Способ определения относительной угловой скорости при колебательном процессе управления ориентацией объекта на подвижный ориентир Советский патент 1993 года по МПК B64G1/24 

Изобретение относится к способам определения относительной угловой скорости при колебательном процессе управления ориентацией объекта на подвижный ориентир с помощью электромаховичных двигателей (ЭМД) и может быть использовано в следящих системах управления.

Известны способы измерения относительной угловой скорости движения объектов, измеряют текущее угловое отклонение

ориентируемой оси от направления на ориентир и выполнение операции дифференцирования функции р l(t).

Недостатком такого способа является то, что при наличии помех в измеренном сигнале р будут иметь место помехи при определении относительной угловой скорости.

В известном способе измеряют угловое отклонение ориентируемой оси от направления на ориентир, прилагают к ориентируемому обьекту управляющее воздействие, сформированные в функции измеренного отклонений, при помощи электромахович- ных двигателей (ЭМД), измеряют скорости вращения маховиков, скорость вращения определяют через момент инерции и разность суммарного кинетического момента и .накопленного ЭМД.

Недостатком этого известного способа является то, что он применим только тогда, когда известен и неизменен суммарный кинетический момент, накопленный объектом, например, после его обнуления; в последующие отрезки времени под действием внешнего возмущающего момента Мьвек- (т$р накопленного кинетического момента G(t) будет изменяться по закону

G(t) Kt)dt

и его нельзя считать известным, например, нулевым.

Вторым недостатком является то, что известный способ не определяет относительную угловую скорость объекта по отно- шениТо к движущемуся ориентиру (определяет абсолютную угловую скорость).

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют угловое отклонение ориентируемой оси от направления на ориентир р , прикладывают к ориентируемому объекту управляющее воздействие, сформированное в функции измеренного отклонения, при помощи электромаховичных двигателей (ЭМД), измеряют скорости вращения маховиков ЭМД, определяют моментом времени, когда угловое отклонение достигает экспериментального значения/запоминают скорость вращения маховика для этого момента времени.а относительную угловую скорость объекта управления р определяют в соответствии со следующим выражением

p -i(Q-QO

Q - текущая скорость вращений маховика ЭМД.

Кроме того, предлагается в случае, когда используется для ориентации объекта ре- лейный датчик ориентации с одним порогом срабатывания и отпускания, измерять и запоминать скорости вращения маховика ЭМД при срабатывании и отпускании порога, а значение скорости в момент достиже

кия угловым отклонением экстремального значения определять в соответствии со следующим выражением

15

О

Q)i+Q)2

где Q 01 и Qoa скорости вращения маховика ЭМД при срабатывании и отпуска- нии порога соответственно, причем аинтер20 вале срабатывания и отпускания порога момент, прикладываемый к объекту, постоянен (управляющий момент при сработавшем пороге или возмущающий момент при отпущенном пороге).

25 Сущность способа поясняется следующим. Поддержание ориентации с помощью исполнительных органов возможно только в режиме колебаний, это единственный способ иметь в среднем р 0. При колебани30 ях всегда имеют место моменты времени, когда угловое отклонение р относительно ориентира-достигает экстремумов (мак- симумов. и минимумов). В эти моменты времени относительная угловая скорость

35 ф проходит через нуль ( ф 0). Рассмотрим один канал управления, где ось канала управления является главной и центральной. Для этого канала управления справедливо

выражение 40

.G -lp+J Q,

(2)

где G - проекция вектора кинетического мо- мента всей системы на ось управления; I и I - моменты инерции объекта и маховика ЭМД соответственно;

р и Q - проекции абсолютной угловой скорости объекта на ось управления и относительная скорость вращения маховика

ЭМД по отношению, к объекту. Величину р можно представить следующим образом:

Изобретение относится к способам определения относительной угловой скорости при колебательном процессе управления ориентацией объекта на подвижный ориентир с помощью электромаховичных двигате- лей. Целью изобретения является повышение точности. Для достижения указанной цели измеряют угловое отклонение ориентируемой оси от направления на ориентир, прикладывают к ориентируемому объекту управляющее воздействие, сформированное в функции измеренного отклонения, при помощи электромаховичных двигателей (ЭДМ), измеряют скорость вращения маховиков ЭДМ, определяют момент времени, когда угловое отклонение достигает экстремального значения, запоминают скорость вращения маховика в этот момент времени, а относительную угловую скорость объекта управления определяют по формуле tp i/l ( Q - Q$ , где I - априорно из- вест.чый момент инерции маховика ЭДМ; I - априорно известный момент инерции объекта управления; Q - скорость вращения маховика в момент достижения угловым отклонением экстремального значения; Q - текущая скорость вращения маховика ЭДМ, причем при использовании релейного датчика ориентации с одним порогом срабатывания и отпускания измеряют и запоминают скорости вращения маховика ЭДМ при срабатывании и отпускании, а значение скорости в момент достижения углового отклонения экстремального значения определяют как полусумму этих скоростей. 1 з.п. ф-лы. со С 00 ю оо со

где i-априорно известный момент инерции маховика ЭМД;

I - априорно известный момент инерции объекта управления;

Q. - скорость вращения маховика в момент достижения угловым отклонением экстремального значения:

Р ф+Pf.,

(3)

55

где у , Р - относительная и переносная скорости соответственно.

Подставив (3) в (2) получаем

G - К р + Р) + I Q

(4)

При экстремуме (максимум или минимум) относительная скорость I 0 и из (4) получаем

G IP + I Q .

где Q - угловая скорость маховика ЭМД в момент экстремума р .

Вычитая из (5) выражение (4) получаем выражение для определения относительной угловой скорости

- (0-а)

Таким образом, использование датчика ориентации с возрастающей характеристикой (необязательно линейной) и исполнительного органа в виде электромаховичного двигателя позволяет определить относи- тельную угловую скорость объекта по оси канала управления.

Важным достоинством вышеописанного способа является то, что величина Q легко доступна измерению (при необхо- димости весьма точному) и в силу больших численных соотношений между моментами инерции I и I воспроизводят ф в весьма крупном масштабе. Это позволяет получать информацию с чрезвычайно малых ва- риантах ф , трудно поддающихся определению иными методами. Можно добиться, что колебания ф в рассматриваемом случае определяются практически без задержки во времени, поскольку измерение составляет с этой точки зрения технически несложную задачу.

Для определения необязательно использовать датчик ориентации с возрастающей характеристикой. Можно исполь- зовать и чисто релейный датчик с одним и тем же порогом срабатывания и отпускания. Если после срабатывания (отпускания) порога релейного датчика ориентации к объекту прикладывается постоянный по величине момент (в первом случае управляющий, а во-втором - возмущающий, внутренний и/или внешний), то экстремум у наступа; ет через 0,5 интервала времени приложения управляющего (возмущающего) момента, т. е. 0,5 времени нахождения порога в сработавшем (отпущенном) состоянии. Поскольку при постоянном моменте постоянно и угло- вое ускорение объекта, то скорость Q посредине временного интервала равна полусумме угловых скоростей на концах интервала, т. е.

10

15

20

25 3035 404550 , 55QV ст)

где Q)i и Ой -угловые скорости маховика ЭМД, измеряемые и запоминаемые при срабатывании (отпускании) и отпускании (срабатывании) порога релейного датчика ориентации на интервале включения (отключения) ЭМД.

Колебания объекта при его ориентировании могут быть двусторонние и односто- ронние. При односторонних колебаниях целесообразно QK определять на интервалах отпускания порога релейного датчика ориентации, когда ЭМД включен, а интервал срабатывания порога использовать для демпфирования колебаний.

Формула изобретения

ф --I/I(Q- Q.f)

где 1 - априорно известный момент инерции маховика ЭМД;

I - априорно известный момент инерции объекта управления;

Q - скорость вращения маховика в момент достижения угловым отклонением экстремального значения;

Q - текущая скорость вращения маховика ЭМД,

определяется в соответствии со следующим где QDI и Ои - скорости вращения махо- вы раже и нем:вика ЭМД соответственно при срабатывании и отпускании порога , причем на

О « ( + Од У:интервале срабатывания для отпускания по- - 2 5 рога момент, прикладываемый к объекту управления, постоянен.