Главная » 2014 » Июль » 20 » Скачать Вопросы динамики намагниченного шарового ротора с однофазным электроприводом как чувствительного элемента гироинтегратора. бесплатно
1:32 AM
Скачать Вопросы динамики намагниченного шарового ротора с однофазным электроприводом как чувствительного элемента гироинтегратора. бесплатно
Вопросы динамики намагниченного шарового ротора с однофазным электроприводом как чувствительного элемента гироинтегратора
Диссертация
Автор: Логвинова, Александра Александровна
Название: Вопросы динамики намагниченного шарового ротора с однофазным электроприводом как чувствительного элемента гироинтегратора
Справка: Логвинова, Александра Александровна. Вопросы динамики намагниченного шарового ротора с однофазным электроприводом как чувствительного элемента гироинтегратора : диссертация кандидата технических наук : 01.02.06 / Логвинова Александра Александровна; [Место защиты: Том. политехн. ун-т] - Челябинск, 2009 - Количество страниц: 175 с. ил. Челябинск, 2009 175 c. :
Объем: 175 стр.
Информация: Челябинск, 2009
Содержание:
Введение
Глава 1 Устойчивость стационарного вращения и возмущенные движения сферического ротора с управляемым однофазным электроприводом
11 Уравнения движения ротора с управляемым однофазным электроприводом на неподвижном основании
12 Условие существования синхронного вращения ротора
13 Устойчивость стационарного синхронного вращения намагниченного сферического ротора
131 Уравнения возмущенного движения ротора
132 Устойчивость по первому приближению на модели линейной системы с осредненными коэффициентами
133 Анализ устойчивости и колебаний на линейной параметрически возмущенной модели
134 Устойчивость и возмущенные движения сферического ротора на нелинейной динамической модели
14 Результаты численного моделирования в программных средах МаШСАЕ) и ^Бил
Выводы по главе 1
Глава 2 Анализ динамики сферического гироскопа с однофазным электроприводом как чувствительного элемента гироскопического интегратора
21 Основные задачи динамического анализа гироинтегратора, построенного на базе намагниченного сферического ротора с однофазным электроприводом
22 Уравнения относительного движения сферического гироскопа со смещенным центром масс Условие существования регулярной прецессии, обусловленной переносным ускорением
23 Уравнения возмущенного движения гироинтегратора в отклонениях и анализ устойчивости регулярной прецессии
24 Результаты прямого численного интегрирования уравнений возмущенного движения
241 Автоколебания гироинтегратора, построенного на основе намагниченного сферического ротора
242 Модель некорректируемого гироинтегратора Влияние отношения моментов инерции на возмущенные движения гироинтегратора
243 Влияние способа коррекции на возмущенные движения гирортнтегратора
244 Модель некорректируемого гироинтегратора Влияние величины кажущегося ускорения объекта на возмущенные движения гироинтегратора
25 Способ получения информации о кажущейся скорости объекта по сигналам с гироинтегратора
251 Математическое моделирование получения информации о кажущейся скорости объекта по сигналам с некорректируемого гироинтегратора
252 Математическое моделирование получения информации о кажущейся скорости объекта по сигналам с гироинтегратора с пропорциональной коррекцией
26 К обоснованию достоверности результатов численного интегрирования уравнений возмущенного движения
Выводы по главе 2
Глава 3 К задаче о раскрутке намагниченного шаровидного ротора
31 Постановка задачи о раскрутке неуравновешенного намагниченного ротора с гидроподвесом
32 Уравнения сферического движения неуравновешенного намагниченного ротора с двухфазным электроприводом
33 Численное моделирование процесса раскрутки неуравновешенного намагниченного ротора
331 Процессы раскрутки неуравновешенного намагниченного ротора при постоянной номинальной частоте токов в рабочих обмотках
332 Процессы раскрутки неуравновешенного ротора при непрерывном увеличении частоты токов в рабочих обмотках
Выводы по главе 3
Введение:
Диссертация: посвящена исследованию динамики миниатюрного намагниченного сферического ротора с управляемым однофазным электроприводом, предназначенного для применения> в гироскопическом интеграторе линейных ускорений (ГИ). Работа является продолжением и развитием исследований по миниатюрному сферическому гироскопу с гидроподвесом, проводимых на кафедре «Приборостроение» ЮУрГУ и начатых по инициативе НПО электромеханики,(г. Миасс) в 1990-1992 гг.
Актуальность темы; Задачи гироскопического приборостроения связаны с проблемой создания приборов, обладающих малыми массой и габаритами, низким энергопотреблением и высокой надежностью5 при требуемой точности. Такие гироскопические датчики предназначены для инерциальных навигационных систем^ интегрированных со спутниковыми навигационными системами; .обеспечивающими необходимую точность определения параметров ориентации и координат подвижных объектов. Тенденция к миниатюризации обусловила появление задач, связанных с; разработкой и исследованием миниатюрных гироскопов, на основе намагниченного сферического ротора малого диаметра (2,5. .5) мм, находящегося в гидроподвесе и приводимого во вращение магнитным полем обмоток статора: По сравнению с микромеханическими чувствительными; элементами миниатюрные электромеханические сферические гироскопы не обладают столь высокой чувствительностью к изменениям температуры окружающей среды [24].
Разработка гироскопов на основе миниатюрного намагниченного ротора-диполя требует проведения специального; исследования- и выбора соответствующих электромеханических и математических моделей, поскольку постановка физического эксперимента в этом случае затруднительна. Необходимо отметить, что исследования в данной области, находящиеся на стыке динамики твердого тела, электромеханики, гидродинамики, являются весьма трудоемкими и требуют применения современных вычислительных технологий.
Обзор предшествующих работ. Динамике твердого тела в электрических и магнитных полях посвящена монография Ю.Г. Мартыненко [20]. В монографии, в частности, приводятся результаты исследования раскрутки сферического ротора в сопротивляющейся среде вращающимся магнитным полем электрических обмоток. Вопрос о положении оси установившегося вращения сферического ротора свободного гироскопа рассмотрен в статье О.В. Зензинова, JI.3. Новикова [8]. Найдены приближенные соотношения, характеризующие зависимость положения оси установившегося вращения ротора от угловой скорости, параметров ротора и подвеса.
В статье А. Коршунова [10] рассмотрен способ разгона синхронного двигателя до номинальной скорости путем плавного увеличения частоты тока статорной обмотки. Показано, что такой способ разгона двигателя оказывается эффективным при различных типах нагрузки.
Анализ динамики гироскопа в кардановом подвесе, снабженного электроприводом, содержится в монографии Д.М. Климова, С.А. Харламова [9]. Исследовано влияние динамики электропривода на малые колебания и уходы гироскопов в условиях синхронного и асинхронного электроприводов.
Исследования по динамике гироскопов со сферическим гидроподвесом содержатся в монографиях К.П. Андрейченко [3], H.A. Горенштейна [6]. В работе [6] приводится оценка уровня помех, ограничивающих порог чувствительности таких гироскопов.
В книге Д.С. Пельпора [4] гироскопы со сферическим гидроподвесом характеризуются как чувствительные элементы низкой точности, отличающиеся сравнительной простотой конструкции. В обзоре В.Г. Терешина [27] уделено внимание возможности использования таких гироскопов в режимах датчика угловой скорости и поплавкового интегрирующего гироскопа. Среди основных преимуществ сферических гироскопов отмечаются повышенная стойкость к перегрузкам и ударам, высокая вибропрочность и виброустойчивость, удобство и надежность подвода питания к неподвижному статору. Ресурс работы таких приборов составляет от тысячи до нескольких десятков тысяч часов. В статье В.Д. Зайцева, Н.М. Распоповой, В .Я. Распопова [7] получены основные характеристики, определяющие измерительные особенности гироскопов со сферическим гидроподвесом.
Решения, полученные в диссертации, опираются на первые работы Г.А. Левиной по динамике миниатюрного намагниченного сферического ротора с гидроподвесом [12, 13], а также на результаты исследования характеристик гидроподвеса такого ротора в условиях стационарного вращения, приведенные в работах Г.А. Левиной и C.B. Слеповой [14, 15, 26].
Вопросы динамики датчика угловой скорости, построенного на основе сферического ротора-диполя, рассмотрены в работах А.Н. Лысова в соавторстве с М.А. Чесноковым и В.В. Шуваловым [17, 18].
Цель и задачи работы. Целью работы является получение численных оценок динамических свойств намагниченного сферического ротора с управляемым однофазным электроприводом и оценка возможности создания миниатюрного гироинтегратора на основе такого ротора. Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
1. Исследование устойчивости стационарного синхронного вращения и возмущенных движений сферического ротора с управляемым однофазным электроприводом и определение параметров управления, обеспечивающих устойчивость стационарного вращения.
2. Анализ устойчивости и возмущенных движений гироинтегратора, построенного на основе намагниченного ротора с управляемым однофазным электроприводом.
3. Математическое моделирование обработки сигналов для получения информации о кажущейся скорости подвижного объекта по сигналам с ГИ.
4. Численное моделирование процесса раскрутки неуравновешенного намагниченного ротора, охваченного слоем вязкой жидкости, на основе уравнений сферического движения ротора.
Сформулированные задачи решены на основе динамических уравнений ротора как твердого тела с одной неподвижной точкой, учитывающих вязкое трение жидкости гидроподвеса и электромагнитное взаимодействие намагниченного ротора и обмоток, расположенных на каркасе статора. Для изучения устойчивости и возмущенных движений используются три математические модели: исходные нелинейные уравнения возмущенного движения; полученные из этих уравнений уравнения первого (лииейного) приближения с периодическими коэффициентами и линейные уравнения, полученные осреднением по времени / периодических коэффициентов уравнений первого приближения. Анализ устойчивости и возмущенных движений выполнен с помощью прямого численного интегрирования нелинейных уравнений возмущенного движения в программах ?1581111 и МаШСАБ, а также применением теории Флоке-Ляпунова линейных систем с периодическими коэффициентами для уравнений первого приближения и применением детерминантных критериев устойчивости для линейных осредненных уравнений первого приближения. Для решения задачи о получении информации о кажущейся скорости объекта используются методы теории цифровой обработки сигналов. Анализ процесса раскрутки намагниченного сферического ротора с гидроподвесом выполнен на основе прямого численного интегрирования уравнений пространственного вращения ротора с помощью программ УЪЗкп и МаШСАО.
Научная новизна и практическая значимость работы. Научная новизна состоит в том, что впервые разработаны математические модели, позволяющие получить представление о динамических свойствах миниатюрного намагниченного сферического ротора с управляемым однофазным электроприводом. Разработана динамическая модель гироинтегратора, чувствительным элементом которого является миниатюрный ротор-диполь со смещенным в направлении главной оси центром масс. Для такого ГИ предложен способ обработки сигналов, наводимых магнитным полем вращающегося намагниченного ротора в обмотках статора, и алгоритм получения информации о кажущейся скорости подвижного объекта.
Практическая значимость работы состоит в обосновании возможности создания на базе миниатюрного намагниченного сферического ротора с гидроподвесом гироинтегратора, представляющего собой однокомпонентный измеритель кажущегося линейного ускорения.
На защиту выносятся:
• результаты исследования устойчивости стационарного вращения и возмущенных движений намагниченного ротора с управляемым однофазным электроприводом;
• результаты исследования устойчивости и возмущенных движений гироинтегратора, построенного на основе намагниченного ротора со смещенным центром масс;
• способ получения информации о кажущейся скорости объекта с помощью обработки сигналов с обмоток статора;
• результаты численного моделирования процесса раскрутки неуравновешенного намагниченного ротора двухфазным электроприводом.
Апробация работы. По теме диссертации опубликованы 13 работ. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на:
• IX конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» (ЦНИИ «Электроприбор», С.-Петербург, 2007);
• XXVIII Российской школе по проблемам науки и технологий (Екатеринбург, 2008);
• юбилейной научно-технической конференции, посвященной 50-летию приборостроительного факультета ЮУрГУ (Челябинск, 2008);
• 60-й юбилейной научной конференции, посвященной 65-летию ЮУрГУ (Челябинск, 2008);
• семинаре в НПО электромеханики (Миасс, 2008).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы (28 наименований). Основной текст диссертации изложен на 175 машинописных страницах и содержит 109 рисунков и 3 таблицы.
