Тренажер для изучения свойств гироскопа Советский патент 1984 года по МПК G09B9/00 

1 Изобретение относится, к тренаже рам для обучения операторов систем управления. Известен тренажер для -обучения операторов работе с физическим объектом, содержащий блок ввода уче ной информации логический блок и блок отображенияпараметров изучае мого объекта Ц Недостатком известного устройств является невысокое качество обучени работе с гироскопом. Цель изобретения - повышение каijecTBa обучения работе с гироскопом. Поставленная цель достигается те что тренажер для изучения свойств гироскопа, содержащий блок ввода учебной информации, логический блок и блок отображения параметров изу чаемого объекта, имеет блой имитации дв1Шения оси ротора -гироскопа, логический блок содержит узлы логического сложения и логического совпадения, а блок ввода учебной информации имеет узел задатчиков внешних воздействий гироскопа, узел задатчиков угловых скоростей прецес сии гироскопа, узел задатчиков гироскопических моментов и узел индикации функционирования задатчиков, при этом выходы узлов задатчиков. внешних воздействий гироскопу, уг-; ловьк скоростей Прецессии гироскопа и гироскопических моментов соединены ссоответствующими входф|и узла индикации функционирования задатчиков и соответствукицими входами узла логических совпадений, подключенирго выходами к .входам узла ло Гическо го сложения, выходы которого через блок имитации движения оси ротора гироскопа связаны с входом блоки от ражения параметров изучаемого объек та. . , ... На фиг.1 представлена блок-схема тренажера; на фиг.2 - вид на переднюю панель; на фиг. 3 - логический .блок, один из вариантов реализации; на фиг.4 - блок имитации движения оси ротора гироскопа и индикатора, правильности ответа, возможное схем ное решение. Тренажер (фиг.1) состоит из узла 1 задатчикр в внешних воздействий (моментов W,,5,M,M4 ) узла 2 задатчиков угловых скоростей прецес сии 5, , со, ,GJ,,U , узла 3 задат21чиков. гироскопических моментов , Мг4 Задатчики можно построить, например, на галетных переключателях. Их задача состоит в выдаче управлякхцих сигналов. Иидикаторы 4-7 внешних воздейст1вйй, 8-11 угловых скоростей прецессии, 12-15 гироскопических моментов можно выполнить в виде стрелок, подсвечиваемых лампочками. Логический блок 16. имеет двенад1{ать входов и четыре выхода, блок 17 имитации движения оси ротора гироскопа 17 прдклйчен четырьмя входами к блоку 16. Правильность ответа индицирует блок 18, который является блоком отображения параметров изучаемого объекта. - Гироскоп представлен кинематической схемой (фиг.2), состоящей из гиромотора 19J помещенного в кардановый подвес с внутренней 20 и наружной 21 рамами. Ось ротора гиромотора совпадает с направлением вектора кинетического момента Н. При движении -с угловыми скоростями S, , Mj ,6 или й вектор Н (ось ротора) будет вычерчивать дугу окружности, создаваемую последовательно загораемыми и гаснущими лампочками - бегущим огнем. При этом каждой угловой скорости соответствует своя последова-f тельность загорания лампочек. , В нижней части передней панели расположены задатчики 1-3, а также тумблер 22 питания и тумблер 23 Пуск - Сброс. |- , -. , . . Один из вариантов реализации блока 16, алгоритм функционирования которого определяется правилом Прецессии и гироскопического момента. Представлен на фиг.3. Основными элементами блока являются восемь логических элементов И 24-31 и четыре логических элемента ИЛИ 32-35.. Устройство имеет узел 36 индикации Фзткционирования задатчиков. Из схемы включения видно, что входы элементов И (входы с первого по двенадцатый) соединены с соответствующиьш выходами задатчиков 1-3, а выходы элементов ИЛИ (выходы с первого по Четвертый блока 16) соединены с четырьмя входами блока 17. Рядом с каждым элементом ИЛИ (для удобства) указана уловая скорость, которую должен реализовать блок 17. На фиг.4 представлено одно из возможных схемных решений блока 17,

который по сигналам блока 16 выра- / батыйает бегущий огонь. Состоянием схем управляют реле , Имг пульсы для питания лампочек 42 и 43 вырабатывает генератор 44, который 5 можно построить на реле 45 с параллельно включенными им конденсаторами 46. Для развязки по питанию цепей с лампочкам. последовательно с ними включены диоды 47. Блок 18 io содержит также реле 48 с соответствующими контактами.

Узел логического совпадения им1вёт Элементы И 24-31. Узел логического сложения содержит элементы,ИЛИ 32-35. is

Узел 36 индикации функционирования задатчиков включает индикаторы 4-15, при этом выходы узлов 1 задатчиков внешних воздействий гироскопа, 2 угловых скоростей прецессии гироскопа 20 и 3 гироскопических моментов соединены с соответствующими входами узла 36 индикации функционирования задатчиков и соответствующими входами узла логических совпадений, 25 подключенного выходами к входам узла логического сложения, выходы которого через блок 17 имитащ и движения оси ротора гироскопа связаны с входом блока 18 отображения пара- зо метров изучаемого объекта.

После включения в сеть уг.тройство позволяет решать следующие зада4R... ,.,. .. ,-.- .

Задачи на правило прецессии. 1. ftp заданному внешнему воздействшо М|, ( )найти угловую ско- . рость прецессии щ- (прямая задача) .| 2. По заданной угловой .скорости j прецессии и, найти внешнее .воздействие Щ (обратная задача).

Задачи яа гироскопический jioMeHT. . 1.. По заданной угловой скорости пре;вссиий,найти гироскопический момент ;(.|(прямая адача). / ,2, По заданному гироскопическому моменту M.J.ц определить угловую скорость прецессии Й- (обратная задача).

. . , . 50

Дпя пояснения работы устройства рассмотрим решение на стенде двух характерных задач.

Задача 1 . По заданному, например, 1 определить to . Для этого задатчик 55 узла 1 устанавливают в положением, , задатчики уялов 2 и 3 - в нулевое положение.(фиг.1 и 2).

На передней панели загорается индикатор 4 (Hjj, т.е. вектор Н, горит после подадаг.:на устройство напряжения). Применяя правило ррецессии, определяют угловую. скорость в, данном случае Ы - и устанавливают задатЧик узла 2 в положение И;. . При этом в соответствии с фиг.З .плиг сы питания (сигналы) подаются на . элемент И 2 блока 16. На выходе элемента 27 появляется сигиал, крто рый.проходи логический элемент ИПКЗЗ поступает на реле 38 блока 17 (фиг.4). Реле 38 срабатывает и одним контактом готовит цепь питания лампочек 43, другим контактом реле 38 готовит цепь срабатывания реле 41, которое после включения тумблера 23 Пуск срабатывает и производит следующие переключения.

а)Контактами реле подключает конденсатот 46 на обмотку реле 45, и оно срабатывает. При этом через замыкающий контакт начинает заряжаться другой конденсатор 46, а размыкающий контакт paз a lкaeт цепь питания следукщего реле. 45 , Одновременно размыкающим контактом разрывается, цепь питания лампочки 42 (Н), а другим Iконтактом замыкается цепь питания лампочки 43 (К . .После разрядки конденсатора 4.6 на реле оно срабатывает и конденсатор 46 через другой контакт начинает разряжаться на реле При этом контакты реле вьтолняют функции, аналогичные функциям контактов реле, подключают конденсатор 46 на разрядку, не дают возможности загораться лампочке 42 и обеспечивают загорание лампочк1 43. Таким образом, пока реле 41 находится под током, непрерывно формируется .бегущий огоиьпоследовательно гаснут и загораются лампочки 42 и 43. Время горения лампочки, определяется емкостью конденсаторов и сопротивлением обмоток реле. Дпя хорошего демонстрационного эффекта достаточно, чтобы время горения каждой лампочки было в пределах 0,4-0,6 с, а число лампочек N Ш-15.

б) Контактом реле 41 напряже-. ние + 27 В подается на реле 48 бло-. ка 18. Реле 48 срабатывает и контактом размыкает цепь питания индикатора Неверно, а другим контактом замыкает цепь питания индикатора Верно. Если на задатчике узла 2

будет установлена пкбм из оставшихся скоростей И,, uiji й)} то на/ входе элементов 24-S1 не будет одно временно двух сигналов, и соответ-г ственно, после включения тумблера Пуск загррится ин/ катор Неверно а вектор Hg (ось ротора) не будет совершать движение имитирующее прецессию.

ЗадачаJ2. По заданной, например, скорости Шу определить Для этого эадатчик. узла 2 -устанавливают в положение а„, загорается индикатор 8. При этом подается сигнал на сОответствую Ций вход блока. 16 (на один из входов Логического элемента И 31). Задатчики узлов 1 и 3 находятся ё нулевом положении. Исполь зуя правило днределения гироскопического момента, устанавливают на задаТчике узла 3 гироскопический момент Mpu. При этом сигнал (плюс питания) будет подан на вход блока 16 (на второй вход элемента И 31). Так как теперь на оба входа элемента И 31 поданы управляющие сигналы, то возникает сигнал на его выходе на одном нз входов логического эле-; мента ИЛИ 35, аследовательно, и на выходе (на соответствующем выходе блока 16). В соответствии с электрической схемой (фиг.4) плюс питания поступает на обмотку реле 40, которое срабатывает и контактом подает

минус питания на лампочки 43. Другим контактом зa fi Iкaeт цепь реле 41, которое после включения тумблера 23 Пуск срабатывает. При этом |размыкающий контакт реле 41 отключает конденсатор от минуса питания, а замыкаюпдай контакт реле 41 подключает обмотку реле к конденсатору 46. Последний начинает разряжаться, на обмотку реле, которое срабатывает.Да-г лее все происходит так же, как в f пунктах д и S задачи 1 с той разницей, что последовательно загораются и гаснут лампочки 42 и 43, имитирукяцие движение, оси ротора с угло-вой Скоростью tUt, Если на задатчике узла 3 установит Мг , № г4- или Мг , что соответствует неправильному применению правила гироскопического момента, то плюс питания на блок 17 не пройдет, а в блоке 18 загорится транспарант Неверно.

Таким образом, тренажер йожет ис. пользоваться при самоподготовке к

экзаменам и лабораторнЬ1м работам, служить эффективным контролирующим устройством, а также демонстировать свойства трехступенчатого гироскопа при чтении научно-популярных лекций.

Использоваш1е тренажера в учебном процессе позволнт улучшить ка чество усвоения основных свойств гироскопа щш меньших затратах времени на их изучение.

ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ ГИРОСКОПА, содержащий блок ввода учебной информации, логический блок и блок отображения параметров изучаемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обучения работе с rkpocKonoV, он имеет блок имитации движения оси ротора гироскопа, логический блок содержит узлы логического сложения и логического совпадения, а блок ввода учебной информации имеет узел задатчиков внешних воздействий гироскопа, узел за датчиков угловых скоростей прецессии гироскопа, узел задатчиков гироскопических моментов и узел индикации функционирования задатчиков, при этом выходы узлов задатчиков виешиих воздействий гироскопа/} угловых скоростей прецессии гироскопа и гироскопических моментов соедииеиы с соответствующими входами узла индикации функционирова11ия задатчиков и соответствующими входами узла логических совпадений, подключенного выходами к входам узла логического сложения, выходы которого через блок имитации движения оси ротора гироско па связаны с входом блока отображения параметров изучаемого объекта.

«, f

to.f

Т

/

о-л

г,

I

y

- ЗЙ j3

. /s. . V- , --iktr .-

4 /