Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время в космической отрасли России уделяется большое внимание разработке спутников дистанционного зондирования Земли и космических телескопов, таких как «Спектр-УФ», требующих высокой точности измерения вектора угловой скорости для управления ориентацией и угловым движением космического аппарата (КА) на большом измерительном диапазоне с малым дискретом информации. В связи с этим большую актуальность приобретает задача создания и совершенствования высокопрецизионных гироскопических
бёСПЛаТфОрмёННЫХ йНсрцйоЛЬНЫХ иЛОКОБ ТИПа ГИрОСКОПйЧССКИИ ИЗдїЕрИТЄЛЬ вектора
угловой скорости (ГИВУС).
На современном этапе развития приборы типа ГИВУС на базе поплавковых гироскопов с газодинамической опорой ротора и магнитным центрированием поплавка являются уникальными по точностным и потенциальным ресурсным характеристикам и по-прежнему активно используются при создании систем управления космических аппаратов различных назначений. Однако, применяемые в настоящее время в КА приборы этого типа содержат ряд особенностей конструкционного и схемотехнического характера, которые делают невозможным их применение в будущем без ряда существенных изменений.
Традиционно прецизионные ГИВУС на поплавковых гироскопах по структуре измерительного канала (ИК) строятся на базе одноконтурной системы обратной связи. Это накладывает ряд ограничений на возможность увеличения диапазона измеряемой угловой скорости без увеличения цены информационного импульса (масштабного коэффициента Ж). До недавнего времени от этих приборов не требовалось обеспечивать измерение угловой скорости с достаточно малым дискретом на большом диапазоне измерения.
Для решения этой задачи при построении нового прибора необходимо использовать двухконтурную систему обратной связи, работающую по принципу двухотсчетной измерительной системы. Этот принцип до настоящего времени не нашел в России широкого распространения при разработке ГИВУС высокого класса точности.
Целью диссертационного исследования является разработка ГИВУС с двухконтурной системой обратной связи на базе поплавковых интегрирующих
гироскопов, предназначенного для повышения точности определения вектора угловой скорости с расширением диапазона его измерения при использовании в системах управления спутников связи, космических телескопов, спутников дистанционного зондирования Земли и космических станций.
Задачи исследования. В диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:
- разработана двухотсчетная измерительная система с расширенным
диапазоном измерения угловой скорости и малой ценой дискрета информации на базе
TTnTTTnjDvnn/\rv4 гттлпvrmwup^vnrr* ттятитля Х7ГТТЛВЛЙ ПГЛПЛРТШ
разработаны алгоритмы управления двухконтурной системой обратной связи на всем диапазоне угловых скоростей, обеспечивающие устойчивость ее работы;
проведены теоретические исследования и экспериментальная отработка измерительной системы при воздействии на нее постоянных угловых скоростей;
- дана оценка погрешностей, возникающих в результате взаимодействия двух
контуров двухотсчетной измерительной системы при воздействии на нее постоянных
угловых ускорений.
Объектом исследования является ГИВУС, разработанный с применением двухотсчетной измерительной системы.
Предметом исследования является двухконтурная система обратной связи ГИВУС, работающая по принципу двухотсчетной измерительной системы.
Научная новизна проведенной работы заключается в:
- разработке математической модели измерительного канала ГИВУС с
двухотсчетной измерительной системой, позволяющей проводить анализ
динамических характеристик и осуществлять выбор параметров прибора, исходя из
требований по точности;
разработке методики экспериментального исследования динамических свойств на примере макета разрабатываемого прибора с двухотсчетной измерительной системой;
расширении точностных возможностей модели погрешностей прибора с целью увеличения точности определения вектора угловой скорости КА.
Практическая значимость проведенной работы состоит в том, что с использованием ее результатов:
- разработанная математическая модель ИК ГИВУС позволяет имитировать основные процессы, происходящие в нем, и проводить исследования свойств ИК при изменении характеристик электронных устройств, входящих в его состав, а также снизить трудоемкость и сократить длительность проведения испытаний ГИВУС;
математическая модель ИК ГИВУС, используемая в бортовом комплексе управления спутником, позволяет вести исследование динамики углового движения КА и снизить накапливающуюся погрешность по углу поворота спутника;
разработанный ГИВУС КИНД34-064 с повышенными точностными и эксплуатационными характеристиками позволяет при работе на спутниках дистанционного зондирования Земли не только с высокой точностью стабилизировать спутник при съемке наземных объектов, но и обеспечивать точную стабилизацию КА при съемке в режиме сканирования на скорости до 2 7с, с дискретом выходной информации до 0,004 " и точностью стабилизации угловой скорости КА лучше 10"4 %.
Достоверность и обоснованность основных научных результатов подтверждается хорошей сходимостью результатов, полученных путем математического моделирования, с результатами, подтвержденными экспериментально на макете измерительного канала (МИК) ГИВУС, использованием отработанных методов исследования и испытания ГИВУС.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались с привлечением:
- положений классической теории систем автоматического управления;
- методов математического моделирования систем автоматического
управления;
- стандартных методик исследования приборов и систем ориентации,
стабилизации и навигации;
основ теории измерения в технике;
основ теории погрешностей.
Реализация и внедрение результатов. Материалы диссертационного исследования были использованы в составных частях ОКР «Разработка
гироскопического измерителя вектора угловой скорости для бортового комплекса управления КА «Спектр-УФ»» и «Разработка гироскопического измерителя вектора угловой скорости для ЗИП МКС» в филиале ФГУП «ЦЭНКИ» «НИИ ПМ им. академика В.И. Кузнецова», целью которых является разработка прецизионных ГИВУС для отечественных КА.
Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования были доложены на следующих конференциях:
XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам (ТНТТРФ ТТНИИ «ЯпмгтпппггаКпгт Санкт-Петербург, 2009 г);
Ежегодная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, студентов и аспирантов (МГУ леса, Мытищи, 2009, 2010, 2011 гт);
Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космической техники и её роль в устойчивом социально-экономическом развитии общества» (ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ - Прогресс»», Самара, 2009 г).
VII, VIII и IX научно-практические конференции молодых специалистов и студентов памяти Главного конструктора академика В.И. Кузнецова (ФГУП «ЦЭНКИ» «НИИ ПМ им. академика В.И.Кузнецова», Москва, 2009, 2010,2011 гг);
Молодежной конференции «Новые материалы и технологии в ракетно-космической технике» (ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», 2011 г).
Публикации. По теме диссертации имеется 5 публикаций, включая 2 статьи в журналах, входящих в перечень утвержденных ВАК изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней. Список опубликованных работ приведен на последних страницах автореферата.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов, и заключения. Список литературы включает 51 отечественный и 2 зарубежных источника. Содержит 13 таблиц и 72 рисунка. Объем диссертации 151 страница, приложение представлено на 7 страницах.
