Садовникова Олександра Володимирівна. Теоретичне обґрунтування, методи та пристрої перетворення з цифровою корекцією параметрів нахилів для систем керування орієнтацією об'єктів

Краткое описание

Садовникова Олександра Володимирівна. Теоретичне обґрунтування, методи та пристрої перетворення з цифровою корекцією параметрів нахилів для систем керування орієнтацією об'єктів. : Дис... канд. наук: 05.13.05 - 2006.

Садовникова О. В. Теоретичне обґрунтування, методи та пристрої перетворення з цифровою корекцією параметрів нахилів для систем керування орієнтацією об'єктів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Одеський національний політехнічний університет. Одеса, 2006.
Дисертація присвячена розробці теоретичного обґрунтування, методів та пристроїв перетворення параметрів нахилів для систем керування орієнтацією об'єктів і підвищенню точності вимірів за допомогою створення уточнених аналітичних описів і корекції похибок первинних перетворювачів методами попередньої математичної обробки вихідної вимірювальної інформації. Запропоновано узагальнені аналітичні описи високоточних ПН на основі акселерометрів та вібростійких ПН на основі маятників та з рідинним чутливим елементом. Розроблено методи визначення виробничого розкиду електричних параметрів, просторових перекосів та коефіцієнтів температурного дрейфу акселерометрів по натурних експериментальних дослідженнях. Методом планування експерименту визначено ступінь впливу факторів температури навколишнього середовища та нестабільності напруги живлення на значення початкового сигналу акселерометра.
Надійність і необхідна точність визначення просторового положення об'єктів контролю підтверджена дослідженням ПН при проведенні вимірів на реальних об'єктах.

У підсумку проведених досліджень отримані наступні результати.

Аналіз відомих робіт і публікацій в області розробки методів та пристроїв перетворення кутових параметрів і поліпшення їхніх технічних характеристик показує, що основна увага приділена схемним, технологічним і конструкторським рішенням, у той час як створення ефективних методів цифрової корекції похибок освітлено недостатньо.
Отримано аналітичний опис перетворення, реалізованого ПН на основі акселерометрів, що дозволяє визначати кути відхилення щодо вертикалі в двох площинах. При цьому враховані електричні параметри і перекоси вісей чутливості акселерометрів, що входять до складу ПН. Вперше отримано вираз для визначення кутів відхилення щодо вертикалі в процесі вимірів, у випадку відмови одного з акселерометрів.
Вперше отримано аналітичний опис нового вібростійкого датчика зенітного кута з рідинним чутливим елементом у формі просторової кривої. Встановлено, що вихідна напруга такого датчика залежить тільки від координат кінців чутливого елемента. При цьому збільшення відстані між виводами чутливого елемента приводить до підвищення точності пристрою.
З використанням методів кватерніонної алгебри отримані функціональні залежності вихідної напруги пристрою на основі одностепеневих маятників від кінематичних параметрів. Вперше враховані перекоси осей обертання маятників щодо осей системи координат, пов'язаної з корпусом пристрою. Отримані рівняння дозволяють знайти функціональні залежності між просторовими кутами нахилу щодо вертикалі і повороту щодо магнітного меридіана в діапазоні зміни вимірюваних кутів орієнтації 0, 02.
Отримав подальшого розвитку метод цифрової корекції виробничого розкиду електричних параметрів і перекосів осей чутливості акселерометрів, а також запропоновано спрощені методи визначення електричних параметрів і перекосів акселерометрів, розраховані на уточнення характеристик перетворювачів нахилу в польових умовах при відсутності високоточного устаткування. Використання запропонованого методу при вимірах дозволяє у 10 разів знизити похибку визначення кутів відхилення від вертикалі.
Досліджено методи компенсації температурного дрейфу акселерометрів і встановлено, що перспективним напрямком є зниження температурних похибок первинних перетворювачів методом цифрової корекції результатів вимірів. Запропоновано метод визначення коефіцієнтів полінома, що описує температурний дрейф датчиків. Вперше для температурного дрейфу акселерометрів, описуваного поліномами другого порядку, знайдена коригувальна матриця, врахування якої у формулах обчислення кутових параметрів, дозволяє в 3.. 5 разів знизити похибку виміру кута нахилу в діапазоні зміни температур -40С + 60С.
Вперше розроблені математичні моделі, що реалізують запропоновані методи. При дослідженні процесів перетворення кутових параметрів на моделях встановлено, що гранична абсолютна похибка вимірювання зенітного кута з використанням запропонованих методів не перевищує 0.2, гранична абсолютна похибка вимірювання візирного кута - 2.
Вперше запропоновані вібростійкі конструкції датчика зенітного кута, магнітометричного датчика кута нахилу для визначення кутового положення об’єктів контролю. Вперше запропонована вібро- та ударостійка конструкція пристрою орієнтації, що складається з двох ідентичних поплавкових маятників з одним ступенем волі, вісі обертання яких є ортогональними. Для виміру відхилення пристрою щодо вертикалі передбачене створення магнітного поля за допомогою кілець Гельмгольца, установлених на корпусі пристрою.
Проведено експериментальні дослідження перетворювачів нахилу на основі акселерометрів, які підтверджують теоретичні результати та адекватність розроблених математичних моделей.