Тренажер операторов гироскопических приборов Советский патент 1986 года по МПК G09B19/00 

Изобретение относится к тренажерам для обучения операторов, в основном гироскопии, а именно свойст- зам трехстепенного гироскопа.

..Цель изобретения - расширение дидактических возможностей тренажера

На фиг.1 изображена структурная схема устройства на фиг.2 - передняя пане.ль тренажера; на фиг.З - возможное схемное решение -для имитации движения оси ротора гироскопа и для отображения параметров изучаемого объекта.

Тренажер состоит из узла 1 задания внешних воздействий гироскопа, который, в свою очередь, сосч оит из блока 2 задания внеш.них моментных воздействий - моментов М М. и блр- ка 3 задания внешних силовых воздействий - сил FO 5 . -m (минимальное

количество сил равно восьми, т.е. , мояшо вводить больше сил, но уже действие их будет эквивалентно одной из восьми сил, приведенных на фиг.1), блока 4 задания угловых скоростей прецессии - ( й причем задатчики блока 4 должны быть реализованы так, чтобы можно бьшо устанавливать суммарную угловую скорость прецессии относительно двух осей одновременно, например со, 4 со ,блока 5 задания гироскопических моментов М,- . блока 6 задания кинетического момента гироскопа (Н, или Н2,). Предполагается, что задатчики построены на галетных переключателях, причем блок 4 выполнен на двух раздельных переключателях. Задача задатчиков - вьщавать управляющие сигналы. Индикаторы внешних моментных воздействий

М, F

-М,

4, внешних силовых воздействии ,, q угловых скоростей прецессии СО,- со Jгироскопических моментов М,-М, кинетических момен тов гироскопа Хгиромотора) Н, и Hj. можно выполнить в виде стрелок, подсвечиваемых лампочкамя. Все индикаторы объединены в блок 7 индикации (функционирования задатчиков), а все блоки 2-7 образуют узел 8 ввода учебной информации. Логический узел 9 имеет двадцать один вход, восемь выходов и вклю.чает в себя блок 10 элементов И, имеющий восемь элементов И 11- 18, блок 19 элементов ИЛИ, имеющий четыре элемента ИЛИ 20-23, блок 24 элементов И, имеющий четыре элемента И 25-28, блок 29 элементов И,

10

15

241277 . 2

имеющий четыре элемента И 30-33-, блок 34 элементов ШШ, имеющий четыре элемента ИЛИ 35-38.- . .Коммутатор (не обозначен) узла 9

5 можно построить на реле 39 с четырьмя групп;1ми контактов -40 на переключение,, При- этом будет считать двадцать первый вход узла 9 управлянзщим входом коммутатора, а входы с тринадцатого по шестнадцатый - сигнальными входами коммутатора. Сигнальным выходам коммутатора соответствуют выходы, связанные с переключающими контактами 40, ./Восемь выходов узла 9 соединены о восемью вход ами имитатора 41 гироскопа (движения оси ротора гироскопа)5 девятый вход которого соединен с вьпгодом блока 6, На чертеже онтакты 40 изображены в обесточенном состоянии реле 39, что соответствует установке блока 6 в по.1т.ожение Н, причем блок 6 выдает управляющий сигнал в узел 9 и блок 41 при задании Н (можно подачу упра:-1ляющего сигнала связать с за- дацием К,). Правильность ответа ин- дщлрует блок 42 отображения учебной информации (параметровизучаемого объекта). .

Гироскоп, представленный на фиг.2 кинематической схемой, состоит из ги- ооузла 43 (гиромотор и внутренняя rabia), помещенного в наружную раму 44. Ротор гиромотора может вращаться

35 либо против часовой -стрелки (кинетический момент HI), либо по часо вой стрелке (кинетический момент Е„, ). При изучении свойств гироскопа воз- можны следуюш : е угловые скорости движения кинетического момента:

20

25

30

40

5

0

t,,U2,COj,U4,W,W,W,H-U4,W2-Ka,, , 6,40,.

При этом кинетическому моменту Н, соответствуют траектории 45-52, а кинетическому моменту Hj - 53-60.Траектории являются дугами окружности, и движение по ним можно имитировать бегущим - огнем - последовательно загораемыми и гаснущими лампочками. В нижней части передней панели расположены блоки 2-6, а также тумбл&р 61 питания и тумблер 62 Пуск-Сброс,

Блок 3 создает два типа силовых воздействий: первая - сш1Ы FJ , РЗ , F4 , Fy., которые обеспечивают угловую скорость прецессии только относительно одной оси, и вторая груп 3 .

па - силы Fj, F , F, Fg, которые создают прецессию относительно двух осей одновременно.На фиг.3 представлено одно из возможных схемных решений блока 41, который по сигналам узла 9 и блока 6 вырабатывает бегущий огонь, вычерчивающий на кинематической схеме гироскопа траектории движения вектора Н или Hj, Состоянием схемы уп- равляют реле 63-72 и генератор 73, который можно построить на реле 74 с параллельно включенными им конденсаторами 75. При этом в цепи верхнего реле находятся контакты нижнего по схеме реле, а в цепи каждого пусле- дующего реле - контакты предьщущего реле.

Так как для имитации движения - векторов Н, и Hj необходимо -шестнад- цать траекторий, то потребуется шестнадцать гирлянд.лампочек, номерам которых присвоим для удобства номера траекторий, приведенных на фиг.2. Центральные лампочки, общие для rpym из восьми гирлянд, обозначим 76 для Н и 77 для HJ. Для развязки по питанию цепей с лампочками последовательно с ними включены диод 78.

Блок 42 включает в себя реле 79 с соответствующими контактами. Реле и их контактам присвоены одинаковые номера.

После включения.в сеть устройство позволяет решать следующие задачи.

Задачи на правило прецессии.

По заданному внешнему моментно- му М, k 1-4 найти угловую скорость прецессии 5,- i 1-4 или по заданному внешнему силовому воздействию Fq, q 1-8 найти результирующее движение гироскопа, т.е. либо coj либо СО; + C0|,i - J, i,j 1-4 (прямая задача).

По заданному движению гироскопа, представленному Э| или Q; + Wj,, 1 найти моментное М,; или силовое FQ воздействие на гироскоп (обратная задача).

Задачи на гироскопический момент, По заданной угловой скорости прецессии Uj найти гироскопический момент М (прямая задача).

По заданному гироскопическому моменту Мц определить угловую скорость прецессии W; (обратная задача).

2774

Каждая, из перечисленных задач может решаться при кинетическом моменте Н, или HJ .

Расширение возможностей тренажа состоит в расширении спектра внешни воздействий и в возможности реверсировать вращения гиромотора путем задания Hj -Н|.

Для пояснения работы устройства рассмотрим решение на стенде характерных задач.

Задача 1. По заданному силовому воздействию, нaпpимep Fз, и при кинетическом момента Н, определить движегае оси ротора гироскопа (вектора HI ).

После подачи питания на тренажер (в данном случае ±27 В), выключатель 61 в положение ВКЛ) задатчик блока 3 устанавливаем в положение Fj, задатчик блока 6 - в положение Hf, задатчики блоков 5 и 2 - в нулевое положение (фиг.1 и 2). На перед ней панели загорается индикатор Н, Fj. Чтобы найти движение оси гироскопа (вектора Н() заменим действие Fj эквивалентными моментами воздей- ствиями (в данном случае ).При меняя к каждой компоненте М и Mj правило прецессии, определяем, что Н, будет двигаться с суммарной угловой скоростью СО, 4 Ш4|КОТорую устанавливаем на двух переключателях блока 4 (верхний в положение с),а нижний - в положение сО). Так как реле

39(см.фиг.1) обесточено и контакты

40находятся в положении, представленном на схеме, сигналы СО, и 00 (положительные или нулевые потенциалы, что определяется типом элемента И и ИЛИ), будут поданы на .элементы 11, 18и15, 14 и на элементы 25-28.

Из восьми элементов И только элемент 27 пропускает сигнал на элемент 32. На другой вход элемента 32 поступает сигнал с блока 3. Элемент 32 при наличии двух входных сигналов выдает управляющий сигнал в блок 41, где срабатывает реле 65 и своим замыкающим контактом 65, подготавливает цепь срабатывания реле 71, а контактом 65 j цепь питания гирлянды (на фиг.З не показана) лампочек 50. .Соответствие номера. гирлянды и реле взаимооднозначно: для Н, - 45-70,-JO, ; 46-67 69 - со,.; 48-68 - 0)4; 49-63 -((3и-иг); 50-65 - (Q. + u); 51-64 - («2 +и,);

52-66- (),, для Н - - ,; 54-b - , 55-70 - coj- 56-6.7,. «4; 7-66 - (О.+Со,)-, 58-64- Сх),+со)., 59-65 - («2 + ; 60-63 - Ц + W). Так как задан Н,, то реле 72 в блоке 41 обесточено и его контакты 72,| и- 72 замыкают , соответ- ств пощие Н,, в частности,, горит центральная лампочка 74, общая для восьми гирлянд 45-52,-и подготовлена цепь подачи питания на них.

После включения тумблера 62 Пуск реле 71 срабатывает и производит следующие переключения.

Контактом 71, отключает конденсатор 75 от источника питания, а контактом 712 подключает его на обмотку реле 74, и оно ср-абатывает, При этом замыкающий контакт 74,, подключает второй конденсатор 75 к источнику питания, а размыкающий контакт 742 разрывает цепь питания второго реле 74. Одновременно контактом 743 разрывается цепь питания лампочки 76, а контактом 74 замыкается цепь питания очередной лампочки гирлянды 50. После разрядки конденсатора 75 на реле 74 оно отпускает, и теперь уже второй конденсатор 75 начинает разряжаться на второе реле 74. .При этом контакты каждого реле 74 выполняют функцииj аналогичные функциям первого реле 74. Таким образом, пока реле 71 находится под напряжением, непрерывно формируется бегущий огонь в гирлянде 50. Бремя горения лампочек определяется емкостью конденсаторов и сопротивлением обмоток реле. Для хорошего демонстрационного эффекта достаточно, чтобы время горения каждой лампочки было в пределах 0,4-0,6 с, а число лампочек 10-15.

Контактом реле 71 напряжение +27 В подается на реле 79 блока 49. Реле 70 срабатывает и контактом 79, размыкает цепь питания индикатора Неверно, а контактом 792 мыкает цепь питания индикатора Верно. Если на задатчике блока 4 установлено любое другое соотношение угловых скоростей прецессии или только одна скорость, то ни один из элементов 11-18, 25-28 не вьщает управляющий сигнал и ни одно реле 63-70 в блоке 41 не срабатывает, а с чедов ательно, после в кгаочения тумблера Пуск реле 71 и 79 обесточиваются, в блоке 29 загорается индикатор Неверно, и вектор И, не совершает .движение, имитирующее пре- 5 цессию гироскоп.

Режим задачу 1 при изменении направления враи;ения ротора - при кинетическом моменте Н.

После установки задатчика блока

0 6 в положение ti поступает управляющий сигнал (в нашем случае -27 В) на реле 39,. которое срабатывает, и его контакты 40 переключаются (занимают правое положение на схеме

5 фиг.1). Одновременно с задатчика блока 6 поступает управляющий сигнал в блок 41,, где срабатывает реле 72 и своим контактом 72-, подготавли- вает цепи питания гирлянд 53-60,

0 а контактом 72 подает питание ка центральн то лампочку 11 дайной группы гирлянд, причем схема соединения внутри коммутатора и с узлами логических совпадеьний определяется пра5 видом прецессии и гироскопического момента,, Теперь сигналы задатчика блока 4 СО, и (5 соответствуют не-правильному ответу.

Устанав1швая в соответствии с

0 правилом преде ссии на задатчике блока 4 Wj и 0j получим выполнение условия логич€ ского совпадения только на элементе 27 и соответственно на элементе 32. По его сигналу сра. батывает реле 65 блока 41, которое контактом 65,( подготавливает цепь срабатывания реле 71, а контактом 65J, - цепь питания гирлянды 59, При включении тумблера Пуск рабо0 та блоков 41 и 42 происходит так же, как при Н,, с той лишь разницей, что бегущий огонь вычерчивает траекторию 59.

Задача 2.-По заданной угловой

5 скорости прецессии, например 5)определить MX.

Н., . Для этого задатчик блока 4 устанавливаем в положение 5,, задатчик блока 6 - в положение Н,., .остальные задатчики - в щелевое

положение. В соответствии с правилом определения гироскопического мо- ме.нта устанавливаем на задатчике блока 5 М. Так как реле 39 обесто чено , то через контакты 40 сигнал, соответствующий ад,,поступает на элемент 18, на другой вход которого поступает сигнал с задатчика блока

0

5. При этом на его выходе, а также на выходе элемента 23 возникает управляющий сигнал. В блоке 41 срабавает реле 70, которое контактом 70 подготавливает цепь срабатывания реле 71, При включении ту 1блера 62 Пуск блок 41 начинает вырабатывать бегущий огонь. В гирлянде 45 начинают гаснуть и загораться лампочки, вычерчивая траекторию Цепь питания этой гирлянды подготовлена контактами 70 и 72, последний из которых находится в нижн положении. .

Случай Н . Для этого устанавливаем задатчик блока 6 в положение Hj. Срабатывают реле 39 и 72. Контакты 40 обеспечивают правильное переключение выходов задатчика бло

4к блокам 18 и 24. В соответствии с правилом гироскопического момента устанавливаем на задатчике блок

5гироскопический момент М. При этом только на элементе 16 присут.ствуют два сигнала одновременно, и он выдает управляющий сигнал, который через элемент 22 вызывает срабатывание реле 69, а следовательно и реле 71. После срабатывания реле 71 схема блоков 41 и 42 всегда работает иден гично с той лишь разницей, что генератор .73 управляет различными гирляндами - в данном случае гирляндой 53.

Б генераторе 73 последнее реле имеет отдельное обозначение 74(д, где N - число лампочек в гирлянде.

,Т(огда оно срабатывает, то загорается центральная ламп очка 76 и 7 Цепь питания формируется контактом

74N-3Предлагаемое устройство позволя

решать задачи при самоподготовке к лабораторным занятиям и экзаменам, -служить эффективным и наглядным контролирующим инструментом, демонстрировать свойства трехстепенного гироскопа при чтении научно-популярных лекций.

Задачи с силовыми внешними воздействиями приводят к более глубокому пониманию как свойств гироскопа, так и правила, построения мо- мента силы по ее вектору. При этом можно значительно расширить число вариантов задач, что исключает возможность механического запоминания плана решения отдельных задач.

20

Формула- .изобретения

Тренажер операторов гироскопи- 5 ческих приборов, содержащий блоки задания внешних моментных воздействий гироскопа, угловых скоростей прецессии и гироскопических моментов, выходы которых соединены соот-- 10 ветственно с вxoдaJ и первой, второй и третьей групп входов блока индикации, выходы блока задания гироскопических моментов подключены к , соответствующим входам перв ой груп15

пы входов первого блока элементов И,

выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока элементов ИЛЕ, выходы которого через имитатор гироскопа подключены к входу блока отображения учебной информации, отличающийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей тренажера, в

25 него введены последовательно включенные блок задания внешних силовых воздействий гироскопа и второй блок элементов РШИ, выходы которого соединены с соответствующ1ми входами второй группы входов первого блока элементов И, последовательно включенные кo fмyтaтop, второй блок элементов И и третий блок элементов И, выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы входов имитатора гироскопа, и блок задания кинетического момента гироскопа, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами четвертой .группы входов блока индикации, а первый выход -- с соответствующими входами - коммутатора и имитатора гироскопа, выходы первой группы выходов блока задания силовых, воздействий гироскопа подключены к соответствующим входам пятой группы входов блока индикации, а выходы второй группы выходов - к соответствующим входам шестой группы входов блока индикации и второй группы -входов третьего блока элементов И, выходы блока- задания внешних моментнмх воздействий гироскопа соединены с соответствующими. .входами второй группы входов второ- го блока элементов ИЛИ, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам третьей группы входов первого блока элементов И.

0

5

0

5

0

г 4( csf Щ .- Л7 4

ь

Вкл

/ /

Выкл

ff

/7y СЛ

Вкл 6/

/ /

Выкл

fpus.8

JTU c±3

ТГ Тч

D / D , «is

-

.

У

Lt

4

iS .

iJ

,-.fe

Sr

i&

Изобретение относится к техническим средствам обучения свойствам трехстепенного гироскопа. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей тренажера, что состоит в, расширении возможных движений гироскопа за счет увеличения объема учебной информации. В блок ввода ,учебной информации дополнительно введены блоки задания внешних силовых воздействий и кинетического момента гироскопа. Логический узел, к кото- , рому они подключены, дополнен блоками элементов И и ИЛИ, которые с имеющимися узлами логического сложения и совпадения, а также с соответствующими узлами задатчикон блока учебной информации соединешл на основании правил прецессии и гироскопического момента. Кроме того, для управления движением оси ротора гироскопа за- датчшс кинетического момента подключен к блоку гадатации движения оси ротора гироскопа. Работа на тренажере заключается в решении задач на свойство прецессии гироскопа и правило гироскопического момента. При правильном решении имитируется движение оси ротора бегущим огнем. При этом имитируются все.возможные траектории (всего 16 траекторий), которые возникают от действия постоянных момент- ных или силовых внешний воздействий. 3 ил. i (Л