувального вантажу

вмду

нмду

UКr

mlm

UКr

mlm

1

12

1

2

, (2.25)

Для практичного здійснення розглянутого методу балансування ЧЕ

передбачається використовувати методику лазерного випаровування матеріалу з

поверхні балансувального вантажу. Такий спосіб видалення матеріалу для

деталей зі сталі на заводі добре відпрацьований. Для деталей із бронзи лазерне

випаровування металу відбувається інакше, ніж у деталей із сталі. Поки вдалося

випарувати за один імпульс (0,03...0,2) мг.

В даний час проводиться відпрацювання режимів лазерного випаровування з

поверхні бронзових деталей з метою збільшення маси випаровуємого матеріалу

[49-51].

41

2.5. Алгоритм компенсації температурної похибки датчика моменту

Стабільність передавального коефіцієнта приладу акселерометру, в значній

мірі, залежить від величини та стабільності крутизни ДМ, ДМK , яка, в свою чергу,

залежить від величини індукції і коерцитивної сили магніту і його температури [52-

54]:

20

20

1( ) ( 20)1

100

r

rt r

B tB B

; (2.26)

20

1 20

1( ) ( 20)1

100

r

r r

H tH H

, (2.27)

де rtB - залишкова індукція постійного магніту;

trH - коерцитивна сила постійного

магніту; 20

rB і 20

rH - індукція і коерцитивна сила при 20 С ; ( )rB - коефіцієнт

оборотних втрат залишкової індукції ( ) 0.015%/rB C ; ( )rH - коефіцієнт

оборотних втрат коерцитивної сили ( ) 0.03%/rH C .

Відомо, що крутизна ДМ визначається за формулою:

max

упр

ДМ

МK

І , (2.28)

де упрM - момент управління,

maxI - максимальний керуючий струм.

Аналітичний вираз крутизни ДМ представлено формулою:

2

2

m

m

ср эф

r

ср

ДМ эф cp

ср

mr

S ср

r m

D lB

lK l w D

Db

BD

H h

, (2.29)

де rB - значення залишкової індукції;

mсрD - середній діаметр магніту; mb - довжина

магніту; б - провідність робочого зазору;

S - сумарна провідність розсіювання; эфl

- довжина ефективної частини обмотки магніту; срl - довжина обмотки магніту;

rH

42

- значення коерцитивної сили; срD - середній діаметр робочого зазору; w - число

витків котушки; cpD - середній діаметр обмотки.

Підставивши значення параметрів: 0,965rB T; 313,7 10mсрD м; 33,8 10mb м;

71,22 10б Гн; 70,97 10S

Гн; 349 10эфl м; 351,81 10cpl м;

316,5 10срD

м; 3 А

(637 40) 10мсрrН ; 31,7 10mh м; 316,5 10срD м;

0,04 400w ; 0,032 629w , одержимо розрахункове значення крутизни ДМ для

обмоток дротом ПЭВТЛД 0,04прd мм і дротом ПЭВТЛД 0,032прd мм, в

діапазоні температур від мінус 40 С до 130 С . Результати розрахунку

представлені в таблиці 2.2 (графи 2,5).

Апроксимована вираз крутизни ДМ (рис.2.11) при температурі t, ( )ДМК t ,

представлено формулою [54]:

2 1

1 1

2 1

( ) ( )( ) ( ) ( )

ДМ ДМ

ДМ ДМ

К t К tК t К t t t

t t

, (2.30)

де1( )ДМК t - крутизна ДМ при температурі

1t ; 2( )ДМК t - крутизна ДМ при

температурі 2t .

Результати розрахунку крутизни ДМ за формулою (2.30) представлені в

таблиці 2.2 (графи 3,6). В графах (4,7) представлена похибка крутизни ДМ, яка не

перевищує при різних значеннях індукції і температури.

Визначення коефіцієнта компенсації температурної похибки крутизни ДМ при

температурі t , ( )ДМК t повинна проводиться шляхом вимірювання його крутизни

при температурах 1 2,t t з подальшим перерахунком крутизни ДМ за формулою:

1 2

1 1

2 1

( ) ( )( ) ( ) ( )

ДМ ДМ

ДМ ДМ

К t К tК t К t t t

t t

, (2.31)

де 1( )ДМК t - крутизна ДМ при температурі

1t ; 2( )ДМК t - крутизна ДМ при

температурі 2t .

43

Таблиця 2.2.

Крутизна датчика моменту

Діаметр дроту 𝑑пр = 0,04 мм Діаметр дроту 𝑑пр = 0,032 мм

1 2 3 4 5 6 7

,it C Крозрах,

Н ∙ м

А∙ 10−4

апроксK ,

Н ∙ м

А∙ 10−4

, %

Крозрах,

Н ∙ м

А∙ 10−4

апроксK ,

Н ∙ м

А∙ 10−4

, %

1 2 3 4 5 6 7

-40 437,7559 438,8443 -0,00248 713,5557 713,5748 -0,00235

-30 437,0728 437,8873 -0,00186 712,0523 712,0665 -0,00175

-20 436,3449 436,9304 -0,00134 710,5482 710,5582 -0,00123

-10 435,598 435,9733 -0,00086 709,0436 709,0499 -0,00078

0 434,7945 435,0164 -0,00051 707,5382 707,5416 -0,00042

10 433,9639 434,0594 -0,00022 706,0322 706,0333 -0,00014

20 433,0972 433,1024 1,18·10-5 704,525 704,525 0

30 432,0927 432,1455 0,000122 703,0181 703,0167 0,000176

40 431,1147 431,1885 0,000171 701,5101 701,5084 0,000207

50 430,1755 430,2315 0,00013 700,0013 700,0001 0,000152

60 429,2745 429,2745 0 698,4918 698,4918 0

70 428,2233 428,3176 -0,00022 696,9817 696,9835 -0,00023

80 427,1340 427,3606 -0,00053 695,4709 695,4752 -0,00054

90 426,0113 426,4036 -0,00092 693,9594 693,9669 -0,00095

100 424,8424 425,4466 -0,00142 692,4471 692,4586 -0,00145

110 423,6449 424,4897 -0,00199 690,9341 690,9503 -0,00205

120 422,4018 423,5327 -0,00267 689,4204 689,442 -0,00273

130 421,1220 422,5757 -0,00344 687,9059 687,9337 -0,00353

44

Рис. 2.9. Датчик моменту

Похибка передавального коефіцієнта акселерометра в діапазоні температур

від мінус 40ºС до +130ºС після алгоритмічної компенсації температурної похибки

за наведеною методикою не перевищує 0,004%.

2.5.1 Дослідний метод визначення крутизни

Визначення крутизни характеристики датчика моменту (ДМ) проводилося

дослідно–розрахунковим шляхом у складі макетних зразків приладу при

безпосередньому навантаженні ЧЕ тарованим моментом (mr) і виміром падіння

напруги на вимірювальному опорі в ланцюзі зворотного зв'язку АМ. Схеми

навантаження та вимірювання представлені відповідно на рисунках 2.10, 2.11.

Рис. 2.10. Схема навантаження ЧЕ

mr

l

mr

l

45

Вимірювання проводилися при розташуванні АМ корпусом вгору і

корпусом вниз

Середнє значення гістерезису між вихідними сигналами U01 і U02 при

вимірюваннях склало 1,55556 -410 В .

Рис. 2.11. Схема вимірювання ЧЕ

Діаметр дроту прийнятий 0,04 мм, у зв’язку із тим, що при зменшенні

діаметру збільшується кількість витків, тим самим збільшується індуктивність та

гістерезис, який негативно впливає на роботу акселерометра при змінних напрямах

прискорень.

Середнє значення крутизни ДМ для акселерометра може бути прийнято рівним:

КДМ = 0,043 𝐻∙м

А.

2.6. Оцінка міцності акселерометра

Для оцінки міцнісних характеристик акселерометра розглянемо пружний

елемент (ПЕ) його підвісу [55-64].

Пружний елемент утворений двома циліндричними отворами і має змінний

по довжині поперечний переріз у відповідності з рис. 2.12.

Для визначення міцнісних характеристик пружного елемента використаємо

позначення його геометричних розмірів відповідно з рис 2.12:b - ширина

пружного елемента; 0h - товщина пружного елемента в його найбільш вузькій

частині; - радіус циліндричних отворів, що утворюють пружний елемент.

R2=14,3 кОм 0,1%

R1=1 кОм 0,1%

Rи=24 Ом 0,25%

Ua I

ДМ

46

Рис. 2.12. Пружний елемент акселерометра

При цьому зауважимо, що для розглянутих пружних елементів характерні

такі співвідношення між їх геометричними параметрами [55]:

0h <<b,ρ . (2.34)

Експериментальні дослідження показали, що з усіх руйнуючих силових

факторів найбільш небезпечною є поперечна сила в напрямку осі Oy . При цьому

руйнування відбувається не в центрі пружного елемента, де знаходиться

поперечний переріз із найменшою площею, а на периферії – в перерізі, зміщеному

від центру на відносно велику відстань.

Найбільш небезпечні нормальні напруження в поперечних перерізах

пружного елемента при дії поперечної сили Py, які виникають через згинальні

деформацій. Максимальні величини цих напруг (x) виникають у волокнах,

найбільш віддалених від нейтральної лінії по осі Oy, і можуть бути обчислені за

формулою:

y6P xσ(x)=

bh(x) , (2.35)

де x – координата перерізу що розглядається.

2 2

0h(x)=h +2(ρ- ρ -x ) - товщина перерізу що розглядається (2.36)

x

z

h(x1)

b

x1

0

h0

y

h(x1)

47

Розрахунок показує, що найбільше значення нормальні напруження будуть

мати в перерізі з координатою 1xx :

013

1hx . (2.37)

В цьому випадку максимальна величина нормальних напружень max буде

мати значення:

y

max 1

0 0

9 3P ρσ =σ(x )=

8bh h. (2.38)

Таблиця 2.3

Чисельні значення величин для обрахунку навантажувальної здатності

Параметри пружного підвісу і величини статичної і

динамічної перевантажувальної здатності розглянутого

акселерометра

Результати

чисельного

розрахунку

Відстань від поздовжніх осей ПЕ до центру пружного підвісу,

𝑟𝑧, м

31090,5

Відстань від центру пружного підвісу до центра мас ПЕ, 𝑟𝑥, м 3108,15

Величина маси ПЕ: m, кг 0,65∙10-3

Ширина ПЕ: b, м 3102,1

Товщина ПЕ в його найбільш вузькій частині: ℎ0, м 310015,0

Прискорення вільного падіння: g, м/с2 81,9

Підставивши данні з таблиці у рівняння 2.38 та експериментально

визначивши силу Py отримаємо значення допустимого напруження:

[𝜎] = 0,686 ∙ 109 Н/м2.

Отримані величини навантажувальної здатності пружних опор показали, що

акселерометр має міцні характеристики, що дозволяє використовувати його в

умовах застосування по темі дисертації.

48

Висновки до розділу 2

1. Запропоновано схемно-технічне рішення та функціональна схема

акселерометра у якій цифрова інформація формується безпосередньо у

контурі дискретного зворотного зв'язку з широтно-імпульсним модулятором,

який забезпечує високу точність перетворення (0,001-0,01)%.

2. Розраховано жорсткість ПЕ підвісу виготовленого із БрБ2 та отримані

результати зведено в таблицю 2.3.

3. Момент інерції ЧЕ відносно осі підвісу був визначений як сума моментів

інерції, що входять в його складові частин конструкції пластини, котушки з

кільцем, шторки, вантажу - і склав значення: ІЧЕ = 1,803210-7 кгм2.

4. Визначення крутизни характеристики датчика моменту (ДМ) проводилося

дослідно–розрахунковим шляхом у складі макетних зразків приладу при

безпосередньому навантаженні ЧЕ тарованим моментом і виміром падіння

напруги на вимірювальному опорі в ланцюзі зворотного зв'язку АМ.

5. Розглянуто методи корекції вантажа ЧЕ акселерометра.

6. Розроблено алгоритм компенсації температурної похибки датчика моменту.

7. Проведена оцінка міцності пружного елемента.

49

РОЗДІЛ 3

СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ

Математичні моделі можуть бути детерміновані або стохастичними.

Детерміновані моделі це моделі, в яких встановлено взаємно-однозначна

відповідність між змінними, що описують об'єкт або явища.

Такий підхід заснований на знанні механізму функціонування об'єктів.

Часто модельований об'єкт складний і розшифровка його механізму може

виявитися дуже трудомісткою і довгою у часі. В цьому випадку поступають

наступним чином: на оригіналі проводять експерименти, обробляють отримані

результати і, не вникаючи в механізм і теорію модельованого об'єкта за допомогою

методів математичної статистики і теорії ймовірності, встановлюють зв'язки між

змінними, що описують об'єкт. У цьому випадку отримують стахостичну модель.

У стахостичній моделі зв'язок між змінними носить випадковий характер, іноді це

буває принципово. Вплив величезної кількості чинників, їх поєднання приводить

до випадкового набору змінних, які описують об'єкт або явище. За характером

режимів модель бувають статистичними і динамічними.

Статистична модель включає опис зв'язків між основними змінними

модельованого об'єкта в сталому режимі без урахування зміни параметрів у часі.

У динамічній моделі описуються зв'язки між основними змінними

модельованого об'єкта при переході від одного режиму до іншого.

Моделі бувають дискретними та неперервними, а також змішаного типу. У

безперервних змінні приймають значення з деякого проміжку, в дискретних змінні

приймають ізольовані значення.

Лінійні моделі всі функції і відносини, що описують модель лінійно

залежать від змінних і не лінійні в іншому випадку.

Побудова математичної моделі - це ключовий етап дослідження або

проектування будь-якої системи. Від якості моделі залежить весь подальший аналіз

об'єкта. Модель має бути досить точною, адекватної і повинна бути зручна для

використання.

50

3.1. Рівняння руху акселерометра

Рівняння руху акселерометрів компенсаційного типу з пружним підвісом

чутливого елемента мають вигляд:

P1

P2

P3

X X X X Y X X XП

Y Y Y Y Z Y Y YП

Z Z Z Z X Z Z ZП

У T

У T

У T

J b c M ml a M J M

J b c M ml a M J M

J b c M ml a M J M

, (3.1)

де X Y Z, , – кути відхилення чутливого елемента навколо осі підвісу щодо корпусу

акселерометра; p3 p2 p1X Z Y, ,a a a – прискорення вздовж осей чутливості P3 P2 P1, , ,X Z Y

акселерометрів; X Z Y, , – кутові прискорення повороту об'єкта;

65,146 10 кг×мml – поздовжня маятниковість, визначає чутливість

акселерометра; X Y Z, ,У У УM M M – керуючі моменти – зворотні перетворення Лапласа

функцій дм1 1 2 XK W p W p i p , дм2 1 2 YK W p W p i p , дм3 1 2 ZK W p W p i p ,

дм 1 2K W p W p i p – передаточні функції коригувальних ланок контурів зворотного

зв'язку; i=35 мА – струм в ланцюзі датчика моменту; 8 217,58 10 кг×мJ – момент

інерції підвісу чутливого елемента навколо осі підвісу; 0,3516гm –

незбалансована маса; b – коефіцієнт механічного демпфірування; 4 Н×м

рад4,133 10c

– кутова жорсткість підвісу; Н×мдм А

0,043K – крутизна датчика моменту;

X Y Z, ,T T TM M M – моменти тяжіння струмопідводів та інші шкідливі моменти;

XП YП ZП, ,M M M – додаткові моменти, що діють у польоті [65-66].

Похибки орієнтації осей чутливості кожного акселерометра щодо

приладової системи координат задамо відповідно трьома трійками поворотів

, , 1,2,3i i i i [67-69]. Кожен поворот характеризується своєю матрицею

напрямних косинусів:

51

п 1X ,X

пY1

2

Y

Y

1Z

пZ

2X3X

3Y

2 3Z , Z

O

1-ий поворот на кут :

1

1 п

1 п

1 п

X 1 0 0 X

Y 0 cos sin Y

Z 0 sin cos Z

A

;

2-ий поворот на кут :

2

2 1

2 1

2 1

X cos 0 sin X

Y 0 1 0 Y

Z sin 0 cos Z

A

;

3-ій поворот на кут :

3

3 2

3 2

3 2

X cos sin 0 X

Y sin cos 0 Y

Z 0 0 1 Z

A

.

Зв’яжемо реальні осі чутливості акселерометрів з осями приладу.

Для першого акселерометра, вісь чутливості якого в номінальному

положенні спрямована по осі пOY , а реально по осі P1OY , при виконанні першого

повороту навколо осі пOZ на кут 1 , другого – навколо 1OX на кут 1 , третього –

навколо 2OY на кут 1 :

P1 п

P1 п

P1 п

X X

Y 2 1 3 Y

Z Z

a a

a A A A a

a a

; (3.2)

(3.3)

З урахуванням малості кутів повороту 1 1 1, , матриця напрямних косинусів

буде мати вигляд:

1 1 1 2 2

2 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

cos cos sin cos sin

sin cos cos sin sin cos cos sin sin cos cos sin

sin cos sin sin cos cos sin sin sin sin cos cos

A A A

.

52

1 1

2 1 3 1 1

1 1

1

1

1

A A A

, (3.4)

Для другого акселерометра, вісь чутливості якого в номінальному

положенні спрямована по осі пOZ , а реально по осі P2OZ , при виконанні першого

повороту навколо осі пOY на кут 2 , другого –навколо 1OZ на кут 2 , третього –

навколо 2OX на кут 2 :

P2 п

P2 п

P2 п

X X

Y 1 3 2 Y

Z Z

a a

a A A A a

a a

, (3.5)

(3.6)

З урахуванням малості кутів повороту 2 2 2, , матриця напрямних косинусів

буде мати вигляд:

2 2

1 3 2 2 2

2 2

1

1

1

A A A

. (3.7)

Для третього акселерометра, вісь чутливості якого в номінальному

положенні спрямована по осі пOX , а реально по осі P3OX , при виконанні першого

повороту навколо осі пOX на кут 3 , другого – навколо 1OY на кут 3 , третього –

навколо 2OZ на кут 3 :

P3 п

P3 п

пP3

X X

Y 3 2 1 Y

ZZ

a a

a A A A a

aa

, (3.8)

де п п пX Y Z, ,a a a – лінійні прискорення об’єкту на осі приладової системи координат.

З урахуванням малості кутів повороту [70] 3 3 3, , матриця напрямних

косинусів буде мати вигляд:

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

3 2 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

3 3 3 3 3

cos cos sin cos cos sin sin sin sin cos sin cos

sin cos cos cos sin sin sin cos sin sin sin cos

sin cos sin cos cos

A A A

(3.9)

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

1 3 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

cos cos sin sin sin sin cos sin sin sin sin cos

sin cos cos cos sin

cos sin sin cos sin sin sin cos cos sin cos cos

A A A

53

3 3

3 2 1 3 3

3 3

1

1

1

A A A

.

(3.10)

Скористаємося матрицею напрямних косинусів, отримаємо наступні

рівняння руху акселерометрів:

X X X X 1 Xп Yп 1 Zп X X XП

Y Y Y Y 2 Xп 2 Yп Zп Y Y YП

Z Z Z Z Xп 3 Yп 3 Xп Z Z ZП

У T

У T

У T

J b c M ml a a a M J M

J b c M ml a a a M J M

J b c M ml a a a M J M

. (3.11)

Розділимо на ml , перепишемо отримані рівняння у вигляді:

X X X Xm 1 Xп Yп 1 Zп X m m X XПm

Y Y Y Ym 2 Xп 2 Yп Zп Y m m Y YПm

Z Z Z Zm Xп 3 Yп 3 Xп Z m m Z ZПm

У T

У T

У T

J b c M a a a M J M

J b c M a a a M J M

J b c M a a a M J M

, (3.12)

де XXm

УУ

MM

ml ;

YYm

УУ

MM

ml ;

ZZm

УУ

MM

ml ;

XX m

TT

MM

ml ;

YY m

TT

MM

ml ;

ZZ m

TT

MM

ml ;

XПXПm

MM

ml ; YП

YПm

MM

ml ; ZП

ZПm

MM

ml ; * дм

m

KK

ml ;

m

JJ

ml ;

m

bb

ml ;

m

cc

ml ;

Із структурної схеми (рис. 3.1) може бути отримана передатна функція по

корисному сигналу акселерометра:

2 2

136693 33340

0,001082 0,003321 4,1 0,000264 0,00081 1AW p

p p p p

. (3.13)

Рис. 3.1 Структурна схема САУ акселерометра з широтно-імпульсним

модулятором (ШІМ).

54

Де період ШІМ 3

0 0,4 10 cT , амплітуда імпульсів струму max 0,035AI ;

передатна функція аналогової частини регулятора 1W p ; передатна функція

цифрової частини регулятора 2W p ; маятниковість акселерометру ml=5,146·10-6

кг×м, крутизна датчика моменту акселерометра КДМ=0,043H×м

A, КАЦП – коефіцієнт

передачі АЦП, КП – коефіцієнт підсилення рівний 5; Наг – сигнал на нагрівальний

пристрій; R – сумарний опір ланцюга датчика моменту, включаючи вхідний і

вихідний опір підсилювача.

Результати моделювання перехідних процесів зміни ширини імпульсу

струму ШІМ в ланцюзі датчика моменту акселерометра, вихідного сигналу датчика

кута, а також АЧХ і ФЧХ акселерометра наведені на рис. 3.2, 3.3, 3.4, 3.5

відповідно.

Рис. 3.2. Вихідний сигнал акселерометра з ШІМ в контурі зворотного зв'язку у

відсотках від напівперіоду ШІМ при дії прискорення 292с

м.

t, c

55

Рис. 3.3. Вихідний сигнал датчика кута акселерометра з ШІМ

при дії прискорення 292

м

с

Рис. 3.4 Вихідний сигнал після суматора (2 мс) акселерометра з ШІМ в контурі

зворотного зв'язку у відсотках від напівперіоду ШІМ при дії прискорення 292с

м.

t ( c )

B

t, c

5

1

(%)T

56

Рис. 3.5. АЧХ и ФЧХ акселерометру із ШІМ після суматора (2мс).

З наведених рисунків видно, що перерегулювання не перевищує 12%,

вихідний сигнал на виході мікросхеми перетворювача сигналу фотодатчика кута не

перевищує 1,3 В, а в кутових одиницях 0,14 кут.хв. при дії прискорення 292

м

с. При

дії прискорення 3002

м

с цей сигнал у кутових одиницях може досягати 1,5 кут.хв.

57

Проведемо оцінку діапазону вимірювань акселерометра. Для забезпечення

діапазону вимірювання да =150 м/с2 необхідно, щоб технічні параметри

акселерометра забезпечували виконання такої нерівності aДМдml а K I , де

маятниковість акселерометру ml =5,146·10-6 кг·м, крутизна датчика моменту

акселерометра КДМ=0,043H×м

A, амплітуда імпульсу струму ШІМ aI 0,035А.

Підставивши ці значення параметрів в наведене вище рівняння, отримаємо

0,7719·10-3 Н×м1,505·10-3 Н×м. Звідси випливає, що максимальне значення

моменту, що розвиває датчик моменту, дорівнює максимальному значенню

інерційного моменту, що компенсується. Таким чином, необхідний діапазон

вимірювання акселерометра забезпечується.

3.2 . Подання вихідної інформації акселерометра

Вихідна інформація акселерометра кодується по каналах вимірювання

приростів інтегралів прискорень.

Вихідна інформація акселерометра по каналах вимірювання приростів

прискорень (акселерометрів), представлена в кодовому форматі, має вигляд:

3 3

1 1

2 2

Zp BZp

Xp BXp

Yp BYp

N

N

N

відповідає 0

xn

p yn

zn

a

nT A a

a

, (3.14)

де 3 3

1 1

2 2

1

1

1

pA

, матриця похибок орієнтації осей чутливості акселерометрів,

1 1 1 0 1

2 2 2 0 2

* *

3 3 3 0 3

1

1 ,

1

Xp Xp Xp t Xp

Yp Yp Yp t Yp

Zp Zp Zp t Zp

t t

t t

t t

(3.15)

де 𝛾Хр1, 𝛾Хр2, 𝛾Хр3 - ціни молодшого розряду (ц.м.р.) вихідних кодів акселерометрів

з осями чутливості Yp1, Ζp2, Xp3 і осями підвісів Xp1,Yp2,Ζp3 відповідно; NBZp3, NBXp1,

NBYp2 – значення сумарних кодів з виходів відповідних акселерометричних каналів

58

Ζp3, Xp1,Yp2 за час nT0; 1 2 3, ,Xp Yp Zp - паспортизовані значення ц.м.р. вихідних кодів

1, 2, 3 акселерометрів; 1 2 3, ,Xp t Yp t Zp t – коефіцієнт лінійної залежності, що

компенсує зміна ц.м.р. з температурою, кожного з акселерометрів.

Вихідна інформація акселерометричних каналів з урахуванням

компенсації ряду похибок у БЦОМ СУ має вигляд:

∆А𝑋𝑝3 = 𝛾𝑍𝑝3(𝑁𝐵𝑍𝑝3 − 𝑁𝑇𝑍𝑝3) − 𝑆П𝑍𝑝3

∆А𝑍𝑝2 = 𝛾𝑌𝑝2(𝑁𝐵𝑌𝑝2 − 𝑁𝑇𝑌𝑝2) − 𝑆П𝑌𝑝2 , (3.16)

∆А𝑌𝑝1 = 𝛾𝑋𝑝1(𝑁𝐵𝑋𝑝1 − 𝑁𝑇𝑋𝑝1) − 𝑆П𝑋𝑝1

де ∆AXp1, ∆AYp2, ∆AZp3 – збільшення лінійних швидкостей уздовж осей чутливості

акселерометрів; NBZp3, NBYp2, NBXp1 – значення сумарних кодів виходів

акселерометрів за час nT0;

*0

3 3 0

3

*0

2 2 0

2

*0

1 1 0*

1

[1 ( )]

[1 ( )],

[1 ( )]

ZTm

TZp TZp

Zp

YTm

TYp TYp

Yp

XTm

TXp TXp

Xp

M nTN t t

M nTN t t

M nTN t t

(3.17)

коди зміщень нуля за рахунок дії моментів тяжіння та інших шкідливих моментів

(паспортизуємі параметри); 3 2 1

* * *, ,TZp TYp TXp - коефіцієнти, що враховують

(компенсують) зміни зміщень нуля акселерометрів при зміні температури;

SПΖp3 = nT0MZTm, SПYp2 = nT0MYTm, SПXp1 = nT0MXTm – коди компенсації в БЦОМ

СУ шкідливих моментів, діючих у польоті [71-73].

Крім того, в БЦОМ СУ видається температура кожного акселерометра.

3.3. Визначення ціни молодшого розряду вихідних сигналів і

акселерометрів

Ціну молодшого розряду (ц.м.р.) ДКШ і акселерометрів з широтно-

імпульсним модулятором в контурі зворотного зв'язку можна розрахувати за

формулою

59

0

1,

2 1

u

m

D T

(3.18)

де γ – ц.м.р.; Du – діапазон вимірювання (для ДКШ Dud = 180 кут·град/c., для

акселерометру Dua = 300 м/с2); m – число розрядів (з врахуванням знакового)

формувача ШІМ; T0 – період ШІМ (T0 – 0,4·10-3с) [74,75].

Для ДКШ m d = 12, для акселерометру ma = 8.

Застосовуючи зазначену формулу з урахуванням коефіцієнтів переведення

в необхідну розміреність, отримаємо

- для ДКШ d = 0,127 кут·с;

- для акселерометру a = 9,45·10-4 м/с.

Кодові сигнали при вході у блок пристроїв підсумовуються за інтервал часу

Tu обміну інформацією з БЦОМ СУ. Потім перед передачею зазначених сум

кодових сигналів в БЦОМ СУ, відкидаються молодші «шумні» розряди сум цих

сигналів.

3.4. Розрахунок теплового стану і процесів теплообміну з навколишнім

середовищем

Необхідність розробки моделі теплового стану приладу визначається

умовами експлуатації і викликана необхідністю підтвердити функціонування

приладу в навколишніх умовах. В даному розділі представлена фізична постановка

задачі визначення теплового стану приладу при різних умовах експлуатації і її

математичний опис.

3.4.1. Модель теплового стану приладу для двох умов його експлуатації

Наведена нижче теплова модель і аналіз розрахунків базуються на

розрахунково-експериментальному підході, який включає в себе розрахунок,

аналіз і прогнозування температурного поля і характеристик процесів

тепломасообміну на основі комп'ютерної (розрахункової) моделі, адекватність якої

до реального процесу забезпечується за допомогою розрахунково-

експериментальної інформації про ці процеси.

60

Запропонована нижче модель дозволяє визначати тепловий стан окремих

елементів конструкції, розташованих на алюмінієвому корпусі приладу, в будь-

який момент часу і в будь-якій точці. В результаті рішення, можна визначити як

локальні значення температур, так і усереднені значення температури по окремих

елементах конструкції, що надалі дозволить більш оптимально компонувати їх на

етапі проектування.

Модель для конструкції приладу та його основні елементи приведені на рис.

3.2:

- корпус приладу;

- акселерометр (3 шт.);

- гіроскоп (2 шт.);

- верхній кожух;

- нижній кожух;

- електронні пристрої під нижнім кожухом.

Рис. 3.2. Тривимірне представлення моделі приладу і його основних

тепловиділяючих елементів

61

В моделі враховано геометричні параметри основних елементів

конструкції приладу. З метою оптимізації розрахункової сітки при її створенні, а

також зменшення кількості контрольних обсягів теплової моделі, були прийняті

наступні допущення при моделюванні елементів приладу:

а) в корпусі приладу відсутні отвори;

б)в тепловій моделі приладу не враховується геометрія проводів,

кріплення, плат ЕРЕ. У теж час для дотримання теплового балансу та

адекватності моделі, до основних елементів приладу математичної моделі

введені додаткові характеристики (потужність, що розсіюється, щільність і

середня теплоємність) цих компонентів - проводів, кріплення, плат ЕРЕ.

У математичної моделі прийняті наступні допущення:

1. Тепловиділення в акселерометрах і гіроскопах задається рівномірно по

всьому об'єму.

2. Радіаційним і конвективним теплообміном під верхньою і нижньою

кришками приладу на даному етапі нехтуємо. Основним видом теплообміну

усередині приладу є кондуктивний теплообмін.

3. Радіаційна температура оточуючих прилад конструкцій і температура

навколишнього середовища задається як функція часу;

4. Виділення теплоти в платах ЕРЕ імітується тепловиділенням в корпусі

приладу.

5. Теплообміном за рахунок теплопровідності по амортизаторам

нехтуємо.

Для обліку основних особливостей теплообміну в умовах експлуатації

приладу введені наступні вимоги до математичної і комп'ютерної моделі:

1. Розглядається нестаціонарне тривимірне температурне поле при

вільно-конвективному теплообміні із зовнішніх поверхонь приладу.

2. Враховується закономірність зміни температури навколишнього

середовища в залежності від режиму експлуатації приладу.

62

3. Отже, розглядається нестаціонарне тепловий стан приладу з

урахуванням радіаційно-конвективного теплообміну зовнішніх поверхонь приладу

з навколишнім середовищем, температура, якої змінюється за наперед заданим

законом:

(3.18)

0 х хMAX ; 0 у уMAX ; 0 z zMAX ;

0 max;

c = c(x,y,z), = (x,y,z), = (x,y,z),

де с – теплоємкість; – густина; Т – температура; – час; qv – об'ємне

тепловиділення; – теплопровідність матеріалу (x, y, z – теплопровідність по

відповідній координаті простору); x, y, z – просторові координати (хMAX, уMAX, zMAX

– їх максимальні значення рівні максимальних габаритів приладу).

Початкова умова: T(x,y,z 0) = tо

tо – початкова температура;

Гранична умова на зовнішньої поверхні приладу

4 4

( ) [ ]

f f

TT T T T

n

, (3.19)

( )fT f , (3.20)

де – коефіцієнт конвективного теплообміну, Тf – температура навколишнього

середовища (повітря), ε – ступінь чорноти, σ – стала Стефана-Больцмана.

Рівняння (3.19) описує температурний режим елементів, фізичні властивості

яких враховуються коефіцієнтами с, , . Вираз (3.20) – зміна температури

навколишнього середовища (газу) згідно з графіком, поданим на рис. 3.3.

= x y z v

T T T Tc q

x x y y z z

63

Рис. 3.3. Зміна температури навколишнього газу в приладовому відсіку

виробу при передстартовій підготовці та ОР

В таблиці 3.1 представлені теплофізичні характеристики і вихідні дані по

тепловиділенню в основних елементах приладу.

Таблиця 3.1

Теплофізичні характеристики матеріалів, що використовуються в моделі

Найменування

компонента Матеріал

Теплофізичні характеристики

, Вт/м К с, Дж/(кг К)

Корпус Алюмінієвий сплав Д16 120 890 0,84

Акселерометр Нерж. сталь 16 560 -

Гіроскоп Нерж. сталь 16 560 -

Верхній кожух Алюмінієвий сплав АМц 150 896 0,84

Нижній кожух Алюмінієвий сплав АМц 150 896 0,84

Розглядається два варіанти температурних умов експлуатації приладу:

Варіант 1.

Початкова температура tпоч= -40 °С;

Температура навколишнього середовища tнавк.серед.= -40 °С;

Сумарна кількість підведеного тепла Q∑=217,5 Вт;

50

55

60

65

70

75

80

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Те

мп

ер

ату

ра

, 'С

Час, с

64

Час режиму підготовки τ = 583 секунд (див. рисунки 6.8.5).

Варіант 2.

Початкова температура tпоч= 50 °С;

Температура навколишнього середовища tнавк.серед.= f(час) °С;

Сумарна кількість підведеного тепла Q∑=64,55Вт в режимі ОР (в режимі підготовки

66,15 Вт);

Час режиму підготовки та основної роботи (ОР ) τ = 890 с.

Рис. 3.3. Фізична постановка задачі, що описує внутрішні джерела тепла і

граничні умови теплообміну (ТО) на зовнішніх поверхнях приладу

Чисельне рішення

Модель реалізована в програмному коді STAR-CCM на основі методу

контрольних об'ємів. Метод контрольного об'єму для виведення кінцево-

різницевих рівнянь аналогічний інтегральним методом, але більш фізичний по суті.

Програмний код STAR-CCM відноситься до сімейства програм, що реалізують

CFD (Сomputational Fluid Dynamic) підхід. CFD підхід заснований на сучасних

65

комп'ютерних технологіях, новітніх математичних моделях процесів переносу, а

також на ефективних і високоточних чисельних алгоритмах. CFD-моделі

дозволяють прогнозувати поля температур, тисків і швидкостей газів в кожній

точці простору і часу, а також поля температур в будь-якій точці твердих тіл, які

аналізуються [76,77].

Для комп'ютерного аналізу приладу, була розроблена чисельна тривимірна

модель, що складається з 133110 контрольних об'ємів. Побудована сітка

враховувала особливості геометрії приладу (рис. 3.4). Крок по часу при розв'язанні

нестаціонарних задач, вибирався в діапазоні (0,5...10) с, кількість ітерацій на

кожному кроці склала 4 – 7.

Рис. 3.4 Фрагмент розрахункової сітки чисельної моделі приладу

3.4.2 Основні результати розрахунків

Як говорилося раніше розглядається два варіанти температурних умов

експлуатації приладу.

Варіант 1 - режим підготовки (τ = 583 с).

66

Рис. 3.5. Зміна середньої температури акселерометра у часі

(варіант 1)

Рис. 3.6. Поля температур на 510-й секунді

(час досягнення температури 50° С)

67

Рис. 3.7. Поля температур на 583-й секунді

(час закінчення режиму підготовки)

Варіант 2 - режим підготовки і основний режим роботи (τ = 890 секунд)

Рис. 3.8. Зміна середньої температури за обсягом акселерометра у часі (варіант 2)

68

Рис. 3.9. Поля температур на 583-й секунді

(час закінчення режиму підготовки)

Рис. 3.10. Поля температур на 890-й секунді

(час закінчення режиму ОР)

69

3.4.3 Висновки

Наведені температурні поля та графіки зміни температури в часі елементів

приладу (рис. 3.6–3.10) для прийнятих характерних режимів роботи, дозволяють

зробити наступні висновки:

1. Розроблена теплова та математичну модель теплового режиму, що дозволяє

проводити розрахунки багатовимірних полів температур елементів приладу,

для різних умов його експлуатації. При передстартовій підготовці з

навколишньою температурою газу -40 °С температура гіроскопів виходить на

рівень (50±2 )°С приблизно через 8,5 хвилин.

2. В режимі ОР температура приладів і елементів конструкції збільшується на

25°С (кришки кожуха), а гіроскопа на 42°С щодо їх температури в кінці

передстартової підготовки.

3. В режимі передстартової підготовки та ОР при температурі навколишнього

газу у відповідності з рис. 3.10 температура на несучих конструкціях блоку

електроніки не перевищує (70 5)С.

4. В режимі передстартової підготовки та ОР максимально виділяється блоком

приладів у відсік потужність не перевищує (12 ± 2) Вт.

3.5. Розрахунок амортизаторів

Об'єктом дослідження є блок пристроїв, розміщений на трьох

амортизаторах відповідно з рис. 3.11. Блок пристроїв складається з гіросекції і

блоку електроніки. Загальна маса m 1,3 кг.

Амортизатори призначені для забезпечення віброзахисту в трьох напрямках

(OX, OY, OZ). Зважаючи на значні відмінності пружно-масових характеристик

амортизаторів і блок пристроїв, вважаємо амортизатор безінерційним, а блок

пристроїв абсолютно жорстким [78].

70

Рис. 3.11. Розташування амортизаторів на блоці пристроїв

Вихідна конструкція амортизаторів показана на рис. 3.12.

При цьому всі амортизатори мають однакові розміри і виконані зі сталі 60С2А.

Рис. 3.12. Конструкція амортизатора

Враховуючи, що центр мас збігається з центром жорсткості, власні частоти

системи амортизації будуть визначатися за формулами [79]:

m

cx1 ,

m

cy2 ,

m

cz3 ,

x

yx

J

zcyc

)( 22

4 ,

y

zx

J

xczc

)( 22

5 ,z

yx

J

xcyc

)( 22

6 . (3.19)

Тут zyx ccc ,, - пружна жорсткість амортизаторів в напрямку ZYX ,, ; zyx ,,

зсув центрів жорсткості амортизаторів щодо відповідних координатних осей (якщо

71

початок координат збігається з центром мас); zyx JJJ ,, - моменти інерції блоку

відносно координатних осей, m - маса блоку.

Відзначимо, що якщо в розглянутій конструкції центр мас блоку пристроїв

і центр жорсткості амортизаторів будуть збігатися, то це дозволить виключити

перехресні зв'язки для трьох напрямків, тобто на переміщення центру мас блоку

пристроїв в напрямку осей буде впливати тільки сили, що лежать на цих осях.

Виходячи з вимог до даних амортизаторам, вони повинні мати однакову

жорсткість по трьох осях, тобто повинна виконуватися умова 0cccc zyx тоді,

введемо узагальнене значення власної частоти амортизатора [80,81]:

m

c03210

3 , - власна частота амортизатора (3.20)

Тут 0c - лінійна жорсткість одного амортизатора.

Згідно з експертними оцінками власну частоту амортизатора доцільно

вибрати рівною 70 Гц. При цьому 7020 рад/с.

Маючи величину власної частоти амортизатора визначимо необхідну

жорсткість амортизатора:

так як 7023 0

0

m

c, то

52

0 10128,2490043

1 mc Н/м.

Ефективність віброізоляції оцінюють безрозмірним коефіцієнтом

віброізоляції (При відсутності демпфування 0 )

22222

22

20 1

1

4)1(

41

akR (3.21)

Тут збудження вібрації – кінематичне )cos(0 t , 0, xa - амплітуди

віброприскорень і вібропереміщення амортизатора щодо нерухомої основи,

0

, 0 - власна частота.

Реакцію системи з амортизаторами на очікувані вібраційні навантаження

представимо у вигляді таблиці (таблиця 3.2). Тут f - граничні частоти

72

віброприскорень для приладів систем управління, Rk - коефіцієнт віброізоляції при

власній частоті амортизатора 70 Гц [82,83].

Таблиця 3.2

Граничні частоти віброприскорень для приладів систем управління, відповідні

коефіцієнти віброізоляції і амплітуди переміщень

Найменування Частота віброприскорень

f (g) 30 50 100 200 500 1000 2000 5000

1,211 1,941 1,065 0,148 0,021 5,184

×10-3

1,291

×10-3

2,063

×10-4

0x (м) 2,916

×10-4

9,343

×10-4

1,538

×10-4

5,7

×10-4

3,549

×10-4

2,495

×10-4

6,214

×10-5

9,932

×10-6

З таблиці видно, що дана система віброзахисту задовольняє умовам

експлуатації, але на частотах близьких до резонансних вимагає відповідного

демпфування і обмежувачів переміщень.

По знайденому значенню визначимо параметри конструкції амортизатора,

що забезпечують задану твердість.

3.5.1. Визначення параметрів конструкції амортизатора, що забезпечують

необхідну жорсткість

Для проведення розрахунку жорсткістних характеристик амортизатора

введемо наступні позначення:

Узагальнене переміщення:

6

5

4

3

2

1

q

q

q

q

q

q

u

u

u

uq

z

y

x

z

y

x

, (3.22)

Rk

73

Узагальнена сила:

6

5

4

3

2

1

Q

Q

Q

Q

Q

Q

M

M

M

P

P

P

M

PQ

z

y

x

z

y

x

. (3.23)

Узагальнене переміщення від дії узагальненої сили:

zyxzyxx MMMPPPL 161514131211 ;

zyxzyxy MMMPPPL 262524232221 ;

zyxzyxz MMMPPPL 363534333231 ;

zyxzyxx MMMPPPS 464544434241 ; (3.24)

zyxzyxy MMMPPPS 565554535251 ;

zyxzyxz MMMPPPS 666564636261 .,

Перепишемо рівняння переміщення полюса в координатній формі в

наступному вигляді:

.

;

;

;

;

;

6665654643632621616

6565554543532521515

6465454443432421414

6365354343332321313

6265254243232221212

6165154143132121111

QQQQQQq

QQQQQQq

QQQQQQq

QQQQQQq

QQQQQQq

QQQQQQq

(3.25)

Ми можемо записати в матричній формі:

Qq ; (3.26)

де ij ; 6,1, ji , - матриця податливості (квадратна матриця розмірності

(6х6); ij ( 6,1, ji ) - елементи матриці податливості [84,85].

Матриця податливості Δ однозначно і повністю описує жорсткісні

характеристики досліджуваної пружної конструкції.

74

Елемент матриці податливості ij ( 6,1, ji ) – це величина, чисельно рівна

переміщення в i -му напрямку при дії одиничної сили в j -му напрямку:

),(0,1 jkkQQq

kjiij

, (3.27)

ii - діагональні елементи характеризують податливість пружного елемента у

напрямку діючої сили 1iQ ; ij при 3,1, ji - ці елементи характеризують лінійну

податливість пружного елемента (розмірність елементів [м/Н] ); ij при 6,4, ji

- ці елементи характеризують кутову податливість пружного елемента (розмірність

елементів [1/мН] ); ij при 3,1i , 6,4j и при 6,4i , 3,1j - ці елементи

характеризують перехресні зв'язки між кутовими і лінійними переміщеннями

полюса (розмірність елементів [1/Н] ).

Матрицю податливостей окремих елементів пружної конструкції будемо

знаходити за допомогою інтеграла Мора.

Інтеграл Мора, що описує переміщення oiq ( 6,1i ) довільної точки

пружного стрижня при дії зовнішнього навантаження, має наступний вигляд:

y z кр y zy z кр y z

oi oi oi oi oioi вн вн вн вн вн внoi y z

кр y z(L)

N ×N P ×P P ×P M ×M M ×M M ×Mq = ( +k × +k × + + + )dL,

E×F G×F G×F G×J E×J E×J (3.28)

де zвн

yвн

крвн

zвн

yвнвн MMMPPN ,,,,, - відповідні внутрішні зусилля, що виникають від дії

зовнішнього навантаження; z

oi

y

oi

кр

oi

z

oi

y

oioi MMMPPN ,,,,, ( 6,1i ) - відповідні

внутрішні зусилля, що виникають від дії на полюсі O одиничного навантаження

1iQ ( 6,1i ) [86,87].

На підставі інтеграла Мора і виразу (3.28) запишемо формулу для

визначення елементів ij ( 6,1, ji ) матриці податливості пружних елементів

амортизатора:

)(

)(L z

zj

zi

y

yj

yi

кр

крj

крi

zj

zi

z

yj

yi

y

ji

ij dLJE

MM

JE

MM

JG

MM

FG

PPk

FG

PPk

FE

NN . (3.29)

Згідно виразу (3.29) є очевидним, що jiij ( 6,1, ji ) [88].

75

Розглянемо конструкцію амортизатора (рис. 3.13)

Рис. 3.13. Конструкція амортизатора

Конструкція амортизатора являє собою з'єднані між собою кільцеві секції,

кожна з яких складається з чотирьох дугоподібних елементів відповідно з рис. 3.14.

Вид дугоподібного пружного елемента представлений на рис. 3.15.

Рис. 3.14. Конструкція кільцевої секції амортизатора

Рис. 3.15. Конструкція дугоподібного пружного елемента

Розрахунок проведемо методом вузлової конденсації. Розрахункова схема

для методу вузловий конденсації представлена на рис. 3.16.

Дугоподібні

пружні елементи

76

Рис. 3.16 Розрахункова схема амортизатора,

відповідна методу вузлової конденсації

Розрахунок методом вузлової конденсації проводиться за наступною

методикою:

– розрахунок матриці жорсткості пружного дугоподібного елемента в

локальній системі координат;

– перерахунок матриць жорсткості пружних елементів (кожній з секцій) з

локальної у глобальну систему координат;

– послідовне виключення відповідних вузлів в секціях (згідно з методом

вузлової конденсації);

– отримання остаточної матриці жорсткості амортизатора (згідно з методом

вузлової конденсації).

Всі розрахунки виконані в інженерно-математичному пакеті MathСad.

Результати розрахунку жорсткості для амортизатора з заданими

параметрами наведені в таблиці 3.3.

При цьому в якості вихідних даних беруться такі характеристики

матеріалу і форми елементів амортизатора:

111004,2 E Н/м2- модуль пружності 1 роду;

25,0 - коефіцієнт Пуассона;

77

)1(2

E

G - модуль пружності 2 роду.

5

6 yx kk - коефіцієнти форми перерізу елемента при зсуві;

hbF - площа перерізу пружного елемента.

Моменти інерції відносно відповідних осей:

12

3hbJy

,

12

3bhJz

, 3hbJkr ,

де 242,0 - табличний коефіцієнт, який залежить від відношення bh / .

Таблиця 3.3

Результати розрахунку матриці жорсткості для амортизатора з заданими

параметрами

Значення жорсткості 5

33 10059,1 c Н/м відповідає жорсткості zc ,

5

2211 10386,6 cc Н/м відповідає жорсткостям xc і yc .

Порівнюючи отримане значення жорсткості 5

33 10059,1 c з величинами

жорсткості амортизатора 510128,2 zc , необхідної для ефективної віброзахисту,

приходимо до висновку про необхідність збільшення відповідної жорсткості

амортизатора майже в 2 рази. Аналогічно , для виконання умов рівножосткості

необхідно змінити жорсткості xc і yc .

Для розрахунку використовуємо розроблену в інженерно-математичному

пакеті Mathcad програму.

Параметр Значення

b , м 3108,2

h , м 3102,1

r , м 3109,15

0 , рад )

9,15

5,2arcsin(

11c , Н/м 510386,6

22c , Н/м 510386,6

33c , Н/м 510059,1

78

В результаті обчислень отримуємо наступні параметри амортизатора і

значення лінійних жорсткостей (таблиця 3.4):

Відповідна матриця жорсткості для розрахункової моделі амортизатора [86-88]:

4636,71100000

05032,260000

005032,26000

000102318,200

0000102394,20

00000102394,2

5

5

5

C

і податливості

001406,000000

003773,00000

0003773,0000

000104808,400

0000104654,40

00000104654,4

6

6

6

Параметри амортизатора і значення лінійних жорсткостей наведені в

таблиці 3.4.

Таблиця 3.4

Параметри амортизатора і значення лінійних жорсткостей

Параметр Значення

Ширина перемички shp, м 4,6×10-3

Товщина кільця h, м 1,4×10-3

Высота зазору zaz, м 5,2×10-3

Зовнішній діаметр Db, м 32×10-3

Внутрішній діаметр Dm, м 26,4×10-3

11c Н/м 2,2398×10-5

22c Н/м 2,2398×10-5

33c Н/м 2,2398×10-5

79

Отримана в результаті розрахунків конструкція амортизатора представлена на

рис. 3.17

а) б) в)

Рис. 3.17 а) – розрахункова модель амортизатора,

б) – реальна пружна частина амортизатора,

в) – амортизатор.

Відповідна матриця жорсткості для розрахункової моделі амортизатора:

4636,71100000

05032,260000

005032,26000

000102318,200

0000102394,20

00000102394,2

5

5

5

C ,

і податливості:

001406,000000

003773,00000

0003773,0000

000104808,400

0000104654,40

00000104654,4

6

6

6

.

Таким чином , жорсткість одного амортизатора - 5

0 1023,2 c Н/м однакова

в трьох напрямках Ox, Oy, Oz.

Відповідна цій жорсткості власна частота:

𝑓0 = √3∙𝑐

𝑚∙4∙𝜋2= 71,811, (3.30)

80

Для всієї системи амортизації матриця жорсткості:

3

3

5

5

5

10146,800000

01033,50000

00929,906000

00010486,600

000010512,60

0000010512,6

C .

Матриця жорсткості має діагональний вигляд з однаковими лінійними

твердостями. Це означає, що при дії сил, переміщення відбуваються у напрямках

їх дій.

3.5.2. Розрахунок переміщень для системи амортизаторів

Розрахуємо переміщення центру мас амортизатора при дії на основу

збуджуючих коливань різних частот.

Переміщення визначимо за формулою:

2)

0(1

1)sin(

3

*

tc

amx , (3.31)

2)0

(1

1

kr . (3.32)

Таким чином, максимальне переміщення:

krc

amx

30 , (3.33)

Таблиця 3.5

Граничні частоти віброприскорень для приладів систем управління і амплітуди

переміщень

Частоти, Гц

30 50 100 200 500 1000 2000 5000

Амплітуди віброприскорень

5g 10g 30g 80g 350g 1000g 1000g 1000g

Розрахункові амплітуди переміщень, м

2,916×

10-4

9,343×

10-4

1,538×

10-3

5,70×

10-4

3,549×

10-4

2,495×

10-4

6,214×

10-5

9,932×

10-6

81

Рис. 3.18. На частоті 71,8 Гц – резонанс

Величина 71,8 Гц отримана експериментально для одного пружного

елементу. Тому, величину резонансу слід враховувати при балансуванні та

натурних випробуваннях блоків приладів куди буде встановлено блок

амортизаторів.

3.5.3. Аналіз моделі амортизатора в програмі Nastran

Для перевірки розрахунків, на основі отриманих характеристик,

підготовлена модель для розрахунку в пакеті кінцево-елементного аналізу Nastran.

Перевірка розрахунків лінійних податливостей амортизатора.

Для перевірки виконаємо послідовно навантаження пружної частини

амортизатора силами рівними 1Н. Отримані при цьому переміщення полюса

повинні відповідати податливостям у відповідних напрямках.

Результати розрахунку занесемо в таблицю 3.6.

82

1)Pz=1Н:

Рис. 3.19. Розрахунок в пакеті кінцево-елементного аналізу Nastran.

Переміщення рівне 4,07×10-6 м

2)Py=1Н:

Рис. 3.20. Розрахунок в пакеті кінцево-елементного аналізу Nastran.

Переміщення рівне 4,2×10-6 м

83

Px=1Н:

Рис. 3.21. Розрахунок в пакеті кінцево-елементного аналізу Nastran.

Переміщення рівне 4,63×10-6 м

Таблиця 3.6

Порівняльна таблиця переміщень

Метод отримання

розрахунків Переміщення за напрямками

X Y Z

Nastran 4,63·10-6 м 4, 2·10-6 м 4,07·10-6 м

Розрахункові дані 4,611·10-6 м 4,284·10-6 м 4,09·10-6 м

З таблиці видно, що результати розрахунків збігаються з отриманими в

Nastran.

Також проведено розрахунок максимальних напружень в амортизаторі при

дії статичних навантажень (таблиця 3.7).

Таблиця 3.7

Максимальні напруги в амортизаторі при дії статичних навантажень

P σZ σY σX

1 2 3 4

1 Н 2,21·106 Па 2,68·106 Па 2,92·106 Па

10 Н 2,21·107 Па 2,65·107 Па 2,92·107 Па

100 Н 2,21·108 Па 2,65·108 Па 2,91·108 Па

84

Продовження таблиці 3.7

1 2 3 4

200 Н 4,42·108 Па 5,3·108 Па 5,82·108 Па

280 Н 6,19·108 Па 7,2·108 Па 8,15·108 Па

350 Н 7,74·108 Па 9,27·108 Па 1·109 Па

З таблиці видно, що амортизатор може працювати під дією навантажень і

максимальні напруги не перевищують межу текучості.

3.5.4. Аналіз результатів розрахунку

Проведений розрахунок показав, що розрахована система віброзахисту

може ефективно працювати при заданих умовах експлуатації. Разом з тим на

конструкцію накладаються обмеження збігу центру мас блоку пристроїв і центру

жорсткості системи амортизації. У разі невиконання цієї умови в системі будуть

присутні перехресні зв'язки, тобто на переміщення центру мас блоку пристроїв в

напрямку осей буде впливати не тільки сили, що лежать на цих осях.

При розбіжності центру мас блоку пристроїв і центру жорсткості системи

амортизації необхідно провести доопрацювання конструкції з метою повного

виключення або максимально можливого зменшення наявного розбіжності. Цього

можна досягти або зміщенням амортизаторів розрахованої конструкції, або зміною

конструкції амортизаторів (зниженням кількості секцій, зменшенням зазорів та ін.).

Висновки до розділу 3

Розділ присвячується розрахунку та побудові математичних моделей руху

акселерометра, синтезу структури систему автоматичного управління вихідним

сигналом, моделюванню АЧХ та ФЧХ акселерометра, кодуванню вихідного

сигналу, визначенню ціни молодшого розряду, розрахунку теплового стану і

процесів теплообміну з навколишнім середовищем, визначення параметрів

конструкції амортизаторів, що забезпечують необхідну жорсткість.

85

1. Рівняння руху акселерометра доповнено новою складовою –

незбалансованою масою, що дозволяє зменшити похибку при відхиленні чутливого

елементу, це показано в формулі 3.1.

2. Проведено розрахунок похибки орієнтації осі чутливості

акселерометра за допомогою матриці напрямних косинусів. Формула 3.12.

3. Розраховано передатну функцію системи автоматичного управління

вихідним сигналом акселерометра (формула 3.13).

4. Побудовано нову структурну схему САУ із застосуванням широтно-

імпульсного модулятора (рис. 3.1).

5. Амплітудно частотні та фазово частотні характеристики із

застосованим широтно-імпульсним модулятором представлені на рис 3.5.

6. Проведено розрахунок теплового стану та теплообміну із навколишнім

середовищем за допомогою комп’ютерної програми (рис. 3.6-3.10).

7. Проведено розрахунки блоку амортизаторів, жорсткісних та пружних

характеристик за допомогою розрахунку рівнянь дії узагальнених сил (формула

3.24, 3.25).

8. Розрахована конструкція амортизатора за допомогою матриць

жорсткості і податливості. Проведений розрахунок показав, що розрахована

система віброзахисту може ефективно працювати при заданих умовах експлуатації.

Разом з тим на конструкцію накладаються обмеження збігу центру мас блоку

пристроїв і центру жорсткості системи амортизації.

9. Проведено розрахунок переміщень амортизаторів під дією

навантаження в пакеті кінцево-елементного аналізу Nastran. Результат розрахунку

та програмного моделювання представлено в таблиці 3.6. Аналізуючи дані таблиці

3.6 очевидно, що розрахункові розрахунки та розрахунки отриманні під час

комп’ютерного моделюванні майже збігаються.

86

РОЗДІЛ 4

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ. РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ.

МАКЕТУВАННЯ

4.1 Оцінка часу готовності акселерометру

Використовуючи наведену у розділі 3.4 методику теплового розрахунку

приладу, зробимо енергетичну оцінку системи термостабілізації акселерометра в

режимі нагріву в період передстартової підготовки від температури Т1=-40°С до

Т2=60°С [89].

Підставляючи значення маси m=60 г, середньої теплоємності С=0,113

кал/г·°С, коефіцієнта К=4,19 Вт·с/кал, а також потужності РАМ, розрахованої з

урахуванням тепловиділяючих елементів (моментів датчика РДМ=0,35 Вт, оптопари

РОП=0,1 Вт, ШІМ43 – РШІМ=0,1 Вт, ППІ86 – РППІ=0,17 Вт, УП35 – РУП35=0,05 Вт і

нагрівача опором RН=83±8,5 Ом), що входять в акселерометр, визначимо час

готовності.

При номінальних значеннях опору нагрівального елемента RН=83 Ом і

напруги бортмережі U=27 В час готовності становитиме tном=330 с.

При опорі нагрівача RНmax=91,5 Ом і напруги бортмережі Umin=24 В час

нагріву дорівнюватиме максимальному значенню tmax=467 с.

Очікувані точнісні параметри наведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1

Параметри точності акселерометра

Характеристика Одиниця

вимірювання Значення

1 2 3

Діапазон вимірювання лінійних прискорень, в межах м/с2 ±150

Масштабний коефіцієнт у діапазоні м/(с2·мА) 7 – 10

Ціна молодшого розряду (при 11-ти розрядному коді

за період вимірювання Т=0,4 мс) м/с2 1,2·10-4

Нестабільність ціни молодшого розряду (3σ) % 0,03

87

Продовження таблиці 4.1

1 2 3

Зміщення нуля (систематична складова), не

більше м/с2 5·10-3

Випадкова складова зміщення нуля

– у запуску

– від запуску до запуску

м/с2

м/с2

0,2·10-3

0,98·10-3

Температурний коефіцієнт зміщення нульового

сигналу м/(с2·°С) 3·10-5

Температурний коефіцієнт ціни молодшого

розряду %/°С 0,015

Ціна молодшого розряду датчика температури

(при 10-розрядному коді) °С 0,16

Час функціональної готовності, не більше с 2

Час точностної готовності (режим

термостабілізації), не більше с 480

4.2 Конструктивне виконання акселерометра

Конструкція акселерометра представлена на рис. 4.1, де:

1 - Корпус; 2 - Магнітопровод; 3 - Кожух; 4 - Пластина (чутливий елемент);

5 - Шторка із тягарцем; 6 - Пристрій ШІМ43 (широтно-імпульсний модулятор);

7 - Пристрій ППІ86 (пристрій перетворення інформації); 8 - Пристрій ПП35

(пристрій перетворюючий); 9 - Кронштейн (оптопари); 10 - Упор; 11 - Колодка

розпаєчна; 12 - Котушка; 13 - Амортизатор; 14 - Гайка; 15 - Фланець (несучий

пластину); 16 - Магніт; 17 - Колонка; 18 - Фотодіод ФД-19КК група А

ОС3.368.027 ТУ; 19 - Діод 3Л123А АА.0.339.249 ТУ; 20 - Струмопідвід гнучкий;

21 - Колонка;

88

Рис. 4.1. Конструкція акселерометра.

89

Датчик лінійних прискорень

Чутливим елементом датчика є пластина, виготовлена з бронзи БрБ2

ГОСТ 1789-70, на якій закріплені безкаркасна котушка, шторка і вантаж. Нерухома

частина пластини закріплена на фланці амортизатором і гайкою. Фланець є

елементом корпусної частини приладу.

Датчик моменту

Датчик моменту складається з котушки, розташованої в кільцевому зазорі

між постійним магнітом з самарій-кобальтового сплаву КС25ДЦ-240 з високою

температурною стабільністю характеристик і магнітопроводом. Характеристика

магніту: залишкова магнітна індукція Br=(0,90…1,03)Тл; коерцитивна сила

магнітної індукції Н= (8 ± 0,5) кЭ; робоча температура до 250°С, температурна

стабільність характеристик 0,015 % /°С.

Датчик кута

Складається з оптопари: діод 3Л123А і фотодіод ФД-19КК, в зазорі між ними

знаходиться шторка з прорізом.

Корпусні частини

Корпус і кожух приладу виконані з матеріалу 79НМ з метою якісного захисту

від зовнішніх магнітних полів.

Струмопідвід

Електричний зв'язок між рухомою частиною чутливого елемента з

розташованою на ній котушкою і корпусом здійснюється гнучким

струмопідведенням з позолоченого дроту.

Електроніка

На колонках, встановлених в корпусі приладу, розміщені пристрої

ШІМ43,УПІ86 і УП35.

Габарити: дивись рис. 4.1 .

Маса 65 гр.

90

4.3 Макетування акселерометра

В процесі ескізного проектування було виконано макетування

акселерометра, його основних функціональних вузлів – ЧЕ, сервісної електроніки

та виготовлено 4 макета. Проведені макетні роботи включають в себе

відпрацювання акселерометра з цифровим зворотним зв'язком, забезпечення його

стійкої роботи, а також отримання оцінки основних вихідних характеристик

приладу.

У процесі макетування вирішувалися і технологічні питання, пов'язані зі

складанням, юстировкою та проведенням випробувань.

Нижче наводиться опис основних результатів, які були отримані при

макетуванні.

4.3.1 Оцінка чутливості пружного підвісу

Оцінка чутливості пружного підвісу ЧЕ проводилася за величиною приросту

вихідного сигналу ДК при розворотах кожуха, в якому встановлений ЧЕ, на кути

10 кут.с, що відповідає діапазону лінійних прискорень ±5х10-5 g. Оцінка була

проведена на двох ЧЕ. Приріст сигналу знаходився в межах (10..20) мкв. При

менших кутах розвороту корпусу з ЧЕ – (2…3) кут.с. провести заміри вихідного

сигналу через великі шумові складові виявилося проблематично [90].

4.3.2 Відпрацювання контуру дискретного зворотнього зв'язку

У процесі відпрацювання макетного зразка акселерометра були вирішені

наступні завдання:

– були отримані амплітудно-частотні і фазочастотні характеристики

чутливого елемента (див. табл.4.1 і рис. 4.2) без застосування САУ та із

застосуванням САУ (див. табл. 4.2 і рис. 4.3). Відповідна цим частотним

характеристикам передатна функція ЧЕ наведена нижче [91,92]:

2

33340W(p)=

0,000264ρ +0.00081ρ+1;

91

Таблиця 4.1

Частота,

Гц

Амплітуда,

мВ

Фаза,

град.

1 14 0

2 26 0

3 34 0

4 44,3 0

5 55,3 0

6 66,4 0

7 90 0

8 125 0

9 240 0

9,8 500 45

10,1 405 90

10,6 310 130

11,6 130 155

12,8 75,9 160

14 53,7 165

16 31,6 170

18 22 175

20 17 180

25 10 185

30 6,5 190

40 3,5 195

50 2,5 200

Таблиця 4.2

Частота,

Гц

Амплітуда,

мВ

Фаза,

град.

1 14 0

2 27 0

3 30 0

4 44 0

5 57,2 0

6 66 0

7 90 0

8 96 0

9 98 0

9,8 98 0

10,1 96 30

10,6 89 45

11,6 87 55

12,8 71 60

14 58 90

16 28 110

18 20 130

20 17 132

25 10 134

30 7 136

40 3,6 138

50 2,4 142

92

Рис. 4.2 АЧХ та ФЧХ до застосування

САУ

Рис. 4.3 АЧХ та ФЧХ після

застосування САУ

– уточнено параметри контуру стабілізації світлопотоку СД датчика кута;

– знижена величина пульсації на виході АЦП контролера до рівня більш

10мВ;

– отримана стійка робота акселерометра з урахуванням реальних частотних

характеристик, при цьому нестабільність сигналу на вході мостового комутатора

ШІМ43 не перевищувала 0,5 (ц.м.р.).

4.3.3 Визначення масштабного коефіцієнта

При орієнтації акселерометра віссю чутливості по вертикалі місця в двох

положеннях, монтажної площиною вгору і вниз, було виміряно падіння напруги на

93

вимірювальному опорі, включеному в ланцюг котушки датчика моменту та

визначено середнє значення струму формованого ШІМ43:

при прискоренні +1g величина I = 1,060991 мА;

при прискоренні мінус 1g величина I 1,015248 мА.

З урахуванням отриманих результатів вимірювань визначені наступні

параметри макетного зразка:

– ціна молодшого розряду в одиницях прискорення – 1,429 м/с2 при 8-ми

розрядному формувачі ШІМ43;

– діапазон вимірювальних прискорень 180 м/с, його значення було

обмежено моточними даними використовуваної в ДМ котушки. Для розширення

діапазону вимірювання 300 м/с2 параметри ДМ;

– ціна молодшого розряду (ц.м.р.) інформації, формованої ШІМ43 за

період Т=0,4 10-3с, в одиницях збільшення швидкості представляє 5,71 10-4 м/с.

4.3.4 Оцінка температурних режимів роботи датчика моментів ЧЕ

акселерометра.

При макетуванні визначалася температура перегріву котушки датчика

моментів ДМ при різних значеннях струму в діапазоні від 10 мА до 40 мА, а також

час зміни її опору до встановленого значення.

Результати випробувань зведені в таблицю 4.3.

Таблиця 4.3

Результати випробувань датчика моментів

Час

нагрівання,

хв

Значення температури перегріву котушки ДМ,

при постійних величинах струму, С

I=10мА I =20мА I =30мА I =40мА

1 2 3 4 5

1 - - 12 37,2

5 - - 43,4 61,3

10 1,84 16,5 44,5 62,5

20 3,7 25,6 45,2 63

30 5 26,6 45,5 64

94

Продовження таблиці 4.3

1 2 3 4 5

40 5,51 27,1 45,8 64,3

50 5,51 27,6 46,4 65,2

60 5,51 28 46,8 65,7

70 5,51 28 47,2 66,2

80 5,51 28 47,6 67,1

90 5,51 28 48 67,1

При температурі навколишнього середовища 15 С перегрів котушки ДМ

акселерометра склав:

5,5С, не більше – при струмі 10 мА;

28С, не більше – при струмі 20 мА;

48С, не більше – при струмі 30 мА;

67С, не більше – при струмі 40 мА.

При перегріві котушки опором R=(285 30) Ом (в нормальних умовах) до

температури 90С її сталий опір становить:

347 Ом при Rmin ;

388 Ом при Rном;

429 Ом при Rmax.

Отримані дані враховані при виборі елементів схеми мостового комутатора

ШИМ43.

4.4 Оцінка надійності

Оцінка надійності проводилася на підставі "Єдиного довідника по

надійності ЕРЕ [93,94].

Згідно функціональної схеми, акселерометр складається з блоку чутливих

елементів (БЧЭ) і сервісної електроніки. Сервісна електроніка складається з

наступних пристроїв:

БЕ49 - 1шт. – блок електрики, який включає:

ППІ86 - 1шт.– пристрій перетворення інформації;

ПП35 - 1шт – пристрій що перетворює;

95

ШІМ43 - 1шт.– широтно-імпульсний модулятор;

Н - 1шт.– нагрівач.

Крім того в склад входять:

ПТС-45 - 1шт – пристрій комутації і термостатування;

Н -1шт. – нагрівач;

У блоці пристроїв відсутнє резервування на рівні блоків і комплектуючих

ЕРЕ, тому структурна схема надійності збігається з функціональної.

При оцінці надійності використовувалися довідкові матеріали по

інтенсивностям відмов ЕРЕ або їх аналогів, для ЕРЕ зарубіжних фірм

використовувались узагальнені характеристики інтенсивностей відмов які

визначаються технологією виготовлення того чи іншого ЕРЕ, взяті з [94,96].

У розрахунку використовувались коефіцієнти зміни інтенсивності відмов

елементів згідно з довідником [94] для відповідних ЕРЕ або їх аналогів.

За умовами експлуатації акселерометр відноситься до групи апаратури 4,7

по ГОСТ 820.39.304 – 76.

Оцінка надійності проводилася в припущенні, що вся застосована

елементна база підпорядковується експоненціальним законом розподілу часу

безвідмовної роботи протягом усього періоду експлуатації.

При виготовленні акселерометра всі ЕРЕ повинні піддаватися вхідного

контролю, ЕРЕ зарубіжного виробництва - сертифікації.

Вихідні дані.

Виріб має два режими роботи:

– режим передстартової підготовки рівний tпп ;

– режим основного використання рівний top.

Час від останньої регламентної перевірки до пуску вироби не повинен

перевищувати 1 рік. При автономній регламентної перевірки, також як і при

передстартової підготовки, проводиться контроль функціонування в цілому, а

також перевірка справності вузлів. Цим забезпечується відповідний рівень

безвідмовної роботи за весь період експлуатації. Тому в розрахунку безвідмовної

96

роботи враховується складова інтенсивності відмов ЕРЕ за один рік зберігання

виробу в умовах експлуатації.

Виріб повинен забезпечувати ймовірність безвідмовної роботи:

за час передстартової підготовки: Р(tпп) = 0,9988 ;

за час основної роботи Р(tор) = 0,9987.

Імовірність безвідмовної роботи (ібр) окремого ЕРЕ, пристрої, блоки і

виробу в цілому розраховується за формулою:

P t t( ) exp( ) , (4.1)

де – інтенсивність відмов елемента, пристрою, блоку або виробу; t – час, за який

визначається надійність.

Оскільки всі ЕРЕ і пристрої відповідно до структурної схеми надійності

вироби з'єднані послідовно, то інтенсивність відмов виробу буде представляти із

себе суму інтенсивностей відмов ЕРЕ:

n

i

i=1

, (4.2)

де I – інтенсивність відмов I – го елементу; n – кількість елементів.

Інтенсивність відмов окремого елемента залежить від коефіцієнта

електричного навантаження, умов експлуатації, ступеня інтеграції, величини

номіналу (резистори, конденсатори) і т. д., значення поправочних коефіцієнтів

вибираються з довідника [94,97] (за аналогією). Тоді робоча інтенсивність відмов

ЕРЕ буде виглядати:

iроб i ii=1

n П КK

, (4.3)

де λσi вихідна (базова) інтенсивність відмов i-го елемента; Кi – коефіцієнти, що

враховують вплив на інтенсивність відмов різних факторів; n – Кількість

однотипних ЕРЕ в однакових умовах (з однаковими коефіцієнтами); к – кількість

коефіцієнтів впливу.

Точно також визначається інтенсивність відмов елемента розрахунку при

зберіганні:

97

ixp xp i ii=1

n П Кk

. . , (4.4)

де λixp _ інтенсивність відмов при зберіганні і-го елемента розрахунку;

xp i. . _

базова інтенсивність відмов при зберіганні і-го елемента розрахунку, як правило це

групові характеристики; к – кількість врахованих факторів впливу на інтенсивність

відмов при зберіганні; п – кількість однотипних ЕРЕ в однакових умовах (з

однаковими коефіцієнтами).

Ймовірність безвідмовної роботи за один рік зберігання в умовах

експлуатації буде визначатися:

збер збер зберt t( ) exp( ) , (4.5)

де tзбер – 8670 год.; 𝜆збер– сумарна інтенсивність відмов при зберіганні в умовах

експлуатації всіх ЕРЕ.

Ймовірність безвідмовної роботи за весь період експлуатації з урахуванням 1-

го року зберігання буде визначатися наступними формулами [98]:

збер збер ппP t P t P t( ) ( ) ( ) ; (4.6)

op збер пп op збер ппP t t t P t P t P t( ) ( ) ( ) ( ) . (4.7)

Результати розрахунку для окремих груп однотипних ЕРЕ пристроїв наведені

в таблиці 4.4.

Таблиця 4.4

Найменування ЕРЕ Кількість

елементів

Інтенсивності відмов

-7

ipa 10

-8

ixp 10

1 2 3 4

Транзистори 16 4,16 0,0416

КМОП-логіка 42 0,84 0,084

ИП (опорні) 6 66,4 0,664

Індуктивність 2 0,2 0,02

Стабілізатор 9 0,9 0,09

Мікроконтроллер 5 1,1 0,011

Мультиплексор 2 0,2 0,02

ОпУС 27 0,54 0,054

Оптопари 7 1,82 0,0182

98

Продовження таблиці 4.4

1 2 3 4

Польові транзистори 7 1,85 0,0185

Діоди 5 1,3 0,013

ЦАП, АЦП 7 0,14 0,0014

Запобіжник 1 0,034 0,0034

Резонатори, генератори 3 0,03 0,003

З'єднувачі 2 0,36 0,036

Эл.ключі 18 0,168 0,0168

Резистори SМD 84 0,2924 0,02924

Резистори МРR 4 0,0544 0,00544

Конденсатори NРО 18 0,16848 0,0016848

Конденсатори NAJ B, D 20 0,0624 0,00624

84,27768 1,3915

P(tпп) 0,999985

P(top) 0,9999903

P(tзбер) 0,9987811

P(tпп ,tзбер) 0,99876312

P(top, tзбер, tпп) 0,99875643

Таким чином, попередній розрахунок надійності дає підставу стверджувати,

що вимоги по надійності виконуються.

Що стосується аналізу видів, наслідків і критичності відмов, то оскільки в

системі відсутнє резервування, система критична до відмови будь-якого елементу,

що приводить до відмови системи.

Для виключення замикання бортової системи в LC – фільтрі застосовано

послідовне дублювання конденсаторів.

99

4.5 Стенд для випробування платформи при вимірюванні кутового

прискорення.

Даний розділ містить основні відомості про пристрій і роботу стенду, а також

основні технічні вказівки, які повинні бути виконані при перевірці і регулюванню

стенду.

Призначення стенду

Стенд СТМ03 призначений для регулювання та перевірки параметрів пристроїв

на етапі регулювання, проведення пред'явницьких і приймально-здавальних

випробувань а також метрологічної атестації та перевірки прискорень.

Стенд є імітатором виконавчої частини об'єкта, керованого акселерометром і

призначений для контролю розворотів, прискорень, кутових прискорень що

формуються і забезпечення реального навантаження.

Технічні дані:

1. Обертання колеса-платформи круговий, без обмеження кута повороту.

2. Точність відліку кута повороту платформи – 4 кутових хвилини.

3. Передаточне число від електродвигуна до платформи стенду – 520.

4. Передаточне число від електродвигуна до маховика – 2.

5. Передаточне число від платформи до датчиків ДУ04 і тахометра ТГ02 – 1.

6. Момент інерції обертових частин стенду, наведений до платформи стенду –

900 кг·м2 і 300 кг·м2.

7. Момент інерції забезпечується установкою змінних маховиків із комплекту

стенда.

8. Момент опору при обертанні колеса-платформи без навантаження

(відпущених гальмах) не більше 30 Н·м (3 кгс·м).

9. Мертвий хід маховика в ланцюзі електродвигун-маховик – не більше (10-

15)° при дії моменту на маховик 6 Н·м (0,6 кгс·м).

10. Мертвий хід маховика в ланцюзі платформа-маховик – не більше 1°.

11. Мертвий хід передачі від платформи до перевіряється датчику ДУ04 і

тахометром ТГ02 – не більше 1 кут.хв.

100

12. Регульований гальмівний момент опору обертанню, приведений до валу

електродвигуна, в межах (0,4…0,8) Н·м (0,04…0,08 кгс·м). Нестабільність

моменту опору не більше 20% на всьому інтервалі кута повороту платформи.

13. Граничний короткочасний (на час до 7 с) регульований гальмівний момент

опору обертанню, приведений до валу електродвигуна, до 6 Н·м (0,6 кгс·м).

Склад стенду

До складу стенду входять:

А) стенд СТМ03

Б) комплект приладдя

В) комплект запасних частин

Пристрій і робота

Стенд складається з наступних складових частин (рис. 4.4 стор. 107): основи

1 і встановлених на ній приводу 4, кронштейну 2, кронштейну 3.

Підстава стенду являє собою каркас, зварений з труб, на якому укріплена

плита з колесом А, що є поворотною платформою стенду.

Колесо центрується в розточці плити і спирається в горизонтальній площині

на кульки, розташовані в кільцевій розточці плити. На верхній площині колеса-

платформи є кругова шкала градуйована в діапазоні (0-360)°. На плиті підстави

стенду встановлений ноніус, що дозволяє проводити відлік кутів повороту

платформи з точністю 4 кутових хвилини.

Кронштейн 2, встановлений на платформі стенду, призначений для

кріплення гіротахометрів: два гіротахометра закріплюються на вертикальних

колонках кронштейна, один гіротахометр на горизонтальних колонках.

Кронштейн 3 закріплений на платі підстави і призначений для кріплення на

гачках кронштейна з'єднувальних кабелів для виключення пошкодження кабелів

при розвороті платформи стенду.

Привід 4, призначений для передачі обертання від виконавчого

електродвигуна до поворотної платформи стенду, передачі обертання до

тахогенератору і датчику кута при перевірці параметрів. Привід закріплений на

плиті основи стенду. Вихідне подвійне колесо приводу, що складається з двох

101

половин з пристроєм вибірки бічного зазору, зчіплюється з колесом платформи

стенду.

Загальний вигляд приводу наведено у додатку А.

Усередині корпусу 1 привода розміщені зубчасті передачі, які складаються

з блоку коліс 2, коліс 3 і 4, двох здвоєних коліс 5, 6 і 7, 8 з пристроєм вибірки

бічного зазору в зачепленні за допомогою пружини 9. Більше колесо блоку коліс 2,

є вхідною частиною і зчіплюється з колесом електродвигуна, що встановлюється

при перевірці пристроїв.

На електродвигун встановлюється складене колесо з комплекту Б, всередині

якого виконано муфтове з'єднання з боковим зазором для імітації граничних

мертвих ходів у передачах об'єкта, керованого акселерометром.

У приводі передбачені два гальма. Один – для створення регульованого, а

другий – граничного регульованого гальмівного моменту опору обертанню колеса-

платформи.

Для створення граничного регульованого гальмівного моменту опору,

приведеного до валу двигуна, до 6 Н·м (0,6 кгс·м) використовуються гальма, які за

допомогою двох гальмівних колодок 10 охоплюють барабан 11. Момент

створюється притисненням пружиною 12 гальмівних колодок до барабану і

регулюється обертанням гайки 13.

Для створення регульованого гальмівного моменту опору, приведеного до

валу двигуна, в межах 0,4..0,8 Н·м використовуються гальма 14. Загальний вигляд

гальма наведено в додатку В і являє собою черв'ячний редуктор на виході якого

встановлено гальмівний барабан 1. Момент створюється притисненням пружиною

3 гальмівних колодок 2 до барабану і регулюється обертанням ручки 4.

Для змащення й охолодження черв'ячної передачі корпус редуктора

заповнений маслом І-50 А ГОСТ 20799-88.

На валу 15 приводу встановлюються змінні маховики з комплекту запасних

частин, призначені для імітації моментів інерції обертових частин об'єкта.

Кріплення маховиків здійснюється гайками 17 і шайбами з того ж комплекту. На

зовнішній поверхні маховиків виконана канавка з гвинтами для кріплення і

102

закладення гнучкого троса з подальшим контролем регульованого моменту тертя

шляхом визначення динамометром через трос окружного зусилля, достатнього для

обертання маховика.

Маховики виконані з круговою шкалою, проградуйованій від 0 до 180° в

одну й іншу сторону, а на корпусі приводу закріплена стрілка. Шкала призначена

для визначення кута повороту маховика, а також перевірці мертвих ходів передач

стенду.

Передача обертання до тахогенератору і датчику кута проводиться через

редуктор 18. Вхідне колесо А редуктора зачіпляється з колесом 16. Загальний

вигляд редуктора наведено в додатку Б.

У редукторі встановлені зубчасті колеса з пристроєм вибірки бічних зазорів

у зачепленні. Два вихідних валу редуктора призначені для з'єднання з

тахогенератором ТГ02 і датчиком ДУ04, встановлюваними на корпусі редуктора

при випробуваннях.

Загальні вимоги до перевірки і експлуатації стенда.

Перевірку та експлуатацію стенду проводити у приміщенні, що відповідає

вимогам НТД, діючої на підприємстві.

До регулювання і перевірки повинні допускатися особи, що вивчили

технічну документацію на стенд, випробувальну апаратуру, пройшли технічне

навчання та інструктаж на право проведення робіт, причому їх знання та вміння

користуватися апаратурою повинні бути спеціально перевірені.

Кожне робоче місце повинно бути забезпечено комплектом справної

апаратури, інструментом і пристосуваннями.

Всі операції при перевірці робити обережно, щоб уникнути пошкодження

стенду.

Якщо в процесі перевірки і експлуатації стенду виявлено невідповідність

вимогам конструкторської документації, необхідно в паспорті стенду зробити

запис про відмову та характер порушення працездатності, провести дослідження та

усунення дефектів відповідно з НТД, що діє на підприємстві виробнику.

103

Вказівка заходів безпеки.

До роботи зі стендом допускаються особи, які мають документ, що засвідчує

знання техніки безпеки і мають кваліфікаційну групу не нижче 3 по роботі з

електроустановками.

При експлуатації стенду повинні виконуватися вимоги наступних

документів:

- «Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів».

- інструкції з охорони праці для робітників підприємства-виробника за

спеціальностями.

- правила пожежної безпеки, чинних на підприємстві-виробнику.

Не допускається стосуватися обертових елементів стенду щоб уникнути

травматизму.

Робота на стенді повинна проводитися двома операторами.

Підготовка до роботи

Перевірити комплектність стенду.

Встановити стенд на робоче місце, забезпечивши вільний доступ до всіх

частин стенду. Переконатися, що на стенді встановлені кожухи.

Видалити зайву мастило з платформи стенду при її наявності. Переконатися

в наявності масла в черв’ячному редукторі.

Використання стенду для перевірки

Для проведення робіт по перевірці і випробуванням з використанням стенду

необхідно:

- встановити на осі електродвигуна колесо зубчасте їх комплекту стенда.

- встановити і закріпити електродвигун на приводі стенду, ввівши в

зачеплення зубчасте колесо електродвигуна.

- встановити і закріпити на кронштейні платформи стенду гіротахометри

ГТ46 і ГТ46-01.

104

- встановити на приводі стенду тахометр і датчик кута. При цьому на осі

датчика встановити і закріпити муфту із комплекту стенда.

- встановити і закріпити на валу вхідного колеса приводу маховик для

перевірки горизонтального і вертикального каналів.

Стенд забезпечує імітацію моменту опору обертанню об'єкта керованого

системою, затяжкою відповідного гальма стенду. Момент перевіряється шляхом

обертання маховика стенду динамометром через гнучкий трос, що намотується на

маховик. При цьому вимірюється динамометром окружне зусилля, достатнє для

плавного обертання маховика.

Моменти опору і необхідні при цьому окружні зусилля наведені в

таблиці 4.5.

Для перевірки жорсткості приводу системи використовується шкала,

встановлена на маховику, за якої перевіряються кути повороту маховика під

впливом зовнішнього обертаючого моменту, що прикладається до маховика.

Момент забезпечується додатком окружного зусилля на маховику відповідно до

таблиці 4.6.

Таблиця 4.5

Моменти опору та зусилля

Момент опору обертанню, Н·м

(кгс·м) Окружне зусилля, Н (кгс)

На маховику

Наведений до

валу

електродвигуна

На маховику

системи

горизонтального

каналу

На маховику

системи

вертикального

каналу

0,8 (0,08) 0,4 (0,04) 10 (1) 16,6 (1,66)

1,6 (0,16) 0,8 (0,08) 20 (2) 33 (3,3)

12 (1,2) 6 (0,6) 150 (15) 250 (25)

105

Таблиця 4.6

Моменти обертання та відповідне зусилля

Момент обертання, Н·м (кгс·м) Окружне зусилля, Н (кгс)

На маховику

Наведений до

платформи

стенду

На маховику

системи

горизонтального

каналу

На маховику

системи

вертикального

каналу

0,8 (0,08) 200 (20) 10 (1) 16,7 (1,67)

1,2 (0,12) 300 (30) 15 (1,5) 25 (2,5)

2,4 (0,24) 600 (60) 30 (3) 50 (5)

4 (0,4) 1000 (100) 50 (5) 83 (8,3)

Технічне обслуговування

В період експлуатації стенду повинні проводитись регламентні роботи і

технічне освідчення стенду.

Регламентні роботи повинні проводитися не рідше одного разу в місяць

при безпосередній експлуатації стенда.

Роботи проводяться наступним чином:

А) переконатися, що зубчасті колеса змащені мастилом. У тому випадку,

якщо мастило відсутнє, змастити мастилом ОКБ 122-7 ГОСТ 18179-72;

Б) перевірити плавність обертання платформи стенду при відпущеному

гальмі, обертаючи платформу від руки. Платформа повинна обертатися плавно,

без заїдань;

В) перевірити мертвий хід маховика в ланцюзі електродвигун-маховик. Для

перевірки необхідно:

- встановити на стенді маховик (із комплекту стенда)

- встановити кронштейн з колесом (із комплекту стенда) ввівши в

зачеплення зуби колеса з вхідним колесом приводу стенду;

- впливаючи на маховик окружним зусиллям 75 Н (7,5 кгс) в одну і в іншу

сторони, використовуючи для цього гнучкий трос і динамометр, перевірити за

106

шкалою маховик кут повороту маховика з одного крайнього положення в інше

(мертвий хід). Кут повороту повинен бути в межах 10...15°.

Технічне опосвідчення проводити один раз на рік цехом-виробником і ВТК

в обсязі пред'явницьких випробувань, наведених в ТУ. Результати атестації

записати в паспорт стенду [99-105].

Таблиця 4.7

Можливі несправності і методи їх усунення

Характер несправності Можлива причина Метод усунення

Підвищений шум

передач стенду при

розвороті платформи

від стабілізатора

Недостатньо змащені

колеса стенду і гальма

Змастити колеса

мастилом ОКБ122-7

ГОСТ 18179-72

Підвищений мертвий

хід маховика

Зношені рухливі

з'єднання стенду.

Зношені гумові

демпфери в колесі, що

встановлюються на

валу електродвигуна

Стенд підлягає

розбиранню і ремонту.

Замінити демпфери.

107

Рис. 4.4. Загальний вигляд стенду

108

Висновки до розділу 4

У четвертому розділі проведена оцінка часу готовності акселерометра,

показано конструктивне виконання, оцінка чутливості пружного підвісу,

визначення масштабного коефіцієнта, оцінка надійності виробу, та показано

конструкція і опис стенду для метрологічної атестації.

1. Параметри точності акселерометра представлено в таблиці 4.1.

2. На рис. 4.1 показане конструктивне виконання акселерометра для

отримання результатів, описаних в дисертаційній роботі.

3. Вперше отримано передаточну функцію чутливого елемента та

побудовано його АЧХ і ФЧХ (табл. 4.1, рис. 4.2).

4. В таблиці 4.2 наведені результати випробувань датчика моментів.

5. Проведений аналіз відмов ЕРЕ та розрахована надійність прибору.

Надійність акселерометру становить 0,9987, що на 8% більша за

аналоги.

6. Запропоновано і розроблено конструкцію стенду для проведення

метрологічної атестації приладів та виконування приймально-

здавальних робіт.

109

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Викладені у дисертаційній роботі дослідження дозволили вирішити

актуальну і складну науково-технічну задачу, що має важливе технічне значення –

підвищення точності вимірювань прискорення. Здобуто такі наукові результати:

1. З аналітичного огляду сучасних акселерометрів показано, що найбільш

перспективним є маятниковий акселерометр. Чутливість та віброзахист

відомих акселерометрів є недостатнім. Обґрунтовано, що задача

підвищення точності та віброзахисту шляхом застосування методів

корекції похибок в складі вихідного сигналу є актуальною.

2. Розроблено та досліджено новий маятниковий акселерометр

компенсаційного типу, у якого точність вимірювання прискорення на 6%

більша за аналогічні.

3. Розроблено та виготовлено нову конструкцію віброопор, яка дозволяє

знизити вплив вібрації та ударів на блок пристроїв на 11%.

4. Показано, що збільшення точності розробленого акселерометра

забезпечується шляхом використання:

- запропонованої доповненої математичної моделі руху акселерометра.

- використанням широтно-імпульсної модуляції

- використанням САУ у складі акселерометра

5. Створено систему автоматичного керування вихідним сигналом

акселерометра на основі широтно-імпульсної модуляції задля зменшення

впливу похибок та забезпечення достатньої схеми зйому сигналу.

6. Обґрунтовано вибір структурної схеми акселерометра задля зменшення

похибок у вихідному сигналі та забезпечення достатнього зйому сигналу.

7. Розроблено конструкцію стенду, що забезпечує імітацію реальних сил,

що діють на акселерометр під час роботи. Стенд придатний для

атестувальних, приймо-здаточних та повірочних робіт.

8. Проведено атестацію акселерометра на стендовому обладнанні та

підтверджено правильність теоретичних розрахунків та працездатність

математичних моделей компенсації похибок на готовому приладі.

110

9. Вперше отримано нові формули компенсації: температур,

незбалансованості маси, впливу вібрацій що дали можливість зменшити

ціну молодшого розряду та підвищити точність вимірювання

прискорення.

10. Застосовано метод програмного моделювання навантажень та дій

температур на прилад з навколишнього середовища для макетування

акселерометра та перехідних процесів на етапі проектування. Теоретичні

і програмні результати макетування збіглися з похибкою 2%, що

підтверджує правильність застосованих математичних моделей.

111

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Конструкция субминиатюрного динамически настраиваемого

гироскопа. / Коновченко А.А. и др. / НИИ ПМ им. акад. Кузнецова В.Н., Москва,

Россия. Гиротехнологии, навигация и управление движением. Сборник докладов. -

V МНТК, Киев: КПИ, 2005.

2. Отчет №63172-95 по НИР, тема «Ручей». Исследование научно-

технической, технологической элементной и метрологической базы построения

прецизионных акселерометров. Архив ОАО НПК «КЗА им. Г.И. Петровского»,

1995.

3. Пельпор Д. С. Динамически настраиваемые гироскопы. Теория и

конструкция. / Д. С. Пельпор, В. А. Матвеев, В. Д. Арсеньев. – Москва:

Машиностроение, 1988. – 264 с.

4. Павловський М. А. Теоретична механіка / М. А. Павловський. – Київ:

Техніка, 2002. – 512 с.

5. Синельников А. Е. Низкочастотные линейные акселерометры. Методы

и средства поверки и градуировки. / А. Е. Синельников. – Москва: Издательство

стандартов, 1979. – 176 с.

6. Коновалов С. Ф. Гироскопические системы. Проектирование

гироскопических систем (3 том) / С. Ф. Коновалов, Е. А. Никитин, Л. М.

Селиванова. – Москва: Высшая школа, 1980. – 128 с.

7. Самоткин Б. Б. Навигационные приборы и системы / Б. Б. Самоткин, В.

В. Мелешко, Ю. В. Степановский. – Киев: Вища школа, 1986. – 343 с.

8. Завдання на контрольні розрахунково-графічні роботи з

використанням ЕВМ по курсу «Розробка інтелектуальних приладів та систем» для

студентів спеціальності «Приладобудування» / В.І. Дубінец, К.А. Спаравало - Київ

НТУУ «КПІ» 2004.

9. Angle measurement device for posting the sensitivity axis / E.

N.Bezvesilnaya, A. G. Tkachuk, L. O. Chepyuk, A. A. Ostapchuk. // THE ADVANCED

SCIENCE GOURNAL (China). – 2013. – №12. – С. 31–37.

112

10. Чувствительные элементы и автономные средства навигации. /

Виноградов Г.М. и др. / ОАО РПКБ, Роменское, Россия. Гиротехнологии,

навигация, управление движением и конструирование авиационно-космической

техники. Сборник докладов. - IV МНТК, Киев: КПИ, 21-23.04.2003.

11. Первицкий Ю. Д. Расчёт и конструирование точных механизмов / Ю.

Д. Первицкий. – Ленинград: "Машиностроение" Ленинградское отделение, 1976.

– 456 с.

12. Пат. 73632 Українa, МПК G01P 9/00.-2003076959. Спосіб

вимірювання кутової швидкості коріолісовим вібраційним гіроскопом / В.В.

Чіковані, Ю.А. Яценко, В.А. Коваленко. - Заявл. 14.10.2003; Опубл.15.08.2005,

бюл. № 8.- С.6.

13. Разработка низкочастотных линейных акселерометров. / Черняк Н.Г. и

др. / НТУУ «КПИ». Киев, Украина. Гиротехнологии, навигация и управление

движением. Сборник докладов. - V МНТК, Киев: КПИ 21-22.04.2005.

14. Мєлєшко В.В. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт

«Акселерометри» по курсу «Навігаційні прибори та системи» для студентів

спеціальності «Гироскопические приборы и устройства» / – Киев, 1987. – 28 с.

15. Ржаницин А. Р. Строительная механика / А. Р. Ржаницин. – Москва:

Высшая школа, 1991. – 439 с.

16. Клюев В. В. Приборы и системы для измерения вибрации шума и удара

/ В. В. Клюев. – Москва: Машиностроение, 1978. – 439 с.

17. Системи наведення та стабілізації озброєння / О. М.Безвесільна,

В. П. Квасніков, В. Г. Цірук, В. Г. Чиковані. – Житомир: ЖДТУ, 2014. – 176 с.

18. Безвесільна О. М. Методи оптимізації цільової функції та ідентифікації

характеристик прецизійних навігаційних систем: Монографія. / О. М. Безвесільна,

Ю. В. Киричук, Ю. О. Подчашинський. – Житомир: ЖДТУ, 2010. – 201 с.

19. Безвесільна О. М. Системи керування навігаційних систем рухомих

об'єктів: Монографія / О. М. Безвесільна, Ю. В. Киричук, С. С. Ткаченко. –

Житомир: ЖДТУ, 2010. – 174 с.

20. Безвесільна О. М. Склад і принцип роботи системи ударо- і

113

віброзахисту НС / О. М. Безвесільна, В. Г. Цірук. // Вісник інженерної академії

України. – 2014. – №1. – С. 77–80.

21. Аналіз закордонних систем наведення та стабілізації / О. М.

Безвесільна, В. Г. Цірук, В. П. Квасніков, Л. О. Чепюк. // Вісник інженерної

академії України. – 2014. – №2. – С. 155–159.

22. Безвесільна О. М. Існуючі системи наведення та стабілізації

/ О. М. Безвесільна, В. Г. Цірук, Л. О. Чепюк. // Вісник інженерної академії України.

– 2014. – №2. – С. 8–13.

23. Безвесільна О. М. Про вибір параметрів систем вібро- і ударо захисту з

сухим тертям / О. М. Безвесільна, Ю. В. Киричук. // Вісник інженерної академії

України. – 2009. – №1. – С. 91–94.

24. Пат. 15024А. Віброізолятор / Безвесільна О.М., Киричук Ю.В., Рижков

Л.М., Янкелевич Г.Є. Опубл. 05.05.1998р. Бюл. №10.

25. Квасніков В. П. Оптимальне керування процесом гасіння коливань

базової частини складної електромеханічної системи / В. П. Квасніков. // Вісник

Кіровоградського державного технологічного університету. – 2002. – №2. – С. 30–

32.

26. Звіт по НТР №КЗА-83 «Cистеми вібро- та ударозахисту

гіростабілізованої платформи» 1999р. Безвесільна О.М., Киричук Ю.В.,

Коробійчук І.В.

27. Безвесільна О. М. Технологічні вимірювання та прилади: підручник /

О. М. Безвесільна, Г. С. Тимчик. – Житомир: ЖДТУ, 2012. –

812 с.

28. Безвесільна О. М. Монографія. Системи вібро- та ударозахисту / О. М.

Безвесільна, Ю. В. Киричук. – Житомир: ЖДТУ, 2009. – 160 с.

29. Безвесільна О. М. Про вибір параметрів систем вібро- ударо захисту з

сухим тертям / О. М. Безвесільна, Ю. В. Киричук, Л. М. Рижков.

// Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 1998. – №3. – С. 95–98.

114

30. А.с. 54790 Україна. Комплект конструкторської та технологічної

документації приладу «Стабілізатор СВУ-500-7Ц-04» / Г. Є. Янкелевич, Ю.М.

Кохан, В.Г. Цірук та інш. (Україна). - №54790; опубл. 15.05.2014.

31. Безвесільна О. М. Система ударо- і віброзахисту системи стабілізації

навігаційного комплексу легкої броньованої техніки / О. М. Безвесільна, В. Г.

Цірук. // Технологічні комплекси. – 2014. – №2. – С. 134–141.

32. Ригли У. Теория, проектирование и испытание гироскопов / У. Ригли,

У. Холлистер, У. Денхард. – Москва: Мир, 1972. – 416 с.

33. Репников А. В. Гироскопические системы / А. В. Репников, Г. П.

Сачков, А. И. Черноморский. – Москва: Машиностроение, 1984. – 319 с.

34. Хог Э. Прикладное оптимальное проектирование / Э. Хог, Я. Арора. –

Москва: Мир, 1983. – 478 с.

35. Влияние особенностей конструкции динамически настраиваемого

гироскопа ГВК-16 на его точностные характеристики. / Виноградов Г.М., Темляков

Н.А., Балабанов И.В., Балабанова Т.В., Степин В.И. - Збірник доповідей III

Міжнародної науково-технічної конференції «Гіротехнології, навігація, керування

рухом і конструювання рухомих об'єктів», Київ, 2001. С.165-173.

36. Тимошенко С. П. Механика материалов / С. П. Тимошенко, Дж. Гере.

– Санкт-Петербург: Мир, 2002. – 672 с.

37. Никитин Е. А. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих

гироскопов и акселерометров / Е. А. Никитин,

А. А. Балашов. – Москва: Машиностроение, 1969. – 217 с.

38. А.с. 29795. Комплект конструкторської та технологічної документації

приладу «ГД09» / Цірук В.Г., Маляров С.П., Пономаренко А.І., Янкелевич Г.Є.,

Бондарук В.А., Асілов С.М., Гержан О.М., Касьянов В.Г., Грецький П.П.-

Заяв.27.07.2009.

39. Експериментальні дослідження навігаційних елементів

гіростабілізатора / О. М.Безвесільна, В. Г. Цірук, О. Г. Ткачук, Л. О. Чепюк. //

Технологічний аудит та резерви виробництва. – 2014. – №3. – С. 44–56.

40. Безвесільна О. М. Перетворюючі пристрої приладів. Підручник / О. М.

115

Безвесільна, В. П. Квасніков. – Житомир: ЖДТУ, 2004. – 220 с.

41. Квасников В. П. Метод определения мест расположения точек

измерения виброускорения при построении системы активной виброзащиты

сложной електромеханической системы. Міжнародний науково-технічний журнал.

Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах / В. П.

Квасников, А. Л. Передерко. // Хмельницький національний університет. – 2009. –

№1. – С. 206–209.

42. Безвесильная Е. Н. Анализ работы маятникового акселерометра с

помощью ЭВМ «Электронное моделирование». Научно-теоретический журнал / Е.

Н. Безвесильная. // НАНУ. – 1983. – С. 102–104.

43. Безвесильная Е. Н. О выставке измерительных осей акселерометров в

условиях движующегося основания / Е. Н. Безвесильная. – Киев: Знание, 1983. – 24

с.

44. Безвесильная Е. Н. О систематических погрешностях

гиромаятникового акселерометра на вибрирующем основании «Прикладная

механика». Научно-теоретический журнал / Е. Н. Безвесильная, В. С. Евгеньев. //

НАНУ. – 1981. – №1. – С. 54–61.

45. Безвесильная Е. Н. Об исследовании маятникового акселерометра с

помощью ЭВМ / Е. Н. Безвесильная. – Киев: Інститут Физики Академии наук

УССР, 1981. – 25 с.

46. Безвесильная Е. Н. Оценка точностных характеристик измерителя

линейных ускорений / Е. Н. Безвесильная. – Киев: Знание, 1979. – 19 с.

47. Пат. 91325. Спосіб виставлення осей чутливості акселерометрів /

Безвесільна О.М., Подчашинський Ю.О., Ткаченко С.С. опубл. 12.07.2010 р. Бюл.

№13.

48. Енергетичні процеси металообробки при виготовленні деталей

надточних приладів / В.І. Скицюк, Г.С. Тимчик, М.М. Клочко, В.Г. Цірук / Збірник

тез доповідей V науково-технічної конференції " Приладобудування: стан і

перспективи ", 25-26 квітня 2006р. - К.: НТУУ "КПІ", 2006. - С. 114.

116

49. Деякі алгоритми корекції параметрів навігаційних систем / В.Г. Цірук,

Л.Б. Хазанович, Г.Є. Янкелевич / VI Міжнародна науково-технічна конференція

"Гіротехнології, навігація керування рухом та конструювання авіаційно-космічної

техніки", 26-27 квітня 2007 р.: Збірка доповідей. Ч1/К.: НТУУ "КПІ", 2007.- С.339-

345.

50. Компенсація похибок датчиків первинної інформації/ Маляров С.П,

Янкелевич Г.Є., Цірук В.Г. / VII міжнарод. наук.-техн. конф. “Гіротехнології,

навігація, керування рухом та конструювання авіаційно-космічної техніки”: Зб.

доповідей.-Київ. - 2009. - С. 36-43.

51. Безвесільна О. М. Виставка вимірювальний осей акселерометрів при

розміщенні їх на рухомій основі / О. М. Безвесільна. // Вісник інженерної академії

України. – 2007. – №1. – С. 135–144.

52. Исаченко В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С.

Сукомел. – Москва: Энергоиздат, 1981. – 416 с.

53. Круковский П. Г. Обратные задачи тепломассопереноса (общий

инженерный подход) / П. Г. Круковский. – Киев: Институт технической

теплофизики НАН Украины, 1988. – 224 с.

54. Краснощенков Е. А. Задачник по теплопередаче / Е. А. Краснощенков,

А. С. Сукомел. – Москва: Энергия, 1980. – 288 с.

55. Звіт по НТР № 2638-ф. Узагальнення та розвиток теорії та

експериментальних основ створення засобів вимірювання з динамічним

настроюванням. 2005р. Безвесільна О.М., Киричук Ю.В., Ткаченко С.С.

56. Безвесільна О. М. Наукові дослідження в галузі вимірювання

механічних величин: підручник / О. М. Безвесільна, Ю. О. Подчашинський,

Г. С. Тимчик. – Житомир: ЖДТУ, 2011. – 876 с.

57. Квасніков В. П. Математична модель побудови об’єктів при

високоточних вимірюваннях геометричних параметрів складною вимірювальною

системою. Збірник наукових праць / В. П. Квасніков. // Військовий інститут

Київського національного університету. – 2008. – №14. – С. 73–78.

58. Оптимальне проектування пружних підвісів інерціальних датчиків

117

систем навігації і управління. / Балабанов І.В. - Збірник доповідей III Міжнародної

науково-технічної конференції «Гіротехнології, навігація, керування рухом і

конструювання рухомих об'єктів», Київ, 2001.С.17-19.

59. Балабанов І. В. Похибки двокільцевого динамічно настроюваного

гіроскопа, зумовлені конструкцією його пружного підвісу / І. В. Балабанов, В. Г.

Цірук. // Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 2008. – №6. – С. 14–120.

60. Балабанов І. В. Вплив особливостей конструкції на міцність

двокільцевого динамічно настроюваного гіроскопа / І. В. Балабанов, В. Г. Цірук. //

Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 2008. – №2. – С. 15–19.

61. Балабанов І. В. Розробка оптимального пружного підвісу

гіротахометра прямого вимірювання. Механіка гіроскопічних систем / І. В.

Балабанов. // НТУУ "КПІ". – 2008. – №19. – С. 5–18.

62. Пат. № 93974 Україна, Підвіс чутливого елемента акселерометра / В.А.

Бондарук, С.П. Маляров, В.Г. Цірук, Г.Є. Янкелевич. – опубл. 25.03.2011.

63. Влияние силы, направленной вдоль оси собственного вращения на

угловую жесткость упругого подвеса ДНГ типа ГВК-16. Актуальные проблемы

авиационных и аэрокосмических систем. Российско- американский журнал. /

Балабанов И.В., Виноградов Г.И. - Казанский государственный технический

университет «КАИ», №9, 2006.

64. Безвесільна О. М. Визначення стійкості вимірювача лінійних

прискорень / О. М. Безвесільна. // Вісник ЖДТУ. – 2007. – №1 (40). – С. 78–82.

65. Никитин Е. А. Гироскопические системы / Е. А. Никитин. – Москва:

Высшая школа, 1988. – 432 с.

66. Веркович Г. А. Справочник конструктора точного приборостроения /

Г. А. Веркович, Е. Н. Головенкин, В. А. Голубков. – Ленинград: Машиностроение,

1989. – 792 с.

67. Квасніков В. П. Синтез алгоритму стабілізації руху складної системи

вимірювання механічних величин / В. П. Квасніков. // Вісник Кременчуцького

державного університету. – 2003. – №1. – С. 89–92.

68. Квасніков В. П. Метод підвищення динамічної точності складної

118

вимірювальної системи / В. П. Квасніков, О. І. Осмоловський. // Вісник НАУ. –

2005. – №4. – С. 18–23.

69. Збруцький О. В. Синтез багатовимірних систем керування з симетрією.

Науково-технічний збірник. Механіка гіроскопічних систем

/ О. В. Збруцький, С. П. Маляров, Т. В. Стеценко. // НТУУ "КПІ". – 2010. – №21. –

С. 13–19.

70. Обеспечение реализации закона управления оптимальной системы

стабилизации / Маляров С.П. / Тези доповідей 4-ї Міжнародної науково-технічної

конференції «Датчики, прилади, системи». Черкаси - Гурзуф., 2008. - С.19-20.

71. Биргер А. И. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник / А. И.

Биргер, Я. Г. Пановко. – Т.1 – Москва: Машиностроение, 1968. – 831 с.

72. Исследование идеализированной конструкции упругого подвеса ДНГ

типа ГВК-16. Гироскопия и навигация . / Балабанов И.В., Виноградов Г.И. -

Науч.техн. сб. С-Петербург, 2006, №3 .

73. Квасніков В.П. Проблеми розробки динамічної моделі комп’ютерної

інформаційної системи / В.П. Квасніков, В.В. Любченко -Сучасні проблеми

розбудови Збройних сил України: наук.-практ. конф., 27.04.2012 р.: тези доповіді –

К., 2012. – С. 77- 78.

74. Одинцов А. А. Теория и расчёт гироскопических приборов / А. А.

Одинцов. – Киев: Головное издательство издательского объединения «Вища

школа», 1985. – 392 с.

75. Polynomial signals detection in background additive-multiplicative non-

Gaussian noise / Y.G. Lega, V.P. Kvasnikov, V.V. Palahin, T.A. Zabochen //

“AVIATION IN THE XXI-st CENTURY” Safety in Aviation and Space Technologies:

The Fifth World Congress, September 25-27, 2012 р.: тези доповіді – К., 2012. – С.

1.9.78 – 1.9.81.

76. User guide STAR-CCM+ (Version 3.02.003.) / CD-adapco, London, 2007.

77. Використання методу зворотного розповсюдження в процесі корекції

параметрів навігаційних систем / О. В. Збруцький, В. Г. Цірук,

Л. Б. Хазанович, Г. Є. Янкелевич. // Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 2007. – №4 (56).

119

– С. 80–89.

78. Писаренко Г. С. Справочник по сопротивлению материалов / Г. С.

Писаренко. – Киев: Наукова думка, 1988. – 736 с.

79. Бронштейн И. Н. Справочник по математике / И. Н. Бронштейн, К. А.

Семедяев. – Москва: Наука, 1981. – 720 с.

80. Пановко Я. Г. Устойчивость и колебания упругих систем / Я. Г.

Пановко, И. И. Губанова. – Москва: Наука, 1987. – 352 с.

81. Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем / А. С. Вольмир.

– Москва: Наука, 1967. – 984 с.

82. Экспериментальное определение характеристик межузловых связей в

упругой системе. Проблеми аналітичної механіки. Зб. праць Ін-ту математики НАН

України. Т.З., / Балабанов И.В. - Київ : Ін-т математики НАН України, 2006 .

83. Василенко Н. В. Теория колебаний / Н. В. Василенко. – Киев: Вища

школа, 1992. – 430 с.

84. Квасніков В. П. Спосіб підвищення вібростійкості інформаційно-

вимірювальної системи механічних величин в умовах дії негаусових завад //

Прогресивні технології та системи машинобудування. Збірник наукових праць

Донецького державного технічного університету. / В. П. Квасніков. // ДонДТУ. –

2003. – №2. – С. 30–32.

85. Квасников В. П. Математическая модель виброопоры для сложной

измерительной машины. Научно-технический журнал. Авиационно-космическая

техника и технология / В. П. Квасников, А. Л. Передерко,

С. В. Уваров. // ХАИ. – 2007. – №8. – С. 176–179.

86. Пат. на корисну модель 52666, Україна, МПК H04L 9/05. Пристрій

регулювання жорсткості пружного елемента / Кулик М.С., Харченко В.П.,

Квасніков В.П., Передерко А.Л., Ільченко В.М. - №200901235; заявл. 24.01.2009,

Опубл. 10.09.2010, Бюл. №17. – 5 с.

87. Безвесільна О. М. Дослідження вібростійкості системи керування по

тангажу / О. М. Безвесільна, Ю. В. Киричук. // Вісник Хмельницького

національного університету. – 2009. – №3. – С. 40–43.

120

88. Безвесільна О. М. Визначення систематичних похибок

гіромаятникового акселерометра під впливом випадкових поступальних та кутових

вібрацій / О. М. Безвесільна. // Вісник ЖДТУ. – 2006. – №4 (39). – С. 84–87.

89. Ларин В. Ю. Информационная оценка качества измерений и

моделирование процессов [монография]: часть третья / В. Ю. Ларин,

Е. Ю. Купцова, В. П. Квасников. – Донецк: Ноулидж, 2011. – 527 с.

90. Безвесільна О. М. Ідентифікація параметрів руху чутливого елемента у

вимірювачі лінійних прискорень / О. М. Безвесільна,

Ю. О. Подчашинський. // Вісник НТУ "ХПІ". – 2010. – №12. – С. 37–44.

91. Особливості та результат моделювання стабілізатора наземного

рухомого об’єкта / О. А. Сущенко, С. П. Маляров, Р. А. Сайфетдінов,

Г. Є. Янкелевич. // Вісник НАУ. – 2007. – №3-4. – С. 9–15.

92. Вибір періоду дискретизації в цифрових системах / В.Г. Цірук, О.В.

Збруцький, С.П. Маляров, Г.Є. Янкелевич / V Міжнародна науково-технічна

конференція "Гіротехнології, навігація керування рухом та конструювання

авіаційно-космічної техніки", 21-22 квітня 2011 р.: Збірка доповідей. Ч2/К.: НТУУ

"КПІ", 2011.- С.180-185.

93. Ермолин Н. П. Надежность электрических машин / Н. П. Ермолин, И.

П. Жерихин. – Ленинград: Энергия, 1976. – 248 с.

94. Единый справочник по надёжности ЭРИ – Москва: Электростандарт,

1990. – 568 с.

95. Ларин В. Ю. Разработка математической модели преобразователя,

включенного в генераторные схемы. Науково-технічний журнал "Радіоелектронні

і комп`ютерні системи" / В. Ю. Ларин, В. П. Квасников. // ХАІ. – 2009. – №1. – С.

63–66.

96. Оценка показателей ИМС по результатам форсированных испытаний.

// Электронные компоненты и системы. – 1996.

97. Обеспечение устойчивости электронных компонентов к

радиоактивному излучению. // Электронные компоненты и системы. – 1996.

98. Чиковани В. В. Методика и расчет среднего времени наработки на

121

отказ по результатам испытаний кориолисового вибрационного гироскопа.

Військово–технічний збірник / В. В. Чиковани, С. П. Маляров. // Академія

сухопутних військ ім. П. Сагайдачного. – 2011. – №2 (5). – С. 119–124.

99. Техническое описание, инструкция по эксплуатации, установке,

транспортировки и хранению стенда вибрационного электродинамического ВЭДС-

10А.

100. Техническое описание, инструкция по эксплуатации, установке,

транспортировки и хранению на установку типа КПА-АДП.

101. Безвесільна О. М. Імітаційне моделювання поворотним столом

складної вимірювальної системи механічних величин / О. М. Безвесільна, В. П.

Квасніков. // Вісник ЖДТУ. – 2003. – №1. – С. 41–44.

102. Квасніков В. П. Система стабілізації з моделлю – еталоном.

Міжнародний науково-технічний журнал "Вимірювальна та обчислювальна

техніка в технологічних процесах" / В. П. Квасніков. // Хмельницький

національний університет. – 2000. – №2. – С. 25–28.

103. Засоби моделювання стабілізатора наземного рухомого об’єкта із

неперервним та дисіфетним регуляторами. Автошляховик України.

/ О. А. Сущенко, Г. Є. Янкелевич, С. П. Маляров, Р. А. Сайфетдінов. // Вісник

наукового центру транспортної академії України. – 2008. – №11. – С. 84–87.

104. Алгоритм синтезу систем стабілізації наземного призначення.

Автошляховик України. / О. А.Сущенко, С. П. Маляров, Р. А. Сайфетдінов, Г. Є.

Янкелевич. // Вісник наукового центру транспортної академії України. – 2009. –

№12. – С. 116–122.

105. Researches of kinematic accuracy of the kinematic chain taking into account

the planetary screw roller mechanism / K.Y. Ohrimenko, K. Eichhorn (K.K. Ohrimenko),

V.P. Kvasnikov // «AVIATION IN THE XXI-st CENTURY» Safety in Aviation and

Space Technologies: The Fifth World Congress, September 25-27, 2012 р.: тези доповіді

– К., 2012. – С. 1.9.1- 1.9.4.

122

ДОДАТКИ

Додаток А

Загальний вигляд приводу

Загальний вигляд редуктору Загальний вигляд тормозу

123

Додаток Б

124

Додаток В

125