СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ЧАСТОТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА Российский патент 2016 года по МПК G01P15/00 

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения.

Известен способ пневматического частотного преобразования ускорения движения тела в скорость и устройство для его осуществления, по которому ускорение инерционной массы преобразуют в давление и усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, которую суммируют с входным давлением, а выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство (RU 2421734, C1, 20.06.2011). Указанный способ принят на прототип.

Недостатком известного способа является то, что по нему в исходной части цепи, измеряющей ускорение, обратная связь охватывает только сумматор и усилитель, что не позволяет держать под контролем и частотную часть цепи измерения, а также преобразование давления в частоту с помощью струйного генератора, который имеет нелинейную (квадратичную) зависимость, и система требует дальнейшей линеаризации.

Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения.

Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство. По обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы.

На фиг. 1 представлена общая схема измерения ускорения. На фиг. 2 показана диаграмма обработки измерения.

На общей схеме измерения ускорения показано: 1 - преобразователь ускорения инерционной массы в пневматическое давление, подаваемое в систему измерения как входной сигнал; 2 - сумматор входного сигнала и сигнала отрицательной обратной связи; 3 - пневматический интегратор; 4 - преобразователь давления в частоту пневматических импульсов, например струйный генератор как нелинейное звено; 5 - выходное счетное устройство; 6 - пневматический преобразователь, формирующий импульсы постоянной длительности и постоянной амплитуды; 7 - линейный дроссель ЛД, 8 - пневмоемкость V; 9 - усилитель давления.

На фиг. 2 показана диаграмма последовательной работы замкнутой схемы измерения с участием интегрирующего звена в графическом варианте в четырех координатах для исследования влияния сигнала обратной связи при линеаризации нелинейного элемента. Диаграмма имеет четыре квадранта: квадрант сумматора, в котором расположена зависимость Ρ_Σ=Р_вх-Р_ос; квадрант интегратора с функцией ; квадрант нелинейного звена с функцией, в данном случае Ρ_вых=Р_и ^0,5; квадрант выходного сигнала Р_вых как функция входного сигнала Р_вх (g) в систему измерения.

Предложенный способ работает следующим образом (фиг. 1).

При возникновении ускорения g на выходе преобразователя 1 появляется соответствующее ему давление, которое поступает на плюсовой вход сумматора 2 системы. На минусовой вход сумматора поступает сигнал отрицательной обратной связи Р_ос с выхода системы. Из сумматора сигнал Ρ_Σ=Р_вх-Р_ос следует через интегратор 3 (выходное давление Р_и) и преобразователь 4 давления Р_и в частотный сигнал f на выходное счетное устройство 5 системы и одновременно на цепочку обратной связи, состоящей из элементов 6, 7, 8, 9. В цепочке обратной связи частотный сигнал f перерабатывается в аналоговое давление Р_ос с помощью перечисленных звеньев. В преобразователе 6 частотный сигнал преобразовывается в частотно-импульсный сигнал, импульсы которого имеют постоянную длительность и амплитуду. В пневмоемкости 8 величиной V и линейном дросселе ЛД вырабатывается аналоговая величина давления Р_а, которая после усилителя 9 в виде сигнала обратной связи Р_ос далее подается на отрицательный вход сумматора 2.

При этом на выходе интегратора 3 вырабатывается сигнал (в силу замкнутости системы), по форме адекватно отображающий характеристику нелинейного звена 4, который линеаризует общую характеристику системы.

На фиг. 2 представлена диаграмма, поясняющая работу системы с интегратором перед нелинейным звеном, на которой показано: кривая А - характеристика нелинейного звена системы, кривая Б - выходная характеристика интегратора, линия В - выходная характеристика системы, линейно-пропорциональная входному сигналу системы.

Наклонные линии И₁, И₂, И₃ … - это пути, по которым накапливается в интеграторе его выходной сигнал при различных уровнях сигнала на его входе, а пунктирная линия между точками с₁, с₂, с₃ … - это изменение выходного сигнала интегратора, имеющее нелинейный характер, адекватно отражающий функцию нелинейного звена.

В систему подается входной сигнал, например Ρ_вх1 (по оси Р_вх, фиг. 2), он попадает на плюсовой вход сумматора 2 по фиг. 1 и на ось нулей сумматора по фиг. 2, и в интеграторе 2 начнется накопление входного сигнала P_Σ по наклонной линии 1 и изменение величины выходного сигнала Р_вых1 системы, которое воздействует через нелинейный элемент 4 и по обратной связи (элементы 6, 7, 8) через усилитель 9 на отрицательный вход сумматора величиной «-Р_ос1». Это изменение сигналов (фиг. 2) продолжается до тех пор, пока через определенное время t₁ (ось t) на отрицательном входе сумматора сигнал - Р_ос1 не достигнет величины, равной Ρ_вх1 (на оси нулей сумматора). В результате их разность обратится в ноль (Р_вх1-Р_ос1=0) и интегратор прекратит накопление своего выходного сигнала по наклонной линии 1 в точке с₁. При этом фиксируется в точке с₁ выходной сигнал Р_и1 интегратора пропорционально времени интегрирования t₁.

Двойная линия, разделяющая квадранты интегратора и сумматора (фиг. 2), совмещает две оси (левая ось - ось времени, правая ось - ось значений выходных величин интегратора), поскольку значения выходных величин интегратора Р_и1, Р_и2, Р_и3 пропорциональны времени интегрирования t.

Для различных значений входного сигнала Ρ_рх1, Р_вх2, Р_вх3 … интегратор таким образом вырабатывает свои выходные сигналы Ρ_1и, Р_2и, Р_3и … (точки с₁, с₂, с₃ …), создавая свою выходную характеристику Б, соответствующую характеристике нелинейного звена А. Из нелинейного звена сигнал из точки е₁ поступает на выход системы, проецируясь на ось Ρ_вых (точка h₁) и на обратную связь, проецируясь далее через точки е₁ и с₁ к точке Р₁ (на ось нулей сумматора).

Таким образом, каждому значению входной величины Р_вх соответствует пропорциональное значение выходной величины Р_вых, в совокупности образующие линейную выходную характеристику системы (линия В).

В итоге, предложенный способ пневматического измерения ускорения движения тела обеспечивает более высокую достоверность и эффективность измерения, за счет включения в прямую цепь интегратора 3, линеаризующего выходную характеристику системы, и включения в цепь обратной связи частотной части измерения пневматическим преобразователем 6.

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения. Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения. Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство, отличающийся тем, что по обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы. 2 ил.

Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство, отличающийся тем, что по обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы.