Методические указания и индивидуальные задания по выполнению курсового проекта по дисциплине

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Методические указания и индивидуальные задания по выполнению курсового проекта по дисциплине Прикладная теория гироскопов Методические указания подготовил доцент кафедры № 12 С.Ф. Скорина Санкт-Петербург 2009 Введение Курсовое проектирование является одним из важнейших факторов подготовки студентов к самостоятельной инженерной деятельности. В процессе курсового проектирования студенты имеют возможность наиболее полно проявить свои индивидуальные способности и творчески применить полученные теоретические знания для решения конкретных инженерных задач. Основная задача курсового проектирования - закрепить полученные знания, содействовать сознательному их усвоению и осмысленному применению при решении поставленных задач. В этом смысле курсовое проектирование играет завершающую роль в общем комплексе учебных занятий по дисциплинам, изучающим гироскопические системы ориентации, стабилизации и навигации подвижных объектов. В процессе выполнения курсового проекта студент самостоятельно разрабатывает принципиальную схему гироскопической системы, определяет ее основные конструктивные параметры, выбирает и рассчитывает ее основные элементы и узлы, отвечающие требованиям точности, экономичности и надежности. Работая над проектом студент должен стремиться внести в известные системы такие изменения, которое выгодно отличали бы проектируемое изделие от существующих образцов аналогичного назначения. Студенты, работающие над проектом должны помнить, что залогом высококачественного и своевременного завершения проекта является систематическая работа над ним с начала семестра. Гироскопические системы применяются на различных подвижных объектах для решения задач управления, ориентации и навигации. Основным элементом любой гироскопической системы является гироскоп с двумя или тремя степенями свободы, включая степень свободы относительно его главной оси. Однако основное свойство гироскопа нарушается при действии вредных моментов относительно осей подвеса. Кроме того, при установке гироскопа на поверхности Земли на его свойства оказывает влияние вращение Земли относительно инерциального пространства. Для управления подвижным объектом, а также для решения задач навигации и определения ориентации необходимо смоделировать на объекте базовую систему координат, которая занимает требуемое положение относительно двух направлений: оси суточного вращения Земли и вертикали в данной точке пространства. Понятия о системах ориентации и навигации Под навигацией понимают процесс формирования программы траекторного движения объекта и ее реализации при движении объекта из одного пункта в заданный. Параметры траекторного движения объекта и другие параметры, используемые для формирования программы траекторного движения, называют навигационными. Это – параметры траектории, координаты, скорость, пространственные и временные интервалы, направление движения и др. Информация об этих параметрах носит название навигационной информации. Измерение первичных параметров, на основании которых определяются (вычисляются) навигационные параметры называют навигационными измерениями. Если не учитывать упругих деформаций корпуса, то подвижный объект (ПО) можно рассматривать как твердое тело с шестью степенями свободы. Условно можно считать, что задачи, связанные с поступательным движением объекта, решаются с помощью навигационных систем, а угловое положение ПО определяется системой ориентации. Если рассматривать задачу ориентации твердого тела (подвижного объекта) с самых общих позиций, то для определения его пространственной ориентации необходимо задать положение (ориентацию) двух неколлинеарных векторов, ориентация которых, с одной стороны, априорно известна в опорной (базовой) системе координат, а с другой - может быть определена относительно твердого тела. При этом обязательно задание двух неколлинеарных векторов, т.к. задание лишь одного вектора не обеспечивает определение ориентации вокруг этого вектора. Этот очевидный факт получил название принцип двух неколлинеарных векторов. Таким образом, для определения ориентации твердого тела необходимо измерение или моделирование некоторых векторных величин, которые в принципе могут иметь самую различную физическую природу, быть автономными (без использования излучений и не подверженными внешними помехами) и неавтономными. Такими полностью автономными средствами являются гироскоп и приборы на его основе. В общих чертах принципы построения систем гироскопической ориентации могут быть обозначены следующим образом. Пусть требуется определить ориентацию подвижного объекта относительно некоторой неподвижной (инерциальной) системы координат (ИСК). Для решения этой задачи на борту объекта необходимо иметь аналог ИСК, который может быть либо физическим в виде твердого тела неподвижного относительно ИСК (платформа, у которой угловая скорость в ИСК равна нулю), либо аналитическим, реализуемым в вычислительном устройстве, которое непрерывно вырабатывает параметры ориентации относительно ИСК. Классификация гироскопических систем является в определенной степени условной и может быть осуществлена по различным признакам. В зависимости от метода моделирования базовых (опорных) направлений в пространстве гироскопические системы делятся на: бесплатформенные (аналитическое моделирование), иногда их называют бескарданными; и платформенные (физическое моделирование). Платформенные системы по числу стабилизируемых осей могут быть одноосными, двухосными или трехосными (пространственные). По принципу построения и роли гироскопов платформенные системы представляют собой стабилизаторы следующих типов: непосредственные гироскопические стабилизаторы (ГС); индикаторные ГС; силовые ГС; индикаторно-силовые ГС. Непосредственные ГС не имеют внешней стабилизирующей обратной связи. Такие ГС применяют в координаторах цели, для непосредственной стабилизации космических аппаратов. Индикаторные ГС не имеют внутренней обратной связи. Такие ГС широко применяются в инерциальных навигационных системах (ИНС). Силовые ГС имеют внутреннюю и внешнюю стабилизирующие связи. Для повышения эффективности внутренней обратной связи в силовых ГС кинетический момент гироскопов стараются сделать как можно большей величины. Такие ГС широко используются для стабилизации в пространстве приборов и устройств больших масс (прицелы, телескопы, гравиметры, головки самонаведения и т.п.) или как первичные датчики ориентации в грубых системах. Индикаторно-силовые ГС имеют внутреннюю и внешнюю стабилизирующие связи, причем ГС ведет себя либо как индикаторный, либо как силовой в зависимости от характера изменения внешнего возмущающего момента, приложенного к оси стабилизации. Рассмотренная выше классификация иллюстрируется рисунком 1.1, а рисунок 1.2 поясняет принцип построения и роль гироскопов в платформенных гироскопических системах. На рисунке 1.2 введены следующие обозначения:  - момент гироскопической реакции (внутренняя обратная связь); - момент разгрузочный (внешняя обратная связь);  - управляющий момент (момент коррекции);  - возмущающий момент (вредный момент),  – момент нагрузки. В общем случае для придания заданной ориентации платформе необходимо решить следующие задачи: определить фактическую ориентацию платформы; сравнить с априорно заданной ориентацией; осуществить коррекцию или управление ориентацией платформы. Технические средства, решающие эти задачи, и образуют систему ориентации и стабилизации. Поэтому гироскопическая система ориентации представляет собой сложную, двухконтурную взаимосвязанную систему автоматического управления, включающую: чувствительные элементы ориентации и коррекции ( приборы и устройства, определяющие параметры ориентации платформы или реагирующие на их изменение); элементы и устройства преобразования информации и линии связи; исполнительные элементы (коррекционные и стабилизирующие двигатели и устройства, решающие задачу коррекции и управления ориентацией платформы). Задачей настоящего курсового проектирования является расчет и анализ, а также разработка элементов конструкции одноосного гиростабилизатора, являющегося базовым элементом гироскопических систем ориентации. Гиростабилизатором (ГС) называется устройство, в котором гироскоп осуществляет слежение за внешним моментом и с помощью двигателя компенсирует его, удерживая стабилизируемую массу в неизменном положении. Гиростабилизаторы применяются в качестве чувствительного элемента прибора или для непосредственной стабилизации измерительных устройств на подвижном объекте. В зависимости от применяемого чувствительного элемента ГС делятся на: силовые с дважды интегрирующим гироскопом («сухой» гироблок); индикаторно-силовые с поплавковым интегрирующим гироскопом или с дифференцирующим гироскопом (гиротахометром); индикаторные. Индикаторные ГС могут строиться на базе астатического, динамически настраиваемого, лазерного, волоконно-оптического или твердотельного волнового гироскопов. В зависимости от числа осей, относительно которых осуществляется стабилизация, различают: одноосный ГС, в котором моделируется направление; двухосный ГС, в котором моделируется плоскость или нормаль к этой плоскости; трехосный ГС, в котором моделируется координатный трехгранник. По числу гироскопов, работающих по каждой оси стабилизации, ГС могут быть: одногироскопные и двухгироскопные, в которых гироскопы связаны антипараллерограмом, ограничивающим поворот гироскопов на равные углы и в противоположные стороны. В общем случае гиростабилизатор изолирует стабилизируемое устройство от движения основания, происходящее относительно оси, параллельной оси стабилизации. В трехосном ГС имеем стабилизированную платформу, полностью развязанную от движения основания. Основное требование, предъявляемое к гиростабилизатору, - точность сохранения заданного положения платформы относительно опорного трехгранника при действии на нее различных динамических возмущений со стороны объекта, на котором она установлена. Точностные характеристики ГС – главные факторы, определяющие эффективность выполнения задачи, поставленной перед системой ориентации или навигации. Методические указания по выполнению курсового проекта После получения индивидуального задания необходимо внимательно ознакомиться с ним, отчетливо представить себе поставленную задачу, подобрать в библиотеке ГУАП необходимую литературу, собрать конспекты лекций по специальным дисциплинам кафедры №12, провести поиск по ресурсам глобальных информационных систем и под руководством преподавателя приступить к решению задач курсового проектирования. В ходе курсового проектирования студент в соответствии с индивидуальным заданием на проектирование должен: Определить тип проектируемого одноосного гиростабилизатора (ОГС) в соответствии с заданным типом чувствительного элемента; Разработать принципиальную кинематическую схему ОГС, привести ее описание, назначение и описание принципа действия; Оценить условия эксплуатации гиростабилизатора (по заданию) и величину возмущающего момента по оси стабилизации; Провести обоснование и выбор элементной базы ОГС: чувствительного элемента и его параметров (гиромотора, типа заполняющей жидкости, коэффициента сил вязкого трения по оси прецессии, типа опор подвеса по оси прецессии – для поплавгового интегрирующего гироскопа), стабилизирующего двигателя и редуктора, датчика моментов, датчиков угла – по оси прецессии и оси стабилизации, усилителя При описании устройства и действия системы следует указать их назначение, входную и выходную величины, принцип действия рассматриваемого элемента, определить функцию, выполняемую им в системе. При описании системы необходимо указать используемый принцип регулирования и как он реализуется. Описание системы должно содержать функциональную кинематическую схему, отражающую взаимодействие устройств, блоков, узлов и элементов системы в процессе ее работы. Вспомогательные связи, например цепи питания, в функциональной схеме опускаются. К функциональным элементам относятся измерительные, преобразовательные и усилительные устройства. Затем определяются входные и выходные величины, Описание системы целесообразно закончить ее классификацией по различным признакам. В соответствии с разработанной принципиальной схемой и с учетом заданного типа чувствительного элемента привести математическую модель ОГС, дать ее подробное описание. Построить структурную схему ОГС в соответствии с полученной математической моделью. Получить и подробно описать комплекс передаточных функций (замкнутой и разомкнутой системы), характеризующих статические и динамические характеристики ОГС. Рассчитать или выбрать по источникам информации недостающие параметры типовых звеньев структурной схемы ОГС (кинетический момент, моменты инерции гироблока и платформы, постоянные времени и коэффициенты затухания типовых блоков); Определить статические характеристики гиростабилизатора по полученным выше передаточным функциям.. Проверить устойчивость ОГС при заданных параметрах и входном воздействии. В случае необходимости – провести необходимые расчеты по изменению параметров ОГС или провести выбор и расчет того или иного корректирующего контура. В последнем случае следует качественно оценить влияние корректирующего контура на процессы в ОГС. В выводах следует указать значения запасов устойчивости по амплитуде и фазе, Исследовать динамические характеристики ОГС, оценив качество переходных процессов. При этом следует рассмотреть действие возмущающих моментов по осям прецессии и стабилизации в виде постоянной величины и импульса Следует оценить и сравнить реакцию системы по оси стабилизации при использовании корректирующих устройств и без них. В соответствии с индивидуальным задание исследовать поведение ОГС на подвижном основании. В соответствии с индивидуальным задание провести конструктивную проработку того или иного узла ОГС. Анализ устойчивости, исследования статических и динамических характеристик, влияния движения основания на работу ОГС следует проводить на базе использования пакетов прикладных программ, которые изучались в ходе обучения в ГУАП: Mahtcad, MatLab или других подобных, позволяющих осуществлять имитационное моделирование динамических процессов. В соответствии с опытом проведения курсового проектирования студентами кафедры №12 представляется рациональным и целесообразным следующее ориентировочное распределение потребного времени на выполнение отдельных этапов работ по неделям семестра. № п.п. Этапы проектирования Время, отводимое на выполнение этапа В % к объему времени на проектирование В неделях 1 Ознакомление с заданием, подбор литературы и ее изучение 5 0,5 2 Разработка принципиальной схемы ОГС 5 0,5 3 Получение математической модели и теоретический анализ поведения ОГС и его ошибок в условиях эксплуатации 15 2 4 Определение основных параметров системы, выбор типовых элементов и блоков. 15 2 5 Проверка и при необходимости обеспечение устойчивости 15 2 6 Исследование характеристик ОГС на подвижном основании 15 2 7 Разработка конструктивных чертежей узлов и блоков ОГС 10 2 8 Составление пояснительной записки, оформление графических материалов 10 2 9 Сдача проекта на проверку и его защита на кафедре. 10 1

Похожие:

	Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Технология машиностроения» Методические указания содержат основные сведения о составе курсового проекта и указания по его разработке, знакомят с характером...		Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине... Рассматриваются вопросы, связанные с условиями и порядком выполнения курсового проекта. Даны общие требования к курсовому проекту,...
	Методические указания к выполнению курсовых проектов Красноярск 2010 Маркетинг: Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности 080507. 65 всех форм обучения. Красноярск,...		Руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы дизайна городской среды» Руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы дизайна городской среды» разработано в соответствии с требованиями...
	Руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы дизайна городской среды» Руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы дизайна городской среды» разработано в соответствии с требованиями...		Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика» Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика». Екатеринбург, фгаоу впо «Российский государственный...
	Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» Программа курса, задания и методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» для студентов заочной...		Методические указания по выполнению курсового проекта для специальности... Ское обслуживание и ремонт автомобильного транспорта и предназначен для закрепления и углубления знаний по технологии и организации...
	Методические указания по выполнению конструктивной части курсового... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования воронежский государственный архитектурно-строительный...		Методические указания по выполнению курсового проекта по направлению... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Методические указания по выполнению семестрового задания Волгоград Материаловедение. Технология конструкционных материалов: методические указания по выполнению семестрового задания / Сост. М. В. Панасенко;...		Руководство к выполнению курсового проектирования содержит примерный... Руководство предназначено для студентов специальности 080401. 65 «Товароведение и экспертиза товаров (по областям применения)» всех...
	Методические указания по выполнению курсового проекта «технический... О. А. Подколзин, А. В. Лошаков, Д. А. Шевченко и др.; Ставропольский государствен­ный аграрный университет. – Ставрополь: агрус,...		Методические указания по выполнению контрольных работ общие положения... Методические указания и задания контрольной работы по дисциплине для студентов специальностей 080301 – Коммерция (торговое дело);...
	Методические указания по выполнению курсового проекта разработаны... Рассмотрено на заседании цикловой методической комиссии специальностей «Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта», «Механизации...		Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине “ Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине “Основы внешнеэкономической деятельности” для студентов экономических...