Устройство управления трехстепенным карданным подвесом

) (55 6 05 В 11/О ТНО- рч"БЛАГО)ЕКя НИЕ РЕТЕН ИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОРСКО ческие ура кого стенд Имитаторы с. 34-39, р о ехтегра 1 ААА Раре нформаци ика". 1968 внения а поли треис. 1.ч 1 зца г 1967, я "Аст 1 Ф 13,ия физическим т льзуются синусы поворота рамок к орые определяю яющим косинуса тела в отсчетной, системе координ вида лом в косиарданся по а 1,1,) наприпоСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР(56) Бимбас В.А, Кинематидвижения рам динамичесуперевернутой схемы. Сб.нажеры, вып, 1, ч. 1, 1973,Мс РЬа 11, С,О. Аро 11зп)ц 1 абоп б 1 зрау зцзтеп)зМ 2, 53, 1-22. Экспресс-иронавтика и ракетодинамрис,5. Изобретение относится к области управления положением физических тел в пространстве и может быть использовано в гироскопических устройствах, авиационных пилотажных приборах. планетариях, звездных глобусах, моделях звездной сферы, наглядных учебных пособиях и т,п.Цель изобретения - повышение точно- . сти управления .На фиг. 1 представлена общая блок-схема устройства управления; на фиг. 2, 3 - схемы блоков устройства; на фиг. 4 - временные диаграммы (эпюры) работы устройства; на фиг. 5 - графики процессов управления; на фиг, 6 - точностные диаграммы устройства.Устройство содержит блок 1 задания синусов и косинусов углов поворота рамок подвеса, первый 2, второй 3 и третий 4 коммутаторы, первый 5, второй 6 и третий 7 блоки преобразования в механический поворот, внешнюю 8, среднюю 9 и внутрен(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХ- СТЕПЕННЫМ КАРДАННЫМ ПОДВЕСОМ (57) Изобретение относится к управлению положением физических тел в пространстве и.может быть использовано в гироскопических устройствах, авиационных пилотажных приборах. планетариях, звездных глобусах, моделях звездной сферы, наглядных учебных пособиях и т,п. Цель изобретения - повышение точности управления. Цель достигается за счет того, что в устройство дополнительно введены блок управления знаками, задатчик постоянного сигнала и три коммутатора с соответствующими связями. 2 з,п,ф-лы, 6 ил, 6 табл. анного подвеса 11, пертретий 14 датчики синуса оворота рамки, блок 15 и и эадатчик 16 ностоян((Л нюю 10 рамки кард вый 12, второй 13 и и косинуса угла. и управления знакам ного сигнала,Коммутатор 2 17 и второй 18 ин мент 19. Блок 15 управл блок 20 формирова ния, компаратор 21 вания, диодный эл Устройство по следующим образо Для управлен пространстве испо нусы углов а,3,у ного подвеса, кот известным направл= 1, 2, 3, положения мер инерциальной мощью уравнений3, 4) содержит первый ерторы, релейный элеения знаками содержит ния абсолютного значе, блок 22 дифференцироемент 23 и триггер 24. сле включения работает м, 1 15814з 1 п/3 = ае; (1) соз 3 =- 1 - а 1 (2) з 1 п а -ад/соз ф (3) соз а = а/соз /3; (4) з 1 п у = -аз 2/соз ф (5) соз у= д 22/соз ф (6) Данные уравнения решаются в блоке задания синусов и косинусов углов поворога рамок подвеса.Управление положением каждой рамки подвеса осуществляется в соответствии с законом управления, например, по каналу внешней рамкиЛ = яп а соя а, - соз а з 1 п а (7) где Л - сигнал рассогласования (управляющий сигнал);з 1 п а, соза - заданные синус и косинус угла поворота рамки;з 1 п а, соз а- измеренные синус и косинус угла поворота рамки.Поворот рамок подвеса производится до достижения нулевого значения рассогласования Л, т.е, до совпадения заданных и измеренных функциональных сигналов, например з 1 па. з 1 па,соза-+соза, в результате обеспечивается положение каждой рамки подвеса, однозначно соответствующего заданному, в неограниченном диапазоне углов поворота.Закон управления (7) реализуется в блоке 5 (б, 7) преобразования в механический поворот рамки 8 (9, 10), на которой установлен датчик 12 (13, 14) синуса и косинуса угла поворота рамки, выходные сигналы з 1 п ав соз ав которого в виде обратной связи поступают в блок 5 (6, 7).Как видно из уравнений (3) - (б), может возникать особенность типа деления на нуль при достижении функции соз/3 малых значений 1 созД 1д, (8) т.е. при подходе угла поворота средней рамки к значению1 Д 1 =90требуются бесконечно большие скорости поворота внешней и внутренней рамок,Суть этого известного явления "складывания рамок подвеса" заключается в том, что знак функции созе в уравнении 2 принят всегда постоянным (например, положительным), при прохождении особой области происходит поворот средней рамки на угол Рдо точки 90" (или 90) и затем возвращение ее в обратном направлении (1(31-+ О) с одновременным весьма быстрым поворотом внешней и, внутренней рамок (угла а и у) на угол 180. Прл реальных ограниченных скоростях поворот рамок реального подвеса имеют глг. ". о весьма 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 существенные погрешности управления движением физического тела в виде отклонений движения подвешенного тела от заданного, расчетного.Матричное уравнение связи направляющих косинусов а 1 и углов а, /3, у справедливо при двух равноправных комбинациях А и В знаков тригонометрических функций, указанных в табл, 1, Следовательно, без ущерба для правильности математического описания движения рассматриваемой системы подвеса и тела можно допустить изменение знака функции соз/3, тем самым бесконечно расширить пределы изменения угла 3(сверх традиционных пределов +. 90) и не требовать резкого изменения углов а и у на 180 в особой области, обеспечив регуляризацию движения рамок подвеса и устранение разрыва управляющих функций, При этом система управления как бы переходит из одной области однозначности (лист А) в другую область однозначности (лист В), обеспечивается многолистное управление, Одновременное изменение знаков пяти тригонометрических функций в соответствии с табл. 1. в какой бы момент оно не происходило, не влияет на движение подвешенного тела, Использование этого дополнительно выявленного качества системы позволяет получить определенный выигрыш, например, в точности управления, избавившись от резких поворотов внешней и внутренней рамок,При вхождении системы в особую область (8), т.е, всякий раз при пересечении извне вовнутрь границы особой области, производится одновременное изменение на противоположные знаков заданных синусов и косинусов углов поворота внешней и внутренней рамок подвеса и косинуса угла поворота средней рамки, т.е, знаков пяти функций:з 1 п а, соза, созр, з 1 пу, созу.Данное изменение знаков на противоположные подразумевает, что возвращение к "старым" знакам осуществляется при следующем очередном вхождении в область (8).В результате изменения знака переменной соз Р, которая в этот момент имеет достаточно малое значение, средняя рамка подвеса плавно переходит в область положений 1/3190 О, Внешняя и внутренняя рамки продолжают двигаться также плавно. Больше изменений знаков не требуется до следующего приближения к особой области, Переключение знаков функций осуществляется с помощью коммутаторов 2 - 4 по команде, поступающей из блока 15 управления знаками, реализующего неравенство(8), Величина д области изменения знаковвыбирается исходя из минимума максимальной погрешности управления и задается задатчиком 16.Логика переключения знаков иллюстрируется временными диаграммами (фиг, 4)траектории прохождения наблюдаемойточки тела через особую область. при этом Опобозначает выходной сигнал п 1-го блока, Нафиг. 4 а представлен график изменения иэмеренного сигнала соз Рп с датчика 13, поступающего на вход блока 15 и затем блока20, на выходе которого формируется абсолютное значение Соз Р, 1("выпрямленныйсигнал) (фиг, 4 б). На выходе компаратора 1521 формируются прямоугольные сигналы,соответствующие условию (4) (фиг. 4 в). Навыходе блока 22 дифференцирования формируются импульсы переднего и заднегофронтов сигнала нахождения в особой области, т.е. сигналы входа и выхода из особойобласти (фиг. 4 г). С помощью диодного элемента 23 выделяются импульсы вхожденияв особую область извне внутрь (фиг. 4 д).Триггер 24 суммирует (считает) входные импульсы по модулю два и переключает своисостояния из 0 в 1 и обратно (фиг. 4 е), врезультате в момент т 2 формируется так называемый "старый" знак, который был наинтервале тол. Выходной сигнал с тригге- ЗОра 24 (и блока 15 управления знаками) по- .ступает на управляющий вход коммутатора3 и далее на обмотку управления релейногоэлемента 19, который своими перекиднымиконтактами коммутирует прямой и инвертированный сигналы тригонометрическихфункций. На выходе коммутатора 3 формируется коммутированный сигнал соз Д, приэтом в моменты т 1, т 2 образуются небольшие скачки, зависящие от величины зоны 40д и определяющие погрешность предложенного устройства управления.Точность управления подвесом оценивается погрешностью Л равной расстоянию между заданной (ЗТ) и фактической 45(ФТ) траекториями движения наблюдаемойхарактерной точки подвешенного телаЛ т = 11 ЗТ, ФТ 11,Величина погрешности Лт управлениязависит от соотношения угловой скорости50в вращения подвешенного тела и максимально возможнбй скорости вмакс поворотарамок, а также от углового расстоянияЛР положения системы до особой точкиЛф = 90 - 1 р 1,На фиг, 5 приведены траектории движе/ния характерной точки подвешенного телапри конкретных значениях в = 2/с, вмакс О/с: ТО, Т 1, Т 2, ТЗ, Т 5 - траектории,полученные в предложенном устройстве управления, соответствующие параметралтЛр = О, 1 О, 2 О, Зо, 5 О; ТО, Т 1, Т 2,т 3, Т 5 траектории, полученные в устройстве безпереключения знаков функций и при тех жеЛР, т,е. траектории ТЗ и Т 5 совпадают дляобоих случаев, а для критических параметров погрешности в предложенном устройстве лтеньше,В табл, 2 и 3 приведены значения погрешностей для подвесов, имеющих максимально возможную скорость поворотарамок Омакс =5 /с и й)макс = 15 /с, при условиях движения й) = 2 О/с, Лф = айаг, без переключения знаков функций. ПогрешностиЛ т управления оказываются наибольшимипри прохождении строго через особую точку( Л/7 = 0) и составляют соответственно 35.3и 12,1.Значения погрешностей предложенного устройства управления при идентичныхусловиях движения приведены в табл. 4 и 5,оказываются наибольшими при прохождении вблизи границы области изменениязнаков и составляют соответственно 13,4 и3,8 при оптимальных значениях величинызоны, равных соответственно 7 О и ЗоДиаграмма зависимости погрешности Лтот углового расстояния Л 3 приведена нафиг, ба, где 1 - кривая зависимости Лт (Лр)без переключения знаков;- кривые зависимости Лт (ЛР 1 для предложенного устройства внутри области изменения знаков,для различных д; Лп - максимальная погрешность, соответствующая устройству безпереключения знаков функций; Л - погрешность, соответствующая недостаточной веюличине области (д ); Л - погрешность,соответствующая чрезмерно большой величине области (д ); Лопт - погрешность,соответствующая оптимальной величинеобласти (допт )Погрешность Лопт - наименьшая длявсех вариантов управления; Лот Л ,/ЛОптЛ, ЛОптЛп.Рекомендуемые, оптимальные величины д области изменения знаков (областинулевых значений созР) в зависимости отмаксимальной скорости вмакс поворота рамок подвеса приведены в табл, 6 и в видеграфика на фиг. 6 б, Величину д погрешностиуправления рекомендуется задавать обратно пропорционально максимальной скороСтИ Макаке .Формула изобретения1, Устройство управления трехстепенным карданным подвесом, содержащееТаблица 1 па +с 1 и С -с с ова Та акс - 5в =- 2/с 5 о1,Д 16,1 блиц=2/с Омакс =-15 Г блок задания синусов и косинусов углов поворота рамок подвеса, первый, второй и третий блоки преобразования в механический поворот, первый, второй и третий датчики синуса и косинуса угла поворота рамки, причем выходы первого, второго и третьего блоков преобразования в механический поворот связаны механически соответственно с внешней, средней и внутренней рамками, карданного подвеса, которые механически связаны соответственно с первым, вторым и третьим датчиками синуса и косинуса угла поворота рамки, первый и второй выходы каждого из которых соединены с первым и вторым информационными входами соответствующего блока преобразования в механический поворот, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения точности управления, в него дополнительно введены блок управления знаками, задатчик постоянного сигнала, первый, второй и третий коммутаторы, причем первый и второй выходы блока задания синусов и косинусов углов поворота рамок соединены с первым и вторым информационными входами первого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым информационными входами первого блока преобразования в механический поворот, третий и четвертый выходы блока задания синусов и косинусов углов поворота рамок соединены с первым и вторым информационными входами второго коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым информационными входами второго блока преобразования в механический поворот, пятый и шестой выходы блока задания синусов и косинусов уггов поворота рамок соединены с первым и вторым информационными входами третьего коммутатора, первый и второй выходы которого соединены стретьим и четвертым информационными5 входами третьего блока преобразования вмеханический поворот, второй выход второго датчика синуса и косинуса угла поворотарамки соединен с первым входом блока управления знаками, второй вход которого со 1 Г единен с выходом задатчика постоянногосигнала, а выход- с управляющими входамипервого, второго и третьего коммутаторов,2,Устройство по п.1, отл и чаю щеес я тем, что блок управления знаками содер 15 жит последовательно соединенные блокформирования абсолютного значения, компаратор, блок дифференцирования, диодный злемент и триггер, выход которогоявляется выходом блока управления знака 20 ми, первый вход которого является входомблока формирования абсолютного значения, а второй вход - вторым входом компаратора,3, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е 25 с я тем, что коммутатор содержит первый ивторой инверторы, релейный элемент, первый и второй перекидные контакты которогосоединены соответственно с входом и выходом первого инвертора, а третий и четвер 30 тый перекидные контакты - с входом ивыходом второго инвертора, причем первыйи третий перекидные контакты релейногоэлемента подключены к первому и второмуинформационным входам коммутатора, об 35 мотка управления релейного элемента - куправляющему входу коммутатора, а первый и второй выходы - к первому и второмувыходам коммутатора.% Фиг. 6 Н,Король ррек дакто нк каз 3001 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составител Техред М.М