Измеритель угловых скоростей на основе неортогонально ориентированной гексоды ДУСов с электрическими обратными связями для космического корабля

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

/

1

Диплом

Измеритель угловых скоростей на основе неортогонально ориентированной гексоды ДУСов с электрическими обратными связями для космического корабля

Содержание

Аннотация

The summary

Содержание

Введение

Постановка задачи

1. Теоретическая часть

1.1 Поиск и изучение патентной и научно-технической литературы

1.2 Конструкция и принцип действия прибора ИУС-М

2. Математическое моделирование

2.1 Математическая модель прибора ИУС-М. Вывод матрицы направляющих косинусов

2.2 Математическая модель ДУС - чувствительного элемента

3. Расчетно-конструкторская часть

3.1 Расчет ДУ, ДМ (ДУМ-031)

3.1.1 Описание конструкции и основные параметры ДУМ-031

3.1.2 Расчет датчика угла

3.1.3 Расчет датчика момента

3.2 Расчет потребляемой мощности

3.3 Расчет коэффициента демпфирования

3.4 Расчет момента инерции поплавкового гидроузла

3.5 Расчет масштабного коэффициента и погрешности масштабного коэффициента прибора

3.6 Расчет коэффициента усиления УОС-096

3.7 Расчет масштабного коэффициента УОС-096

3.8 Анализ частотных характеристик и построение графиков переходных процессов ДУС

3.9 Расчет коэффициентов математического моделирования

4. Разработка блока преобразования информации

4.1 Расчет блока преобразования информации

4.2 Построение частотных характеристик и их анализ

5. Анализ погрешностей ЧЭ ДУС КХ79-060

5.1 Методические погрешности

5.2 Инструментальные погрешности

6. Разработка электрической принципиальной схемы прибора ИУС-М

7.Технологическая часть

8. Организационно-экономическая часть

8.1 Расчет себестоимости изготовления изделия после внедрения нового образца

8.2 Расчет планируемого уменьшения численности ППП

8.3 Расчет прироста прибыли от производства новой продукции

8.4 Расчет годового экономического эффекта от производства новой продукции

8.5 Расчет срока окупаемости дополнительных капитальных затрат

9. Безопасность технологического процесса

9.1 Основные положения действующего законодательства Российской Федерации об охране труда

9.2 Правовые основы охраны труда

9.3 Профессиональная подготовка кадров, допуск к самостоятельной работ (обучение профессии и охране труда)

9.4 Гигиена труда и производственная санитария (микроклимат, освещённость, вентиляция, шум, вибрация)

9.5 Порядок обеспечения спецодеждой и средствами индивидуальной защиты

9.6 Порядок проведения медицинских осмотров

9.7 Понятие ПДК и ПДУ. Их нормирование

9.8 Требования к оборудованию и технологическим процессам

9.9 Анализ вопросов безопасности технических устройств

Заключение

Список использованных источников

Введение

Бесплатформенные инерциальные навигационные системы на пилотируемых космических объектах впервые были применены РКК «Энергия» в 1974 году. С 1982 года в системе управления космическими аппаратами (КА) «Союз» и «Прогресс» применяется трехкомпонентный блок поплавковых датчиков угловых скоростей КХ97-010М, где в качестве инерциального чувствительного элемента используется ДУС КХ79-060. И блок ДУС, и сам чувствительный элемент были разработаны на ФГУП «ПО Корпус» г. Саратова. Технические решения, заложенные в ДУС КХ79-060 в плане электромеханической части, не утратили актуальности и поныне. Однако за прошедшие годы усовершенствовалась база промышленной электроники, появилась возможность применения в системе регулирования ДУС импортной элементной базы, что значительно расширило возможности улучшения как точностных, так и динамических характеристик прибора. Бурное развитие компьютерной техники, микропроцессоров создало реальную возможность усовершенствования и резкого увеличения вычислительных возможностей бортовых ЭВМ, что сделало реальностью применения на борту КА неортогонально ориентированных блоков инерциальных чувствительных элементов.

На борту КА «Союз - ТМА» в настоящее время работают в системе управления три комплекта приборов КХ97-010М (классическая система «троирования»), к каждому из которых комплектуется блок питания. В связи с этим, было принято решение модернизировать существующую систему, для чего необходимо разработать неортогонально ориентированный шестикомпонентный прибор ИУС-М, включающий в себя две тройки неортогонально ориентированных ДУС (прибор ИУС-А и ИУС-Б), способные работать как автономно, так и в составе шестикомпонентного блока. В каждый измерительный канал должен входить ДУС КХ79-060, блок питания и преобразователь информации (БПИ) аналогового сигнала в унитарный код. Предлагаемая система позволит значительно уменьшить габаритно - массовые характеристики, сократить энергопотребление и увеличить вероятность безотказной работы (с двух отказов до трех). Кроме того, расширенные возможности бортовой ЭВМ позволят осуществлять идентификацию отказов каналов и определять некорректно работающий канал. Работа прибора в виде гексоды позволит обеспечить функционирование в виде 20 троек, 15 четверок, либо 6 пятерок измерительных каналов, что значительно расширяет возможности системы управления объектом. Блочный состав прибора ИУС-М позволяет в случае необходимости раскомплектовывать гексоду на два самостоятельных прибора и применять их в отдельности, если есть подобная необходимость. В связи с этим, ужесточаются требования к наземному контролю изделия: должны аттестоваться как прибор ИУС-М, так и ИУС-А и ИУС-Б с полным комплектом технической документации на каждый прибор.

Геометрические характеристики ДУС КХ79-060, выполненного в форме цилиндра, позволяют осуществить оптимальную конструкторскую компоновку прибора.

Решению поставленной проблемы и посвящен настоящий дипломный проект.

Постановка задачи

Необходимо принять участие в разработке измерителя угловых скоростей (ИУС) для КА на базе поплавковых датчиков угловых скоростей КХ79-060. В качестве прототипа используется прибор разработки ФГУП «ПО Корпус»: измеритель угловых скоростей на основе ортогонально ориентированной триады датчиков угловой скорости с электрической обратной связью (БДУС КХ67-010М). В процессе дипломного проектирования должны быть выведены матрицы направляющих косинусов прибора ИУС-М, уравнения движения ДУС КХ79-60 и произведен анализ его погрешностей, рассчитаны: основные параметры ДУС, датчик момента, датчик угла, потребляемая мощность, коэффициент демпфирования, момент инерции поплавкового гидроузла, масштабный коэффициент ДУС и его погрешность, масштабный коэффициент и выходное сопротивление УОС-096, проведено моделирование измерительного канала навигационной системы, а также предложена методика регулировки масштабного коэффициента датчика угловых скоростей и произведен расчет основных экономических показателей системы, рассмотрены основные положения по безопасности технологического процесса.

Разрабатываемая ИУС должна иметь 6 измерителей угловой скорости, представлять собой две тройки неортогонально ориентированных ДУС (прибор ИУС-А и ИУС-Б) и удовлетворять следующим техническим характеристикам:

1. Каждая тройка должна выдавать: в систему телеизмерения (СТИ): формировать информацию об измеряемой угловой скорости в диапазоне от минус 3 до плюс 3 ?/с;

2. Номинальные положения каждой из трех осей чувствительности ИК приборов ИУС-А и ИУС-Б должны совпадать с образующей конуса с углом полураствора ?0, равным .

3. Номинальные значения углов ?i измерительных каналов должны быть: ?1 = 00, ?2 = 600, ?3 = 1200, ?4 = 1800, ?5 = 2400, ?6 = 3000,

4. Фактическое угловое положение осей чувствительности относительно опорной плоскости YпОZп задается в формуляре на измеритель ИУС-М углами ??1 - ??6. Номинальные значения этих углов 35015?52? (разность между 900 и номинальным значением угла полураствора конуса ?0 = 54044?08?);

5. Допустимые отклонения ??i и ???i не должны превышать ?6?.

6. Линейный диапазон измеряемых проекций вектора абсолютной угловой скорости ИКi должен быть от минус 12 до плюс 12 ?/с.

7. При угловой скорости по модулю от 10 до 60 ?/с измеритель ИУС-М должен обеспечивать правильное формирование знака угловой скорости с амплитудой выходного сигнала не меньше величины сигнала, соответствующего 10 ?/с.

8. Масштабный коэффициент выходного сигнала ИКi должен находиться в пределах (1?1,5)?0,01% '/импульс.

9. Систематическая составляющая смещения нуля ИКi, не зависящего от перегрузки, не должна превышать по модулю вместо 1 ?/ч и должна быть паспортизована в виде константы.

10. Случайная составляющая смещения нуля ИКi (3 СКО), не зависящего от перегрузки, в запуске до 24 ч по отношению к среднему значению в этом запуске не должно превышать 0,2 ?/ч (0,3 ?/ч) при времени осреднения не более 100 с.

11. Случайная составляющая смещения нуля ИКi, не зависящего от перегрузки, от включения к включению не должна превышать 0,6 ?/ч при времени осреднения не более 100 с.

12. Амплитуда переменной составляющей выходного сигнала ИКi при отсутствии входной угловой скорости не должна превышать 0,001 ?/с..

13. Систематическая составляющая погрешности ИКi, пропорциональная перегрузке n, не должна превышать по модулю и должна быть паспортизована.

14. Полоса пропускания измерительного канала по уровню 0,7 должна быть не менее 20Гц.

15. Мощность не более 30 Вт.

16. Масса 15 кг.

17. Измеритель ИУС-М должен запитываться от источника постоянного тока напряжением в пределах от 23 до 34. В при номинальном напряжении 27 В.

1. Теоретическая часть

1.1 Поиск и изучение патентной и научно-технической литературы

Необходимость создания бесплатформенных систем для угловой ориентации космических аппаратов (КА) возникла в 80-е годы, прежде всего для решения задачи управления угловыми эволюциями КА в любом заданном направлении без ограничения величины угловых поворотов. Решение этой задачи стало возможным только после внедрения на борту КА вычислительного комплекса и разработки математических методов преобразования информационных сигналов, снимаемых с измерительных осей, жестко связанных с КА, в инерциальную систему координат. Гироскопические приборы, положенные в основу построения бесплатформенной системы, получили название гироскопические измерители вектора угловой скорости.

Переход к бесплатформенным системам потребовал от разработчиков гироскопической техники решения целого ряда проблем. В первую очередь, это создание высокоточного чувствительного элемента - гироблока (ГБ), способного при минимальном дрейфе нуля, порадка 10^-2 град/ч, производить измерения угловых скоростей до 5 - 10 град/ч с высокой стабильностью масштабного коэффициента (до 10^-5 - 10^-6).

Также необходимо было избавиться от влияния появившихся в опорах гироскопов сил реакции от гироскопического момента, возникающего при угловых эволюциях КА. Потребовалось также проведение исследовательских работ, направленных на изучение сохранения работоспособности датчика после воздействия на него вибрации и ускорений на участке выведения КА на орбиту.

При разработке конструкции приборов пришлось решать серьезные проблемы по минимизации массы и габаритов, обеспечению теплового комфорта для элементов прибора и др.

В качестве чувствительных элементов в БИНС могут применяться различные типы гироскопов, как с механическим носителем вектора кинетического момента (роторные), так и использующие измерение параметров различных электромагнитных процессов (лазерные (ЛГ), волоконно-оптические (ВОГ), твердотельные волновые (ТВГ) и т.д.).

Естественно, выбор тех или иных чувствительных элементов (ЧЭ) для БИНС определяется точностными и эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к системе в целом. Здесь, чтобы не анализировать все возможные сочетания этих требований, условно разделим гироскопические ЧЭ, используемые в ИИМ, на три группы.

К первой отнесем НГ с электростатическим подвесом ротора и бескардановой системой списывания углового положения и ЛГ. Объединяющим признаком для этих, весьма далеких по своим физическим основам приборов, является эксклюзивность применения в БИНС и высокая стоимость.

Третья группа может быть объединена по признакам сравнительно низкой стоимости и выработки информации только для решения задачи управления (углы и угловые скорости движения объекта относительно центра масс). Задача навигации при этом решается иными, неинерциальными, средствами в составе БИНС. Сюда следует отнести гироскопы с уходами от единиц до сотен градусов в час (большинство видов гироскопов с шарикоподшипниковыми опорами, микромеханические гироскопы и т.д.)

Наконец, наиболее интересующая нас, самая распространенная группа - это вторая группа - гироскопические ЧЭ средней точности 0,02-0,3 град/ч, предназначенные для БИНС, вырабатывающих информацию для решения навигационной задачи. Роторные (с механическим носителем вектора кинетического момента) гироскопы в классе систем средней и более высокой точности достаточно распространены, причем крупнейшие компании по-прежнему сосредоточивают усилия главным образом на двух их типах: поплавковых ДУС и ДНГ. Примеры применения роторных ДУС и особенно ДНГ в космических ГИВУС (гироскопический измеритель вектора угловой скорости) хорошо известны [2]. Также роторные ДУС применяются во системах подземной навигации, В авиационных ИСОН и др.

Разработки в России

НИИ прикладной механики имени акад. В.И. Кузнецова за последние 20 лет создано целое поколение бесплатформенных инерциальных блоков (БИБ), что обеспечило решение многих научных, народно-хозяйственных и прикладных задач в космосе. Впервые в отечественной космонавтике БИБ был применен для управления пилотируемой космической станцией «Мир» и успешно на ней работал все время ее существования с 1986 по 2001 гг. Всего было изготовлено свыше 70 образцов 7 различных модификаций БИБ для 25 космических объектов различного назначения. В настоящее время 9 приборов БИБ разных модификаций успешно продолжают свою работу на двух модулях международной пилотируемой космической станции «Альфа», спутнике связи «Ямал-100», спутнике прикладного назначения «Аркон», российско-французском спутнике «Sesat», китайских спутник серии «Ресурс». Готовятся к выводу на орбиту спутники связи «Ямал-200» и целая группа спутников «Экспресс-АМ». Ключевым элементом БИБ является чувствительный элемент - двухстепенный поплавковый интегрирующий гироблок с газодинамической опорой подвеса ротора.

Основными конструкционными особенностями поплавкового гироблока (ПГБ) являются:

- применение газодинамической опоры подвеса ротора гироскопа;

- магнитное центрирование поплавковой камеры гироблока;

- полная симметрия конструкции.

Газодинамические опоры при скорости вращения ротора 30000 об/мин, а также магнитное центрирование поплавковой камеры обеспечивают полное отсутствие «сухого» контакта между ротором и камерой, между камерой и корпусом гироблока. Этим же обеспечивается высокая стабильность взаимного расположения элементов датчика момента. Тем самым достигается наивысшая точность и практически неограниченный ресурс работы гироблока.

В целом, во всех конструкциях БИБ были применены 3 модификации ПГБ, разработанные в НИИ ПМ - КИ99-110, КИ79-132, КИНД99-003, фотографии которых представлены на рис. 1.1.1.

График на рис. 1.1.2 показывает этапы совершенствования основных характеристик ПГБ: точность в итоге удалось повысить на порядок, притом что масса была снижена вдвое. Модификация ПГБ КИНД99-003 имеет показатель отношения величины диапазона измеряемой угловой скорости к «чувствительности», близкий к 10⁶ , что характеризует его как измерительный прибор класса высокопрецизионной точности.

В приборах БИБ имеет место большое разнообразие в построении его кинематической схемы. Первоначально БИБ имели в своем составе минимально необходимое число измерителей, т.е. три, с классической ортогональной схемой расположения осей чувствительности гидроблоков.

Естественным развитием БИБ с целью повышения отказоустойчивости минимальными аппаратными затратами стало использование функциональной избыточности. Так, введение дополнительного четвертого измерительного канала БИБ позволило обеспечивать его работоспособность при одном отказе. Факт отказа устанавливается автономно, а идентифицируется при использовании других измерительных средств КА.

Вариант построения кинематической схемы прибора с четырьмя измерительными каналами представлен на рис.1.1.3.

Эту схему имеет большинство приборов, разработанных в последние годы, а именно КИНД34-020, КИНД34-027, КИНД34-027-01.

Оси чувствительности 4-х ПГБ направлены по диагоналям куба, что обеспечивает их равномерное расположение в пространстве. Такая кинематическая схема дает равную чувствительность к отказам любого измерительного канала и предпочтительна с точки зрения обработки и диагностики информации.

Для повышения отказоустойчивости и решения проблемы автономной локализации отказов используют БИБ с числом измерительных каналов пять или шесть.

Так, разработанные в НИИ ПМ приборы КИНД34-011 и КИНМ34-002 построены на базе шести измерительных каналов с неортогональной ориентацией осей чувствительности гидроблоков.

Основные технические характеристики приборов БИБ, изготовленных в НИИ ПМ, и фотографии некоторых образцов приведены на рис. 1.1.4 и в табл. 1.1.1.

Рис. 1.1.4. Образцы приборов БИБ.

Таблица 1.1.1 Технические характеристики приборов БИБ

Характеристики БИБ	Модификации БИБ
	КИ34-2А	КИНД 34-020	КИНД 34-027	КИНМ 34-001	КИНМ 34-002	КИНД 234-011	КИНД 34-027-01
Год создания	1985	1997	1999	1999	1999	2002	2002
Головное предприятие	«Энергия», ГКНЦ им. Хруничева	РКК «Энергия»	НПО ПМ	КНР	КНР	НПО им. Лавочкина	НПО ПМ
Число измерительных каналов (гидроблоков)	3	4	4	3	6	6	4
Диапазон, град/с	6	0,5	0,5	1,0	0,5	0,08	0,04
Масштабный коэффициент (дискрет информации), угл.с	2,2	0,036	0,040	0,3	0,07	0,008	0,04
Стабильность масштабного коэффициента, %	0,03	0,005	0,005	0,03	0,01	0,02	0,005
Стабильность нулевого сигнала, град/ч	0,03	0,003	0,003	0,01	0,01	0,01	0,003
Стабильность ориентации измерительных осей, угл. с	60	30	30	45	30	30	30
Ресурс, ч	30000	100000	100000	50000	100000	100000	100000
Масса, кг	32	12,5	13,5	14	21	20	13,5

Сравнение БИБ с зарубежными аналогами

Одна из последних модификаций БИБ - КИНД34-020 - по всем основным параметрам является лучшим в России представителем прецизионных измерителей угловой скорости, предназначенных для бесплатформенных инерциальных систем КА.

Таблица 1.1.2 Сравнительная характеристика БИБ КИНД34-020 и инерциального блока RSU

В табл. 5.1 приведены основные технические параметры приборов КИНД34-020 и инерциального блока RSU, созданного в США для системы управления космическим телескопом «Хаббл» (официальный пресс-кит NASA называет хаббловские гироскопы наиболее точными в мире).

По имеющимся данным, Франция, Германия, Япония, КНР приборов класса высокоточных БИБ не производят, т.к. не располагают соответствующими прецизионными чувствительными элементами.

Сравнительный анализ имеющейся информации по бесплатформенным инерциальным блокам, созданным за рубежом, показывает, что по основным своим параметрам прибор КИНД34-020 не только не уступает зарубежным аналогам прибора, но и во многом превосходит их. Кроме того, отечественный БИБ стоит существенно дешевле зарубежных аналогов.

Все это свидетельствует о высокой конкурентоспособности отечественных БИБ.

Избыточные системы с чувствительными элементами, основанными на других физических принципах.

Применяются и другие типы чувствительных элементов. Так в статье «Разработка конфигурации бесплатформенного инерциального блока с избыточным количеством чувствительных элементов» с целью обеспечения высокой надежности измерения в условиях отказа отдельных датчиков, максимальной точности оценки параметров движения, удобства и уменьшения времени калибровки прибора предлагается применить конструкцию основания БИБ в виде усеченной правильной шестиугольной усеченной пирамиды, на боковых гранях которой размещены чувствительные элементы - микромеханические вибрационные гироскопы-акселерометры. Для калибровки одного чувствительного элемента необходимо задать его оси чувствительности две ориентации (“вверх”, “вниз” - для акселерометров), для калибровки блока с тремя четырьмя, пятью, шестью чувствительными элементами достаточно также задать всего две ориентации блока, что позволит откалибровать все датчики сразу. Это сократит время калибровки во столько раз, сколько БИБ содержит чувствительных элементов, и тем самым уменьшит стоимость прибора.

Northrop Grummans SIRU-Core (рис.1.1.5) является непосредственно избыточным инерциальным отсчетным блоком (ИОБ) разработанным для проведения непрерывных высокоточных измерений в космосе в течении долгого периода времени. Один блок SIRU обеспечивает полную избыточность, состоит из четырех полусферических резонаторных гироскопов (ПРГ), двух модулей датчика электроники и двух источников питания. Совокупность ультравысокой высокой надежности ПРГ, использование высоконадежной электроники и сохранение работоспособности прибора при отказе отдельных элементов позволяет SIRU непрерывно работать более чем 15 лет в космосе с предполагаемой надежностью 0.995.

Northrop Grummans SIRU-Dual String [5] (рис.1.1.6) состоит из двух идентичных 3-осных ИОБ в одном корпусе и применяется в космических кораблях. Избыточность управляется компьютером космического корабля, включая обнаружение ошибки.

Рис.1.1.5. SIRU-Core Рис.1.1.6. SIRU-Dual String

Измеритель угловой скорости [6] (рис.1.1.7) на основе волоконно-оптического гироскопа в комплекте с кварцевыми акселерометрами фирмы «Антарес» представляет собой четырехканальную бесплатформенную инерциальную систему ориентации и навигации с оптимальным расположением чувствительных элементов, собственным бортовым компьютером и магистральным каналом обмена с аппаратурой системы управления движением КА.

Рис.1.1.7. Измеритель угловой скорости

В заключение, хочу сказать, что, не смотря на огромное разнообразие ЧЭ, “поплавковый гидроблок сохраняет перспективу из-за уникального сочетания наивысших показателей во всем основным параметрам точности (дрейф нуля, стабильность масштабного коэффициента, чувствительность, низкая шумовая составляющая) в сочетании с ресурсом (до 15 и более лет)”.

1.2 Конструкция и принцип действия прибора ИУС-М

Блоки с избыточным числом инерциальных датчиков, защищенные от ограниченного числа неисправностей, используются в настоящее время в целом ряде космических систем. Ожидается, что данная система заменит на борту КА «Союз - ТМА» в системе управления использующиеся в настоящее время три комплекта приборов КХ97-010М (классическая система «троирования»). Это позволит снизить стоимость системы и повысит ее эффективность. Важным моментом является возможность использования в ИУС-М электронных устройств, обеспечивающих формирование выходного сигнала с заданной точностью и выдачу их соответственно в БЦВМ и систему телеизмерения.

Рис.1.2.1. Общий вид прибора ИУС-М

При разработке измерительной системы для формирования дискретного выходного сигнала применяется датчик первичной информации с аналоговым контуром обратной связи и преобразованием типа «напряжение - цифровой код» (ПНК) для формирования дискретного выходного сигнала. Преобразование сигнала в этом случае позволяет использовать в цепи обратной связи аналоговый усилитель обратной связи, схемные решения которого достаточно хорошо отработанны. Кроме того, формирование аналоговых сигналов не вызывает технических затруднений.

Учитывая универсальность настроек входных каскадов данного блока преобразования информации примем единую схему БПИ для всех измерительных каналов.

В соответствии с требованиями технического задания, разрабатываемый аналоговый усилитель обратной связи в цепи «ДУ-ДМ» измерительных каналах ДУСов обеспечивает астатический режим работы привода по углу прецессии. Такой контур обратной связи существенно снижает влияние на работу прибора перекрестных связей.

Измеритель угловых скоростей выполнен в виде двух неортогональных троек чувствительных элементов, объединенных в общем корпусе и электронных блоков, обеспечивающих его работу. Прибор содержит три группы чувствительных элементов и электронных блоков.

Измерительных канал предназначен для измерения проекций векторов абсолютных угловых скоростей объекта на соответствующие оси, связанные с объектовой системой координат, и формирования дискретных и аналоговых выходных сигналов.

В состав измерительного канала входят: чувствительный элемент - гироскопический поплавковый двухстепенный датчик угловой скорости; аналоговый усилитель обратной связи, обеспечивающий формирование тока обратной связи в датчике момента ДУСа и выдачу в систему управления аналогового выходного сигнала в виде напряжения постоянного тока, о величине и знаке которого можно судить о входной угловой скорости; блок преобразования информации (БПИ), обеспечивающий формирование дискретного выходного сигнала в виде унитарного кода о величине и знаке тока обратной связи в датчике момента, первичный источник питания (ПСП) и вторичный источник питания (ВИП).

Блок БПИ представляет собой преобразователь типа “напряжение- цифровой код”.

Блок БКУ предназначен для формирования сигналов компенсации систематических составляющих скорости дрейфа ДУСов, не зависящих от ускорения.

Источник вторичного напряжения (ВИП) обеспечивает питание электронных блоков, а так же питание схемы формирования тестового смещения и сигнала компенсации систематической составляющей скорости дрейфа ДУСов, не зависящих от ускорения (БКУ).

Питание БИНС осуществляется от бортового источника постоянного напряжения 27В.

Датчиком первичной информации канала измерения угловой скорости является поплавковый датчик угловой скорости.

Датчик угловой скорости предназначен для измерения угловой скорости объекта вокруг одной из его координатных осей и выдачи электрического сигнала, пропорционального по величине и соответствующего по знаку угловой скорости. Датчик угловой скорости представляет собой поплавковый двух степенной ДУС с гидроузлом с прецизионными опорами и комбинированным датчиком угла и датчиком момента.

Внутренняя полость заполнена вязкой жидкостью Бл-П ТУ6-01-935-74, которая снимает трение в опорах и демпфирует гидроузел.

Наружная цилиндрическая поверхность корпуса поплавкового гироузла и внутренняя поверхность корпуса имеют 12 продольных выступов, осуществляющих лопастное демпфирование.

За счет этого существенно увеличился коэффициент жидкостного демпфирования при сравнительно небольшой вязкости поддерживающей жидкости по сравнению с традиционным демпфированием с помощью гладких цилиндров.

Изменение температуры компенсируется сильфоном.

В приборе (рис.1.2.2) установлены: индукционный датчик угла и магнитоэлектрический датчик момента, конструктивно объединенные в одну сборку ДУМ-036, обмотка возбуждения ДУ, постоянный магнит и магнитопровод расположены на неподвижной части прибора - крышке. Магнитопровод является общим, как для датчика угла, так и для датчика момента.

Рис 1.2.2. Схема датчика угловой скорости с электрической пружиной: ДУ - датчик угла; ДМ - датчик момента; ГД - гидравлический демпфер, Х0Y0Z0 - оси, связанные с корпусом; Y, Z - оси, связанные с рамкой

Сигнальная обмотка ДУ, обмотка управления и обратной связи ДМ расположены на одном корпусе ротора комбинированного датчика угла и момента в торцевой части гидроузла.

Принцип действия датчика угловой скорости основан на свойстве двухстепенного гироскопа: совмещать вектор кинетического момента Н с вектором входной угловой скорости .

При действии угловой скорости на двухстепенный гироскоп возникает гироскопический момент М_г, вектор которого направлен по оси подвеса рамки, а величина определяется отношением:

.

Под действием гироскопического момента М_г рамка с гиромотором будет поворачиваться вокруг ОХ в направлении, указанном стрелкой, пока векторы Н и не совпадут.

Повороту гидроузла препятствуют:

Упругий момент, пропорциональный углу поворота гидроузла, создаваемый электрической пружиной.

Демпфирующий момент, пропорциональный угловой скорости поворота гидроузла (лопастное демпфирование).

Инерционный момент, пропорциональный угловому ускорению гидроузла относительно его оси вращения.

Момент помех (момент трения, момент тяжения и др.).

Уравнение движения с точностью до момента помех:

(1.2.1)

где I - момент инерции поплавкового гидроузла относительно оси ОХ;

b - коэффициент демпфирования, удельный демпфирующий момент;

k - жесткость электропружины;

- угловое ускорение гидроузла относительно корпуса прибора;

- угловая скорость гидроузла относительно корпуса прибора;

- угол поворота гидроузла относительно корпуса прибора.

Принцип работы:

При воздействии на прибор угловой скорости гидроузел придет в движение, и будет поворачиваться, жестко связанный с ним, ротор датчика угла.

В результате поворота в обмотках ДУ появится электрическое напряжение, величина и фаза которого зависят от величины угла и направления поворота гидроузла относительно нулевого положения.

Это напряжение поступает на вход фазочувствительного усилителя, где усиливается и преобразуется в постоянный ток, величина и полярность которого определяются величиной и фазой сигнала датчика угла.

В цепь нагрузки усилителя включена обмотка датчика момента, жестко связанная с гидроузлом.

При протекании по обмоткам ДМ тока определенной величины и полярности, возникает момент, который накладывается на гироузел.

Величина этого момента пропорциональна току усилителя, и, следовательно, по величине и полярности тока можно определить величину и направление угловой скорости.

В общем случае этот момент определяется выражением:

(1.2.2)

Или

(1.2.3)

где М_пр - противодействующий момент;

k₁ - крутизна характеристики датчика момента;

i - ток в обмотке датчика момента.

В соответствии с (1.2.3) для установившегося положения гироузла, а так же , где k₃ - коэффициент усиления УОС; U_ДУ - выходное напряжение датчика угла:

(1.2.4)

где k₂ - крутизна характеристики ДУ;

Имеем:

; ;

где k₁k₂k₃ - жесткость электропружины:

(1.2.5)

(1.2.6)

где - крутизна выходной характеристики потоку;

- крутизна выходной характеристики по углу.

2. Математическое моделирование

2.1 Математическая модель прибора ИУС-М. Вывод матрицы направляющих косинусов

Прибор ИУС-М представляет собой гексаду первичных измерителей, оси чувствительности которых ориентированы по образующей конуса с углом полураствора 54,7356 и развернутых друг относительно друга на углы, кратные 60 [7]. Прибор состоит из 6 прецизионных поплавковых датчиков угловой скорости [10]. Расположение первичных измерителей и ориентация их осей чувствительности показаны на рис.2.1.1.

Рис.2.1.1

Покажем вывод матрицы направляющих косинусов прибора ИУС-М при помощи эйлеровых разворотов оси чувствительности каждого ИК [8,9]. На рис.2.1.2 эти развороты осуществляются для оси чувствительности измерительного канала №1.

Рис.2.1.2.

Здесь '₁=3515'52” - угол, дополнительный к углу полураствора конуса =54,7356 .

Измерительный канал №1. Запишем матрицу перехода от системы координат (СК) XYZ к :

(2.1.1)

Матрица перехода из СК к :

(2.1.2)

Матрицу перехода из СК XYZ к получим из выражения:

(2.1.3)

Таким образом, матрицу направляющих косинусов для оси чувствительности 1 измерительного канала, связывающую системы координат XYZ и X²₁Y²₁Z²₁, обозначим А₁ и она имеет вид:

(2.1.4)

На рис. 2.1.3 эйлеровы развороты осуществляются для оси чувствительности измерительного канала №3.

Рис.2.1.3

Здесь угол ₃' тот же, что и в предыдущих случаях, а угол ₃ близок к 120. Матрица перехода от системы координат XYZ к системе координат X¹₃Y¹₃Z¹₃ имеет вид:

(2.1.8)

Матрица перехода от системы координат X¹₃Y¹₃Z¹₂ к системе координат X²₃Y²₃Z²₃ записывается следующим образом:

(2.1.9)

Осуществляя операцию умножения матриц, аналогичную предыдущим, получим матрицу направляющих косинусов для оси чувствительности ИК №3, связывающую системы координат XYZ и X²₃Y²₃Z²₃:

(2.1.10)

Рис.2.1.4

На рис.2.1.4 эйлеровы развороты осуществляются для оси чувствительности измерительного канала №5. Здесь угол ₅' тот же, что и в предыдущих случаях, а угол ₅ близок к 240

Матрица перехода от системы координат XYZ к системе координат X¹₅Y¹₅Z¹₅ имеет вид:

(2.1.14)

Матрица перехода от системы координат X¹₅Y¹₅Z¹₅ к системе координат X²₅Y²₅Z²₅ имеет вид:

Осуществляя операцию умножения матриц, аналогичную предыдущим, получим матрицу направляющих косинусов для оси чувствительности ИК №5, связывающую системы координат XYZ и X²₅Y²₅Z²₅:

(2.1.16)

Рис.2.1.5

На рис.2.1.5 эйлеровы развороты осуществляются для оси чувствительности измерительного канала №4. Здесь угол ₄' тот же, что и в предыдущих случаях, а угол ₄ близок к 180

Матрица перехода от системы координат XYZ к системе координат X¹₄Y¹₄Z¹₄ имеет вид:

(2.1.11)

Матрица перехода от системы координат X¹₄Y¹₄Z¹₄ к системе координат X²₄Y²₄Z²₄ имеет вид:

(2.1.12)

Осуществляя операцию умножения матриц, аналогичную предыдущим, получим матрицу направляющих косинусов для оси чувствительности ИК №4, связывающую системы координат XYZ и X²₄Y²₄Z²₄ :

(2.1.13)

Рис.2.1.6

На рис.2.1.6 эйлеровы развороты осуществляются для оси чувствительности измерительного канала №2. Здесь угол ₂' тот же, что и в случае измерительного канала №1, а угол ₂ близок к 60.

Матрица перехода от системы координат XYZ к системе координат X¹₂Y¹₂Z¹₂ имеет вид:

(2.1.5)

Матрица перехода от системы координат X¹₂Y¹₂Z¹₂ к системе координат X²₂Y²₂Z²₂ имеет вид:

(2.1.6)

Осуществляя операцию умножения матриц, аналогичную (2.1.3), получим матрицу направляющих косинусов для оси чувствительности ИК №2, связывающую системы координат XYZ и X²₂Y²₂Z²₂:

(2.1.7)

Рис.2.1.7

На рис.2.1.7 эйлеровы развороты осуществляются для оси чувствительности измерительного канала №6. Здесь угол ₆' тот же, что и в предыдущих случаях, а угол ₆ близок к 300. Матрица перехода от системы координат XYZ к системе координат X¹₆Y¹₆Z¹₆ имеет вид:

(2.1.17)

Матрица перехода от системы координат X¹₆Y¹₆Z¹₆ к системе координат X²₆Y²₆Z²₆ имеет вид:

(2.1.18)

Осуществляя операцию умножения матриц, аналогичную предыдущим, получим матрицу направляющих косинусов для оси чувствительности ИК №6, связывающую системы координат XYZ и X²₆Y²₆Z²₆ :

(2.1.19)

Прямая матрица направляющих косинусов для прибора БИЛУ имеет размерность 63 и составляется из третьих строк матриц А₁ - А₆:

(2.1.20)

В матрице А углы _i i=1 - 6 - углы, дополнительные к углу полураствора конуса, т.е. _i=3515'52”. В матрицу А вносят фактические значения угла _i. Теоретические значения углов _I = 0, ₂ = 60, ₃ = 120, ₄= 180, ₅ = 240, ₆ = 300. В матрицу А вносят фактические значения _i, при этом учитывают с получающимся знаком, 10 знаков после запятой. Идеальная прямая матрица А для осей чувствительности гексады имеет вид (при _i=3515'52”, _I = 0, ₂ = 60, ₃ = 120, ₄= 180, ₅ = 240, ₆ = 300):

Матрица А для осей чувствительности гексады при допустимой трубке на взаимную ориентацию осей чувствительности:

• Обратная матрица находится из соотношения:
• М=(А^ТА)^-1А^Т
• 2.2 Математическая модель ДУС - чувствительного элемента
• В настоящем разделе приводится описание математической модели измерительного канала прибора КХ34-021 [11], содержащего гироблок КХ79-060, усилитель обратной связи УОС-096 и аналого-цифровой преобразователь типа БПИ-190.

Параметры гидроблока КХ79-060 сведены в таблицах 2.2.1 и 2.2.2.

Таблица 2.2.1

Параметр	Величина	Размерность
Н	65 + 3	гссмс
J	0,286 + 0,028	гссмс2
Кду	2,5 + 15% (8,6+15%)	мВ/дуг.мин (В/рад)
Кдм	775 + 75	гссм/А

В табл. 1 введены обозначения:

Н, J - кинетический момент гироскопа и момент инерции поплавковой гирокамеры (гироузла), соответственно;

К_ду, К_дм - крутизна характеристик датчика угла (ДУ) прецессии и датчика момента (ДМ), соответственно.

Величина коэффициента жидкостного демпфирования (n) движений поплавковой гирокамеры, в условиях меняющейся от -5С до +50С температуры, приведена в табл. 2.2.2.

Таблица 2.2.2

Температура, град	0	+25	+40
n, гссмс	70	33,114,4	18,86,3

Диапазон входной угловой скорости _вх - 6 ^…/с.

Блок-схема измерительного канала прибора КХ34-021 приведена на рис.2.2.1.

Рис.2.2.1. Блок-схема измерительного канала прибора КХ34-021

На Рис.2.2.2 приведена электрическая схема (упрощенная) усилителя обратной связи УОС-096, содержащего полосовой усилитель ПУ с дифференциальным выходом, выполненный на основе микросхемы АD822ARM, фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, выполненный по схеме двойного синхронного детектирования на базе микросхемы АDG451BR, управляемой синхроимпульсами Сu1 и Сu2, пропорционально-интегральный корректирующий контур КК, выполненный на основе микросхемы ОРА2177R, суммирующий интегродифференцирующий усилитель мощности УМ, выполненный на основе транзисторов 2Т664А9, 2Т665А9 и микросхемы АD822ARM, активный фильтр 2-го порядка Ф (фильтр Баттерворта на основе микросхемы АD822ARM).

Генератор синусоидального напряжения питания ДУ) частотой f_ду выполнен по схеме полосового усилителя на базе микросхемы АD820AR и транзисторов 2Т664А9, 2Т665А9.

Рис.2.2.2. Электрическая схема (упрощенная) усилителя УОС-96

На Рис.2.2.3 приведена схема включения обмотки обратной связи датчика момента ДМ (резистор R_дм) с добавочным резистором R_доб и термошунтом (резистор R_ш) при компенсации температурного изменения крутизны датчика момента К_дм, и, тем самым, стабилизации масштабного коэффициента

,

где К_ш - коэффициент передачи схемы для тока i_дм.

Рис. 2.2.3. Схема компенсации температурного изменения К_ДМ

На Рис. 2.2.1 2.2.3 приняты следующие обозначения:

_вх - входная угловая скорость;

М_г , М_дм - гироскопический момент и момент датчика момента ДМ,

действующие по оси прецессии гироузла (поплавковой гирокамеры);

, U_ду - угол процессии гироузла и напряжение с датчика угла ДУ;

J_дм - суммарный ток через обмотку обратной связи датчика момента и термошунт (при компенсации температурного изменения масштабного коэффициента К_ДУС , ) ;

U_ум, U_вых - напряжение с измерительного резистора R₃₃ и фильтра 2-го порядка Ф в УОС-096 (соответственно, с выхода усилителя мощности УМ и с аналогового выхода измерительного канала);

U_к1, U_к2 - напряжение на входах усилителя мощности УМ;

U_д⁺, U_д- - напряжение на выходе синхронных детекторов;

U_пу⁺, U_пу- - напряжение на дифференциальных выходах предваритель-

ного усилителя ПУ.

Математическая модель датчика угловой скорости КХ79-060 - УОС-096 для расчета амплитудных и фазочастотных характеристик (АФЧХ) формируется в виде передаточных функций [20] в соответствии с дифференциальными уравнениями движения гироузла (обозначения аналогичны принятым в таблице 2.2.1) :

J + n + С_ос = Н _вх (2.2.1)

где С_ос - жесткость контура обратной связи, определяется крутизной ДУ, ДМ, передаточными функциями функциональных узлов УОС-096 и коэффициентом передачи схемы компенсации (Рис.2.2.3).

При введении символа дифференцирования имеем

( J s² + n s + С_ос) = Н _вх (2.2.2)

Следовательно, символическая форма (операторная форма при нулевых начальных условиях, где s - символ преобразования Лапласа) уравнения движения гироузла имеет вид:

(2.2.3)

На Рис.2.2.4 в соответствии с операторной формой (2.2.3) и Рис. 2.2.1 2.2.3, приведена структурная схема математической модели ДУС.

Рис. 2.2.4. Структурная схема математической модели ДУС (для расчета АФЧХ)

Согласно Рис. 2.2.4 жесткость (передаточная функция) контура обратной связи имеет вид:

, (2.2.4)

где K_пу = W_пу - коэффициент передачи предварительного усилителя ПУ , при этом передаточная функция предусилителя ПУ (Рис.2.2.2) имеет вид:

(2.2.5)

при С₂=С₃, С₅=С₆, R₆=R₇ (Рис.2.2.2) имеем:

, ,

- передаточная функция ФЧВ имеет вид:

(2.2.6)

при R₁₀=R₁₁, R₁₆=R₁₇, С₁₅=С₁₇, С₈=С₉, f_ду имеем

,

где _си - длительность синхроимпульсов Си1, Си2.

- передаточная функция корректирующего контура КК имеет вид:

(с учетом R_ш , С_ш)

W_кк = W_кк1 + W_кк2(2.2.7)

где W_кк1 =, W_кк2 =,

передаточная функция усилителя мощности УМ для тока J_дм имеет вид (при R₂₄ = R₂₅, С₂₁ = С₂₂):

W^J_ум (2.2.8)

- передаточная функция усилителя мощности УМ для тока J_дм по напряжению U_у c выхода транзисторной схемы УМ имеет вид:

W_ум (2.2.8а)

(2.2.8б)

- полное сопротивление эталонного резистора (нагрузки усилителя

мощности УМ, без учета фильтра Ф):

Z_ум = (2.2.9)

- передаточная функция фильтра Ф имеет вид:

(2.2.10)

- коэффициент передачи для тока i_дм по току J_дм, в схеме компенсации

температурного изменения крутизны К_дм имеет вид:

К_ш = (2.2.11)

при этом температурная зависимость имеет вид:

(2.2.12)

где - сопротивление обмотки обратной связи датчика момента ДМ, добавочного и шунтирующего резисторов при 0 С;

- температурные коэффициенты сопротивлений .

Температурная зависимость крутизны датчика момента ДМ имеет вид:

(2.2.13)

где - крутизна при 0С и температурный коэффициент датчика момента ДМ.

Компенсация температурного изменения крутизны К_дм и, тем самым, стабилизация заданного значения масштабного коэффициента обеспечивается в рабочем диапазоне температур, с учетом ограничения на паспортное значение крутизны датчика момента ДМ:

К⁰_дм > , гссм/А(2.2.14)

при этом минимально возможную погрешность стабилизации предполагается обеспечить выбором (при заданном и ).

Значение сопротивления выбирается с учетом условия:

(2.2.15)

Значение определяется из выражения:

(2.2.16)

Значение масштабного коэффициента К_ДУС, в заданном диапазоне температур, определяется из выражения:

, (2.2.17)

Значения , считаются оптимальными, если в заданном диапазоне температур погрешность стабилизации масштабного коэффициента ДУС будет минимальной.

Погрешность стабилизации определяется согласно соотношения:

(2.2.18)

Расчет погрешности К_ДУС осуществляется в следующей последовательности:

- определяются значения ,

при этом, - паспортные значения сопротивления обмотки обратной связи и крутизны датчика момента при номинальной температуре С;

- определяется по выражению (2.2.15) значение (минимально допустимое значение ;

- задается максимальное значение и шаг ;

- определяются от нижнего до верхнего значения температуры (с шагом ) значения - по выражению (2.2.12), значение - по выражению (2.2.20), значение К_ш - по выражению (2.2.11), значение К_дм - по выражению (2.2.13), значение К_дус - по выражению (2.2.17), значение К_ДУС% по выражению (2.2.18).

Расчетные значения К_ш, R_ш, R_дм, R_доб, суммарного сопротивления R^ш_дм (Рис.2.2.3) и R_огр (Рис.2.2.2), крутизны датчика момента (К_дм), а также погрешность стабилизации К_дус, в условиях меняющейся температуры от -5С до +50С, приведены в таблице 2.2.3 ( при шаге = 5C, _дм = 4,3510^-3 1/град, _доб = 0,310^-4 1/град, _ш = 5,0110^-3 1/град, _Кдм =4,2110^-4 1/град, Н=65 гссмс, К^ном_дус =2 , ^max_вх =6 ^…/с, U ^max_у =12в).

Таблица 2.2.3

Температура, С	0С	+25С	+50С
Rш, Ом	351,57	395,61	439,64
Rдм, -//-	126,27	140,0	153,73
Rдоб, -//-	7,616	7,622	7,628
Rшдм, , -//-	96,96	107,5	118,04
Кш,	0,7242	0,7282	0,7315
Rогр, , Ом	803,04	792,49	781,96
Кдм, гссм/А	783,24	775	766,76
Кдус,%	0	0,503	1,13

Из анализа таблицы 2.2.3 следует, что погрешность стабилизации К_дус составляет (0 1,13)%. Снижение погрешности стабилизации наблюдается при увеличении R⁰_ш; снижение погрешности стабилизации при номинальной температуре обеспечивается при значениях параметров, полученных при 0С.

При этом, значение R_огр определяется из выражения:

, Ом (2.2.19)

где , Ом (2.2.20)

, мА (2.2.21)

Для расчета АФЧХ определяются, из структурной схемы математической модели ДУС (Рис.2.2.4) с учетом (2.2.4), следующие передаточные функции:

- передаточная функция разомкнутой цепи:

W_р.с. = (2.2.22)

- передаточная функция для тока J_дм по скорости _вх :

Ф= , (2.2.23)

передаточная функция для напряжения U_вых по скорости _вх :

Ф = 10 ^-3Z_умW_ф Ф , (2.2.24)

- передаточная функция для угла по скорости _вх :

Ф= , (2.2.25)

Передаточная функция генератора (полосового усилителя) напряжения питания ДУ определяется в соответствии с (Рис.2.2.2) и имеет вид:

(2.2.26)

где К_Г =,

,

,

3. Расчетно-конструкторская часть

3.1 Расчет ДУ, ДМ (ДУМ-031)

3.1.1 Описание конструкции и основные параметры ДУМ-031

Датчик ДУМ-031 выполняет функции датчика угла (ДУ) и датчика момента (ДМ) и предназначен для эксплуатации в составе прибора КХ79-060 в качестве преобразователя угла поворота чувствительного элемента в электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна углу поворота чувствительного элемента, а фаза определяется направлением поворота, и в качестве преобразователя постоянного тока во вращающий момент, пропорциональный величине этого тока.

Основные геометрические размеры ДУМ приведены на рис.3.1.1, электрическая схема на рис. 3.1.2. Геометрические размеры ДУМ определялись из условий оптимального размещения его в малогабаритном датчике угловой скорости.

Конструктивно ДУМ-031 состоит из ротора (1), статора (2) и наружного магнитопровода (3).

Рис.3.1.1

Рис.3.1.2.

Статор датчика представляет собой шихтованный магнитопровод, набранный из листов трансформаторной стали, на котором размещены обмотки возбуждения (4) ДУ и восемь магнитов (5) ДМ, выполненных из магнитотвердого высококоэрцитивного сплава ЮНДКТ5БА.

Ротор (1) датчика представляет собой цилиндрический немагнитный каркас, на котором размещены четыре катушки сигнальной обмотки ДУ и четыре катушки двух обмоток ДМ.

Наружный магнитопровод (3) выполнен из магнитомягкого материала.

Статор датчика и наружный магнитопровод закреплены на неподвижной части прибора, ротор - на подвижной части прибора.

По принципу действия трансформаторный ДУ представляет собой трансформаторный датчик рамочного типа. При подключении обмотки возбуждения к источнику переменного тока в магнитопроводе датчика и в воздушном зазоре возникает переменное магнитное поле, которое пронизывает катушки сигнальной обмотки, находящиеся в воздушном зазоре, и индуцирует в них ЭДС. Катушки сигнальной обмотки включены последовательно встречно в каждой паре и последовательно согласно между парами. В исходном (нулевом) положении датчика катушки ротора располагаются симметрично относительно магнитопровода и величины ЭДС, индуцируемые в них переменным магнитным потоком, будут одинаковыми и выходные (вторичные) напряжения датчика благодаря встречному включению сигнальных катушек в паре будут равны нулю. При повороте ротора в ту или другую сторону от нулевого положения потокосцепление одной из сигнальных катушек в каждой паре увеличивается (или уменьшается), а потокосцепление другой катушки в каждой паре - уменьшается (или увеличивается).

Вследствие этого нарушается равенство индуцируемых в катушках ЭДС и на выходе сигнальной обмотки появляется результирующая ЭДС, амплитуда и фаза которой определяется величиной и направлением поворота ротора.

По принципу действия датчик момента относится к магнитоэлектрическим датчикам момента постоянного тока. Вращающий момент в магнитоэлектрическом датчике момента создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводников с током, находящихся в этом поле. В датчике момента магнитное поле создается 8 постоянныыми магнитами. В воздушном зазоре между магнитом и наружным экраном в зоне действия постоянного магнитного поля расположены катушки двух обмоток ДМ. При подаче на обмотки постоянного тока возникает вращающий момент, напрвленгие которого зависит от полярности подаваемого тока.

Основные электрические параметры ДУМ-031 приведены в табл.3.1.1

Таблица 3.1.1

Наименование параметра	Значение параметра по ТУ
Сопротивление постоянному току, Ом Датчик угла
А) обмотки возбуждения 10-11 Б) обмотки возбуждения 12-13 В) обмотки сигнальной 5-8	25,2 25,2 105,6
Датчик момента Г) обмотки управления 4-9 Д) обмотки обратной связи 6-9	64 64
Ток возбуждения Мощность, потребляемая ДУ (при U=10В, f=4096Гц), ВА Крутизна выходного напряжения ДУ, мВ/дуг.мин Остаточное напряжение, мВ Крутизна датчика момента, гс см/А	0,65 0,22 1,18 1,0
При включении А) обмотки управления 4-9 Б) обмотки обратной связи 6-9 Момент датчика в нулевом положеннии	49 49
при токе J=0,050 A, гс см а) при включении обмотки 4-9 б) при включении обмотки 6-9	2,47 2,47

3.1.2 Расчет датчика угла

Данные для расчета:

m₁ = 0,2см - ширина полюса магнитопровода;

n₁ = 0,35см - длина полюса магнитопровода;

M = 0,500 см - внешний диаметр катушки;

= 0,2 см - воздушный зазор;

h₁ = 0,270 см - высота катушки;

h₂ = 0,12 см - толщина сигнальной обмотки;

h₄ = 0,1 см - толщина стенки ярма;

₀ = 1,256 10^-8 Гн/см - магнитная проницаемость воздуха.

Расчет магнитной проводимости воздушного зазора.

Для определения магнитной проводимости воздушного зазора применен аналитический метод расчета магнитных проводимостей и метод разбивки поля на простые фигуры.

Картина разбивки поля магнита на силовые трубки простой геометрической формы приведена на рис.3.2.1.

Рис.3.1.3

Величины магнитных проводимостей этих областей определяются по формулам:

Поставив в формулы для расчета магнитных проводимостей числовые значения входящих в них величин, получим:

Суммарная магнитная проводимость воздушного зазора:

Расчет обмотки возбуждения

Поперечное сечение стержня магнитопровода с катушкой возбуждения изображено на рис.3.1.4.

Высота намотки выбрана равной 2,7 мм, толщина изоляции 0,1 мм, толщина намотки 1,3 мм (без учета изоляции). Наружный слой изоляции на рис.3.1.4 не показан.

Средний виток обмотки возбуждения изображен пунктирной линией.

Рис.3.1.4.

Площадь окна катушки возбуждения

s₁ = 1,3 2,7 = 3,51 мм²

Диаметр провода обмотки возбуждения.

Выбираем провод ПЭТВ-2 0,071 мм (с изоляцией 0,094мм).

Число витков обмотки возбуждения

где s_OB - площадь сечения провода обмотки возбуждения, мм².

k'₃ - коэффициент заполнения катушки.

Величина k'₃ берется из специальных таблиц или определяется экспериментально (k'₃=0,41).

Из технологических соображений берем число витков обмотки возбуждения W_OB=360витков.

Длина среднего витка катушки обмотки возбуждения (определяется из рис.3.1.4)

Общая длина одной обмотки возбуждения

Сопротивление постоянному току одной обмотки возбуждения

где - удельное сопротивление провода (для медного провода )

Индуктивность одной обмотки возбуждения

Индуктивное сопротивление одной обмотки возбуждения

где f - частота напряжения возбуждения, Гц

Полное сопротивление одной обмотки возбуждения

Ток возбуждения

где - напряжение возбуждения, В (одной обмотки возбуждения)

Плотность тока в обмотке возбуждения

Коэффициент мощности

Полная потребляемая мощность

где - напряжение возбуждения (двух обмоток возбуждения)

Активная потребляемая мощность

(3.1.1)

Расчет сигнальной обмотки. Основные геометрические размеры катушек сигнальной обмотки, выбранные по конструктивно-технологическим соображениям, приведены на рис.3.1.5. Средний виток катушки сигнальной обмотки изображен пунктиром.

Рис.3.1.5.

Выбираем провод сигнальной обмотки ВЭБЖН 0,05 (0,07 с изоляцией).

Площадь окна каждой катушки сигнальной обмотки

Число витков каждой катушки сигнальной обмотки

где - коэффициент заполнения катушки сигнальной обмотки (, определен экспериментально),

- площадь сечения провода сигнальной обмотки, мм²

Берем W_OC = 240 витков.

Длина среднего витка катушки сигнальной обмотки

Общая длина обмотки одной сигнальной катушки

Сопротивление постоянному току сигнальной обмотки .(одной пары)

Крутизна холостого хода датчика угла

где - крутизна холостого хода датчика с двумя парами сигнальных катушек круглой формы, мВ/дуг.мин,

f - частота напряжения возбуждения, Гц,

- магнитная проницаемость воздуха, Гн/см,

- ток возбуждения, мА,

- число витков обмотки возбуждения,

- воздушный зазор, см,

- толщина сигнальной катушки, см,

- коэффициент заполнения катушки сигнальной обмотки,

- диаметр провода сигнальной обмотки по меди, см,

- средний радиус поворота сигнальной обмотки, см,

R - наружный радиус катушки сигнальной обмотки, см

r - внутренний радиус катушки сигнальной обмотки, см.

Учтем увеличение крутизны датчика за счет использования сигнальных катушек овальной формы введением коэффициента К=1,7.

Крутизна датчика s_Н при нагрузке сигнальной обмотки сопротивлением

R_H = 10000 Ом

Крутизна датчика при нагрузке сигнальной обмотки определяется при помощи схемы замещения сигнальной обмотки с учетом внутренних сопротивлений R_OC, X_LOC и сопротивления нагрузки R_H, приведенной на рис.3.1.6.

Рис.3.1.6

где - индуктивное сопротивление одной пары сигнальных катушек

Индуктивное сопротивление сигнальной обмотки (одной пары)

где - коэффициент трансформации датчика;

- индуктивное сопротивление одной пары сигнальных катушек

При угле поворота ротора 1 дуг.мин от нулевого положения коэффициент трансформации определяется как отношение крутизны холостого хода датчика в вольтах к величине напряжения питания датчика:

Крутизна датчика при нагрузке в цепи сигнальной обмотки

3.1.3 Расчет датчика момента

Момент, развиваемый датчиком, определяется силой, возникающей при взаимодействии тока в активных частях обмотки ротора с полем, создаваемым магнитом в воздушном зазоре.

Расчетной формулой, определяющей момент этого взаимодействия, будет

где - крутизна холостого хода датчика с двумя парами сигнальных катушек круглой формы, мВ/дуг. мин,

- ток в обмотке ротора, А;

- число катушек обмотки ротора;

- число витков одной катушки;

- диаметр ротора по катушкам, см;

- расчетная длина активных сторон катушек ротора, см (равная ширине магнита).

Расчет момента, создаваемого датчиком, состоит из определения оптимальных конструктивных параметров обмоток ротора и определения индукции в воздушном зазоре в выбранной магнитной системе с целью получения максимально возможного значения выходного момента.

Данные для расчета

Основные геометрические размеры приведены на рис.3.1.1.

- число полюсов датчика момента

- высота магнита

- ширина магнита

- радиус ротора по магнитам

- воздушный зазор

- угол между магнитами.

Картины разбивки магнита на силовые трубки простой геометрической формы приведены на рис.3.1.7. Проводимость рабочего воздушного зазора и путей рассеяния подсчитываются по известным эмпирическим формулам.

Определение суммарной геометрической проводимости элементарного магнита

Проводимость рабочей зоны воздушного зазора

Проводимость рассеяния

(Величины R' и r' определены по рис.3.1.7 )

где

Рис.3.1.7

Рис.3.1.8

Суммарная проводимость элементарной магнитной системы вычисляется в соответствии с эквивалентной схемой магнитной системы, представленной на рис.3.1.8.

Учитывая, что в формулах для расчета проводимостей отражены основные области магнитного поля, учтем оставшиеся области введением экспериментального коэффициента 1,2.

Сечение полюса элементарного магнита

Длина средней линии элементарного магнита (из рис.3.1.1)

Коэффициент приведения проводимости

Приведенная суммарная проводимость

Угол наклона прямой, характеризующий размагничивающий фактор

По кривой размагничивания сплава ЮНДКТ5БА и прямой, проведенной под углом к оси абсцисс (рис.3.1.9) определяется значение индукции в нейтральной зоне магнита.

Рис.3.1.9

С целью стабилизации магнитов они должны быть подвергнуты частичному размагничиванию воздействием переменного магнитного поля с убывающей до нуля амплитудой и термообработке, состоящей из серии термоударов, с температурами несколько выше и несколько ниже эксплуатационных. После этих воздействий величина индукции в материале магнитов упадет, (примерно на 15%), так как угол подъема индукции по коэффициенту возврата ниже подъема по кривой размагничивания.

Магнитная система в датчике разомкнута и это приводит к снижению индукции в магните после намагничивания примерно на 30%.

Учитывая вышеуказанные факторы, ожидаемое значение индукции в нейтрали магнита составит

Коэффициент рассеяния магнитной системы

Величина магнитного потока в нейтральной зоне магнита

Величина магнитного потока в воздушном зазоре

Величина индукции в рабочем зазоре

Момент развиваемый датчиком

Расчет обмоток

Принципиальная электрическая схема обмоток приведена на рис.3.1.2.

Каждая из обмоток управления и обратной связи состоит из двух катушек, расположенных диаметрально противоположно. Все катушки идентичны и расположены под полюсами магнитов.

Основные геометрические размеры катушки приведены на рис.3.1.10.

Средний виток изображен пунктирной линией.

Рис.3.1.10.

Выбираем провод ВЭБЖН 0,063 мм (с изоляцией 0,085мм)

Окно, занимаемое катушкой

Размещение витков катушки:

в ряду ;

рядов .

Число витков катушки:

где - коэффициент заполнения, определенный экспериментально.

Принимаем

Число витков в обмотке

Длина среднего витка катушки ДМ

Общая длина обмотки катушки ДМ

Сопротивление постоянному току обмоток управления и обратной связи

где - удельное сопротивление провода, ;

- площадь сечения провода обмотки ДМ

Момент, развиваемый датчиком, при подключении одной обмотки (ОУ или ОС) при токе 0,05А

Крутизна датчика при включении одной обмотки

Определение степени насыщения наружного и внутреннего магнитопроводов

Величина индукции во внешнем магнитпроводе

где - величина магнитного потока в воздушном зазоре; - высота внешнего магниопровода; - толщина внешнего магнитопровода;

Величина индукции во внутреннем магнитопроводе

где - величина магнитного потока в нейтральной зоне магнита, см;

- высота внутреннего магнитопровода, см;

- толщина внутреннего магнитопровода, см.

Внешний и внутренний магнитопроводы выполнены из магнитомягкой стали типа 2421. Насыщение в соответствии с кривой намагничивания стали 2421 происходит при значении индукции порядка 1,5 - 1,8 Тл.

Полученные значения индукции в наружном и внутреннем магнитопроводах свидетельствуют о насыщенном состоянии материала магнитопроводов.

3.2 Расчет потребляемой мощности

Потребителями энергии в ДУС являются гиромотор, датчик угла и момента ДУМ-031, а также обмотки компенсации.

Предельно допустимое энергопотребление прибора КХ79-060.

Мощность, потребляемая гиромотором через 20 мин после включения питания, не должна превышать 4,5 Вт. В обмотках обратной связи и управления датчика момента допускается одновременное протекание тока 24 мА. В обмотке возбуждения датчика угла затрачивается не более 0,22 Вт при питании 10В 4096 Гц (см. п.3.1.2), а в обмотках компенсации - не более 0,002 Вт. Предельно допустимое энергопотребление прибора КХ79-060, таким образом, не превышает 6,5 Вт.

Предельно возможное энергопотребление прибора КХ79-060.

Датчик момента прибора КХ79-060 потребляет мощность по цепи обратной связи:

P_oc=I²R_oc, (3.2.1)

где P_oc - энергопотребление обмотки обратной связи;

I - ток в этой обмотке в режиме измерений;

R_oc=64 Ом (по результатам измерений);

I_max 24 мА (в режиме измерений при _max = 12^о/с),

тогда P_oc= 0,04 Вт.

По цепи управления потребляемая мощность равна мощности в цепи обратной связи, т.к. сопротивление обмотки управления R_oу 64 Ом равно сопротивлению обмотки обратной связи. Максимальная величина тока управления - 24мА, поэтому

Р_оу= I²R_oу (3.2.2)

Р_оу =0,024²64=0,04 Вт.

Предельно возможное энергопотребление прибора КХ79-060 составляет:

Р_пред=Р_гм+Р_ду+Р_ос+Р_оу (3.2.3)

После подстановки, получим:

Р_пред =4,5 Вт+0,22 Вт+0,04 Вт+0,04 Вт=4,80 Вт

3.3 Расчет коэффициента демпфирования

Коэффициент демпфирования определяется по формуле:

К_д=2,27 I Т₁Т₂/(К( Т₁+Т₂)), (3.3.1)

где I - величина тока в обмотке обратной связи;

Т₁ - время движения поплавкового гидроузла на угол под действием тока J;

Т₂ - время движения на угол под действием тока (-I);

К - крутизна характеристики обмотки обратной связи, причем

=(К_ду/U_ду)^-1;

2,27=2Н/57,3;

Н=65 гсмс=0,65 Hмс;

Н - кинетический момент.

При =0С: Т₁=100,7 с; Т₂=97 с; I=0,024 мА; К=1,95 мАс/: К_д=0,661Нмс. При =+40С: Т₁=27 с; Т₂=25 с; I=0,024 мА; К=1,95 мАс/: К_д=0,174Нмс.

3.4 Расчет момента инерции поплавкового гидроузла

Момент инерции поплавкового гидроузла определен в ориентировочном положении прибора КХ79-060 посредством поворотного стола с вертикальной осью вращения, по формуле:

где А - момент инерции поплавкового гидроузла, Hмс²;

- неизменный ток, задаваемый в обмотку обратной связи, =10 мкА;

_Т - ток, компенсирующий момент тяжения, _Т=-1,35 мкА;

Н=0,65 Нмс - кинетический момент ротора (гиромотор при испытаниине запущен); - время ускоренного поворота стола на угол в процессе отслеживания стола за движением поплавкового гироузла, =56 с.

3.5 Расчет масштабного коэффициента и погрешности масштабного коэффициента прибора

По техническому условию известно, что масштабный коэффициент прибора равен 1,35 угл.с/имп. Он определяется из соотношения:

. (3.5.1)

Известен диапазон измерения угловой скорости , тогда найдем из формулы (3.5.1) рабочую частоту, соответствующую исходной скорости

Отсюда найдем масштабный коэффициент АЦП блока преобразования информации (БПИ-190), как отношение частоты f на выходе к напряжению на входе (по ТЗ U_вх=6В):

. (3.5.2)

После подстановки, имеем:

Погрешность _пр масштабного коэффициента прибора вычисляется по формуле:

_пр=_ДУС+_р+_t+_вр+_к (3.5.3)

где _ДУС - погрешность крутизны выходной характеристики КХ 79-060 (0,2% -эксплуатационный допуск);

_р - точность регулирования масштабного коэффициента (0,01%);

_t - температурный дрейф масштабного коэффициента (0,15%);

_вр - временный дрейф масштабного коэффициента (0,051%);

_к - (0,0005% по техническому описанию к компаратору напряжений типа Р3003).

В таблице 3.5.1 приведены погрешности крутизны выходной характеристики прибора КХ 79-060 для различных этапов изготовления и во всем диапазоне рабочих температур прибора КХ 79-060.

Таблица 3.5.1 Погрешности крутизны выходной характеристики прибора КХ 79-060

Этап испытаний	Погрешности крутизны выходной характеристики, %
	При температуре
	Норм. Условия	50С	- 2С
Регулирование	0.15	0.15	0.15
Предъявительские	0.18
Приемо-сдаточные	0.18
Периодические	0.2	0.2	0.2
Эксплуатация	0.2	0.2	0.2

3.6 Расчет коэффициента усиления УОС-096

Коэффициент усиления по напряжению R₁ определяется как отношение напряжения на выходе по угловой скорости к току обратной связи, т.е.

, (3.6.1)

где - напряжение на выходе УОС-096 по угловой скорости, =6В;

- ток обратной связи, =0,024А.

После подстановки, имеем:

.

3.7 Расчет масштабного коэффициента УОС-096

Величина масштабного коэффициента прибора расчитывается по формуле:

К₁=R₁K10^-3 (3.7.1)

где R₁=250В/А - коэффициент усиления по напряжению УОС-096.

К=(20,2%)мАс/ - крутизна характеристики прибора КХ 79-060.

Подстановкой численных значений R₁ и К в формулу (3.7.1) получаем значение масштабного коэффициента 0,5 Вс/.

3.8 Анализ частотных характеристик и построение графиков переходных процессов ДУС

Результаты расчета и построения амплитудно-фазочастотных характеристик (АФЧХ) по передаточным функциям (2.2.22) (2.2.25) и передаточным функциям контура обратной связи (выражение (2.2.4)), предварительного усилителя ПУ (выражение (2.2.5)), фазочувствительного выпрямителя ФЧВ (выражение (2.2.6)), пропорционально-интегрального корректирующего контура КК (выражение (2.2.7)), суммирующего интегродифференцирующего усилителя мощности УМ (выражение (2.2.8)), усилителя мощности по напряжению с выхода транзисторной схемы VT1 VT4 (выражение (2.2.8a)), фильтра Баттерворта (выражение (2.2.10)) и генератора (полосового усилителя) напряжения питания ДУ (выражение (2.2.26)) приведены на Рис. 126 (Приложение).

На рис. 1а,б (2а,б и 3а,б) приведены ЛАЧХ и ФЧХ при расчете по передаточной функции (2.2.22) с разомкнутым контуром обратной связи при температуре +25С (-5С и +50С).

Из анализа рис. 1а,б (2а,б и 3а,б) следует, что измерительный канал прибора при температуре +25С (-5С и +50С) устойчивый и имеет запас по амплитуде - 15 Дб ( 17 Дб и 14 Дб ), запас по фазе 57 град (87 град и 45 град).

На рис. 4 (5 и 6) приведены АЧХ при расчете по передаточной функции (2.2.23) для тока J_дм по скорости _вх при температуре +25С (-5С и +50С).

Из анализа рис. 4 (5 и 6) следует, что при температуре +25С (-5С и +50С) масштабный коэффициент К_ДУС составляет 2,01 (1,999 и 2,023) при этом погрешность стабилизации К_ДУС ,% (выражение (2.2.18)) составляет 0,503% (0,08% и 1,13%), максимальное увеличение К_ДУС на резонансной частоте 6.7 Гц (4.4 Гц и 62 Гц) не более 1,06 (1,085 и 1,34) раза, полоса пропускания - не менее 118 Гц ( 83 Гц и 125 Гц).

На рис. 7а,б (8а,б и 9а,б) приведены АЧХ и ФЧХ при расчете по передаточной функции (2.2.24) для напряжения U_вых по скорости _вх при температуре +25С (-5С и +50С).

Из анализа рис. 7а,б (8а,б и 9а,б) следует, что при температуре +25С (-5С и +50С) масштабный коэффициент К_U по аналоговому выходу составляет ~ 1,003 (0,997 и 1,009 ), при этом максимальное увеличение на резонансной частоте 6,2 Гц (4.4 Гц и 11,5 Гц) не более 1,05 (1,08 и 1,07) раза, фазовый сдвиг напряжения U_вых составляет -27 град(-23 град и -46 град ), полоса пропускания f_п не менее 24 Гц (18 Гц и 28 Гц ), фазовый сдвиг напряжения U_вых на частоте f_п составляет -114 град (-94 град и -125 град).

На рис. 10 (11 и 12) приведены АЧХ при расчете по передаточной функции (2.2.25) для угла прецессии по скорости _вх при температуре +25С (-5С и +50С).Из анализа рис. 10 (11 и 12) следует, что при температуре +25С (-5С и +50С), резонансная частота для угла прецессии составляет ~ 7,4 Гц (6,2 Гц и 8,4 Гц), при этом амплитуда колебаний по углу составляет 4,8910^-3 град (4,83 10^-3 град и 4,94 10^-3 град) при амплитуде скорости 1 ^… /с, статическая ошибка отсутствует.

На рис.13 приведена АЧХ, построенная по передаточной функции (2.2.4), контура обратной связи.

На рис.14 а,б приведены АЧХ и ФЧХ, построенные по передаточной функции (2.2.5), предварительного усилителя ПУ. Из анализа рис.14 а,б следует, что на частоте питания ДУ (16 кГц) коэффициент усиления ПУ составляет не более 37,7, фазовый сдвиг +4 град.

На рис.15 приведена АЧХ фазочувствительного выпрямителя ФЧВ, построенная по передаточной функции (2.2.6).

На рис.16 приведена АЧХ построенная по передаточной функции (2.2.7) корректирующего контура КК.

На рис. 17 и 18 приведены АЧХ, построенные по передаточным функциям W^J_ум (выражение 2.2.8) и W^J/U_ум (выражение 2.2.8a) усилителя мощности.

На рис.19 приведена АЧХ, построенная по передаточной функции (2.2.10), фильтра Баттерворта.

На рис. 20а,б приведены АЧХ и ФЧХ, построенные по передаточной функции (2.2.26) генератора напряжения питания ДУ (полосового усилителя).

Из анализа рис. 20а,б следует, что на частоте питания ДУ (16 кГц) коэффициент усиления генератора составляет не более 3,7, фазовый сдвиг +15 град.

На рис. 2126 приведены графики скачка скорости _вх=6^…/с (рис.21), а также при температуре +25С графики переходного процесса по току J_дм (рис.22), напряжению U_вых (рис.23), напряжению U_у (рис.28), углу прецессии (рис.31) и частоте импульсов f_q+ c выхода АЦП (рис.26).

Из анализа рис.22 и рис.23 следует, что в установившемся состоянии ток J_дм (рис.23) и напряжение U_вых (рис.23) составляют ~12 мА и ~6 В в соответствии с АЧХ, приведенными на рис.4 и Рис.7а. При этом в переходном процессе напряжение U_у (рис.24) составляет не более 13 В.

Из анализа рис.25 следует, что при максимально возможном скачке скорости _вх= 6^…/с угол прецессии менее угла поворота до упора (_уп =1,5 град) и составляет ~ 0,03 град, что соответствует значению АЧХ (рис.10 на резонансной частоте). При этом в установившемся состоянии статическая ошибка по углу прецессии отсутствует.

Из анализа рис.26 следует, что в установившемся состоянии частота f_q+ импульсов q⁺ с выхода АЦП составляет 20300 21200 Гц, при этом согласно соотношения (73) расчетная частота f ^расч_q составляет 20711 Гц .

На рис.27 приведен график, характеризующий среднее значение частоты F_q+ в интервале от 0,15 с до 0,17 с. Из анализа Рис.33 следует, что значение F_q+ на момент 0,17 с составляет 20735 10 Гц (f ^расч_q =20711Гц).

На рис. 2830 приведены графики, приращения угла поворота основания, построенные в интервале от 0,15 с до 0,17 с согласно выражениям (74), (75) и (77) при измерении скорости _вх, напряжения U_вых и числа импульсов с выхода АЦП, соответственно.

На рис.31 и рис.32 приведены графики погрешности ^u_вх и ^АЦП_вх.

Погрешность измеряемой скорости _вх по напряжению U_вых (выражение (78)) с шагом измерения 10^-6 с на момент времени 0,17 с составляет 0,55 %, а по числу импульсов с выхода АЦП (выражение (79)) составляет 0,540,06 %.

3.9 Расчет коэффициентов математического моделирования

Для удобства все коэффициенты математического моделирования были сведены в единую таблицу.

Таблица 5

	Обозначения	Значения
Шаг дискретизации	h, c	10-7
Параметры движения основания	0 , …/c	0,6 101
	a0, …/c2	0
	в, -//-	0
	fв , Гц	0
	в, рад	0
	0вх, …/c	0,6 101
	0, -//-	0
	01, -//-	0
	f , Гц	0
Параметры гироблока КХ79-060	H, гссмс	0,65 102
	n , -//-	0,35102
	J , гссмс2	0,286
	m , -//-	0
	M1 , гссм	0
	С, гссм/рад	0
	Суп, -//-	0,1105
	уп, град	0,15101
	0, -//-	0
	Н, -//-	0
	Uномду, В	0,5101
	Кду, в/рад	0,86101
	Кдм, гссм/А	0,775103
	Кш,	0,7282
	К номдус , мА/(/с)	0,2101
Параметры УОС - 096	Генератор напряжения питания ДУ	U16, B	0,5
		f16, Гц	0,16105
		R29, Ом	0,5104
		R32, -//-	0,11104
		R37, -//-	0,39105
		С25, Ф	0,1610-8
		С26, -//-	0,1610-8
	ПУ	R3, Ом	0,15104
		R6, -//-	0,301105
		С2, Ф	0,68110-8
		С5, -//-	0,6210-9
		U0пу, В	0,14102
	ФЧВ	R10, Ом	0,402105
		R11, -//-	0,402105
		R16, -//-	0,243103
		R17, -//-	0,243103
		Rрк, -//-	0.11011
		С8, Ф	0,110-6
		С9, -//-	0,110-6
		C15, -//-	0,2210-7
		C17, -//-	0,2210-7
		t1, c	0,422510-4
		T3, -//-	0,1110-4
		си, -//-	0,110-5
	КК	R18, Ом	0,121105
		R19, -//-	0,681104
		R22, -//-	0,365105
		Rш, -//-	0,11011
		С18, ф	0,110-5
		Сш, -//-	0,8210-8
		U0к1, В	0,14102
		U0к2, -//-	0,14102
	УМ	R24, Ом	0,274105
		R25, -//-	0,274105
		R28, -//-	0,464105
		R33, -//-	0,98102
		Rогр, -//-	0,78103
		Rшдм, -//-	0,1075103
		С21, ф	0,4710-6
		С22, -//-	0,4710-6
		С24, -//-	0,2210-7
		U0у, В	0,14102
	Ф	R27, Ом	0,59104
		R30, -//-	0,15106
		R35, -//-	0,301105
		С23, ф	0,110-5
		С27, -//-	0,110-7
		U0вых, В	0,14102
АЦП	tизм	0,13
	К1, с-1	0,7137103
	К2, -//-	0,3543104
	Vэт, В	0,25101
	Vу1, -//-	0
	Vу2, -//-	0
	Vу3, -//-	0
	Vп1, -//-	0,24
	Vп2, -//-	0
	Vп3, -//-	0
	fу2, Гц	0
	fу3, -//-	0
	fп2, -//-	0
	fп3, -//-	0
	у2, рад	0
	у3, -//-	0
	п2, -//-	0
	п3, -//-	0
	f0, Гц	0,384106
	и, с	0,510-5
	Ncч	8
	,	0
	ук, с	0
	к1, -//-	0
		10
	крат	1

4. Разработка блока преобразования информации

4.1 Расчет блока преобразования информации

На Рис.4.1.1 приведена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя.

Рис. 4.1.1.

На рис. 4.1.1 приняты следующие обозначения:

И - суммирующий интегратор;

Кл - коммутатор;

К⁺, К- - компараторы;

Tr⁺, Tr- - J-K триггеры;

Сч⁺, Сч- - счётчики тактовых импульсов;

q⁺, q- - последовательность импульсов заданной длительности (частота пропорциональна сигналу на 1-м входе интегратора И);

q₀₁, q₀₂ - последовательность тактовых импульсов типа «меандр» на счётном входе J-K триггеров и счётчиков, соответственно (для БПИ-190),

М192 - импульсы типа q₀₁ (для АЦП-165),

V_Tr⁺ и V_r⁺ - логические сигналы с прямого и инверсного выходов J-K триггера Tr⁺;

V_Tr- и V_r- - логические сигналы с прямого и инверсного выходов J-K триггера Tr-;

V_k⁺ и V_k- - логические сигналы с выходов компараторов К⁺ и К-, соответственно;

+V_п и -V_п - разнополярные напряжения смещения с учётом дрейфа порога срабатывания компараторов К- и К⁺, соответственно;

V_и - пилообразный сигнал на управляющем входе компараторов;

V_эт, V_эт - разнополярные эталонные напряжения -V_эт и +V_эт на
2-м входе интегратора И;

V_вх1 - дрейф нуля, приведённый к 1-му входу интегратора И;

U_вых - сигнал с аналогового выхода ДУС на 1-м входе интегратора И.

Математическая модель АЦП (Рис.4.1.1) [13], описывающая формирование последовательности импульсов заданной длительности с выхода, соответствующего знаку сигнала на 1-ом входе интегратора И, определена следующими выражениями:

– формируются тактовые импульсы

q₀₁ = (4.1.1)

q₀₂ = (4.1.2)

сигнал на 1-м входе суммирующего интегратора И описывается выражением:

U_out = U_вых + V_вх1,(4.1.3)

где V_вх1 = V_у1 + V_у2 sin (2f_у2t + _у2) + V_у3 sign sin (2f_у3t + _у3);

V_эт и V_эт на 2-м входе суммирующего интегратора И определяются из условия последовательности импульсов с выхода счётчиков Сч⁺ и Сч- определяются из условия

V_эт = (4.1.4)

V_эт = (4.1.5)

сигнал с выхода суммирующего интегратора И описывается выражением:

V_и = -;(4.1.6)

сигналы с выхода компараторов К⁺ и К- определяются из условия

V_к = (4.1.7)

V_к = (4.1.8)

Где

V_п = V_п1 + V_п2 sin (2f_п2 + _п2) + V_п3 sign sin (2f_п3 + _п3)(4.1.9)

сигналы с выхода J-K триггеров Tr⁺ и Tr- определяются из условия:

V_tr = (4.1.10)

V_tr = (4.1.11)

последовательности импульсов с выхода счётчиков Сч⁺ и Сч- определяются из условия:

q⁺ = (4.1.12)

q- = (4.1.13)

моменты времени t_i и t_j определяются выражением:

(4.1.14)

моменты времени t_i1 и t_j1 определяются из условия:

(4.1.15)

моменты времени t_i2 и t_j2 описываются выражением

(4.1.16)

моменты времени t_i3 и t_j3 определяются из условия:

(4.1.17)

моменты времени t_i4 и t_j4 определяются из условия:

(4.1.18)

моменты времени t_i5 и t_j5 описываются выражениями:

(4.1.19)

моменты времени t_i6 и t_j6 определяются из условия:

(4.1.20)

частота импульсов с выходов АЦП определяется из соотношений:

, , (4.1.21)

- расчетная частота определяется из соотношения:

, (4.1.22)

, Гц /В (4.1.23)

среднее значение частоты импульсов с выходов АЦП определяется из соотношений:

, (4.1.24)

(4.1.25)

В математической модели АЦП приняты обозначения:

i = 1, 2, 3, … - число импульсов с 1-го выхода АЦП (в последовательности импульсов q⁺ при положительном сигнале на 1-м входе интегратора И);

j = 1, 2, 3, … - число импульсов со 2-го выхода АЦП (в последовательности импульсов q- при отрицательном сигнале на 1-м входе интегратора И);

i_изм, j_изм - число импульсов с 1-го и 2-го выходов АЦП на начало счёта (измерения), соответственно;

N₀₁ и N₀₂ - число периодов следования тактовых импульсов q₀₁ и q₀₂ соответственно;

f₀ - частота тактовых импульсов;

n - показатель фазового сдвига между импульсами q₀₁ и q₀₃ (-1 n 1);

_кл и _J-K - запаздывание коммутатора и J-K триггера, соответственно;

К₁ и К₂ - коэффициент передачи интегратора И по 1-му и 2-му входу, соответственно;

_и - длительность импульсов с выходов АЦП;

h - шаг дискретизации;

t_i, t_j - момент появления импульса с выходов АЦП (со счётчиков Сч⁺, Сч-);

t_i1, t_j1 - момент запуска счётчиков Сч⁺ и Сч-;

N_сч - число тактовых импульсов с момента запуска счётчика до момента появления импульса с соответствующего выхода АЦП;

t_i2, t_j2 - момент появления «ЛОГ.1» (опрокидывания) на прямом выходе J-K триггеров Tr⁺ и Tr-, соответственно;

t_i3, t_j3 - момент появления переднего фронта импульса в последовательности q₀₁ после срабатывания (переход в состояние «ЛОГ.1») компараторов К⁺ и К-, соответственно;

t_i4, t_j4 - момент срабатывания (переход в состояние «ЛОГ.1») компараторов К⁺ и К-, соответственно;

t_i5, t_j5 - момент появления «ЛОГ.0» (опрокидывания) на прямом выходе J-K триггеров Tr⁺ и Tr-, соответственно;

t_i6, t_j6 - момент появления переднего фронта импульса в последовательности q₀₁ после появления импульса с соответствующих выходов АЦП; t_изм - время начала счёта импульсов.

Числовые данные для моделирования режима измерения скорости приведены в таблице 3.9.1.

Погрешность измеряемой скорости _вх определяется в следующей последовательности:

- определяется приращение угла поворота основания в интервале измерения Т_изм =t - t_изм с учетом выражения

_вх = ₀ + h , ^… /с

для угловой скорости _вх :

₀ = , … (4.1.26)

- определяется приращение угла поворота основания в интервале измерения Т_изм =t - t_изм с учетом выражения

U_out = U_вых + V_вх1,

для напряжения U _вых :

_U = , … (4.1.27)

где К_чэ = 10^-3 К^ном_дус R₃₃ , в/^…/с (4.1.28)

R₃₃, R₃₅, R₂₇ - обозначения сопротивлений на Рис.2.1.2; t = h - шаг измерения напряжения U _вых ( - кратность шага дискредитации h к шагу измерений напряжения U _вых );

t = t_изм + t , =0,1,2,…

- определяется приращение угла поворота основания в интервале измерения Т_изм =t - t_изм с учетом числа импульсов с выходов АЦП:

_АЦП = , … (4.1.29)

- погрешность измеряемой скорости определяется согласно соотношений:

при _U 0 (4.1.30)

при _АЦП 0 (4.1.31)

4.2 Построение частотных характеристик и их анализ

Из анализа Рис.32 (приложения) следует, что в установившемся состоянии частота f_q+ импульсов q⁺ с выхода АЦП составляет 20300 21200 Гц, при этом согласно соотношения (4.1.24) расчетная частота f ^расч_q составляет 20711 Гц .

На Рис.33 приведен график, характеризующий среднее значение частоты F_q+ в интервале от 0,15 с до 0,17 с. Из анализа Рис.33 следует, что значение F_q+ на момент 0,17 с составляет 20735 10 Гц (f ^расч_q =20711Гц).

На Рис. 3436 приведены графики, приращения угла поворота основания, построенные в интервале от 0,15 с до 0,17 с согласно выражениям (4.1.25), (4.1.26) и (4.1.27) при измерении скорости _вх, напряжения U_вых и числа импульсов с выхода АЦП, соответственно.

5. Анализ погрешностей ЧЭ ДУС КХ79-060

5.1 Методические погрешности

К методическим погрешностям можно отнести:

- грешность от нелинейности входного сигнала;

- грешность от несовпадения моментов инерции;

- грешность от перекрестной связи.

Действие этих погрешностей связано с тем, что относительно оси прецессии прибора кроме гироскопического момента действуют дополнительные моменты, вызывающие отклонение выходного сигнала прибора от действительной величины.

Погрешность от нелинейности входного сигнала

Возникновение этой погрешности обусловлено тем обстоятельством, что при наличии на входе ДУСа угловой скорости, фактическая ось чувствительности, связанная с вектором кинетического момента отклоняется от базовой оси чувствительности, связанной с объектом.

В связи с этим величина измеряемой угловой скорости не соответствует действительной, что равносильно действию по оси прецессии прибора момента помех, равного:

(5.1.1)

Выражение для абсолютной и относительной погрешности с учетом того, что , можно записать в виде:

(5.1.2)

(5.1.3)

где - угол прецессии ПГУ.

Так как для ДУСа справедливо равенство:

(5.1.4)

откуда

,

где К_рег - коэффициент усиления системы обратной связи.

Так как угол прецессии ПГУ составляет примерно 10 угловых секунд, то:

(5.1.5)

Т.е. эта погрешность на точность измерения практического влияния не оказывает.

Погрешность от несовпадения моментов инерции поплавкового гироузла Момент помех по оси прецессии ДУСа от несовпадения моментов инерции можно записать, в соответствии с уравнением, описывающим движение оси собственного вращения ротора ГМ в пространстве, в виде:

(5.1.6)

С учетом малости углов прецессии величина момента помех будет определяться выражением:

(5.1.7)

Абсолютная и относительная погрешности от несовпадения моментов инерции будут определяться выражениями:

(5.1.8)

Величина для относительной погрешности от несовпадения моментов инерции для ДУСа составляет:

Величина этой погрешности также мала.

Погрешность от влияния перекрестной связи

Так как система астатична и угол прецессии очень мал, то погрешность от влияния перекрестной связи отсутствует.

Погрешность электроники составляет 0,03% [17], таким образом общая погрешность будет составлять:

По ТЗ допускается погрешность 0,05%, следовательно, мы удовлетворили требованиям ТЗ.

Нулевой сигнал ДУСа найдем по формуле:

что удовлетворяет ТЗ (0,1'/мин).

5.2 Инструментальные погрешности

Инструментальные погрешности определяются вредными моментами относительно оси прецессии, которые обусловлены конструктивным исполнением прибора:

, (5.2.1)

где - момент трения в опорах, гссм;

- момент тяжения токоподводов, гссм;

- момент тяжения ДУМ.

Момент сил трения в опоре рассчитывается по формуле:

(5.2.2)

где - радиальная нагрузка на цапфу (остаточный вес), г;

- диаметр цапфы;

- коэффициент трения скольжения.

Коэффициент трения скольжения для материалов опоры и камня равен 0,15 (сталь Р6М5) при отсутствии между ними смазки. Учитывая наличие вязкой жидкости в полости прибора, коэффициент трения скольжения снижается в 1,5 - 2 раза.

Нагрузка на опоры определяется остаточной неуравновешенностью в приборе, т.е. качеством балансировки. После предварительной балансировки гироузла радиальная нагрузка на цапфу (остаточный вес) не более 0,15гс.

Подставляя R=0,15 гс, d_ц=0,04 см, =0,75 в формулу ( .2), получим:

При этом следует отметить, что по экспериментальным данным момент трения в опорах, работающих в условиях вибрации, создаваемой гиромотором уменьшается в 2 - 5 раз.

Расчет момента упругого тяжения токоподводов.

При расчете момента упругого тяжения токоподводов за основу взята формула [19]:

где i - число токоподводов;

_т.т. - момент тяжения одного токоподвода, кгсмм, вызванный поворотом ЧЭ от некоторого начального положения, и состоящий из трех составляющих:

где - составляющая момента тяжения одного токоподвода, вызванная действием сосредоточенного момента, кгсмм;

- составляющая момента тяжения одного токоподвода, вызванная силой Ру, кгсмм; - составляющая момента тяжения одного токоподвода, вызванная силой Рz, кгсмм.

Рис.5.1.1.

Рис.5.1.2.

В конечном виде абсолютные значения составляющих момента тяжения одного токоподвода определяются следующими формулами:

где - перемещение конечной точки токоподвода вдоль осей Y и Z соответственно, мм;

R - радиус расположения конечной точки (точки заделки на поплавке) токоподвода, мм;

r_n - радиус «полуволны» токоподвода, мм;

n - число полуволн токоподвода;

- угол поворота сечения токоподвода в конечной точке, рад;

Е - модуль продольной упругости материала токоподвода, кгс/мм²;

- момент инерции сечения токоподвода относительно оси Х-Х, мм⁴.

Исходя из опыта изготовления токоподводов для прибора КХ79-60 применен материал ФМ1 ТУ48-21-717-81 лента 0,0050,5 мм (Рис.5.1.1, 5.1.2).

в=0,5мм;

h=0,005мм;

Е=11000кгс/мм²;

R=2мм;

n=6;

r_n=0,75 мм.

Момент тяжения, создаваемый одним токоподводов, при повороте ЧЭ относительно выходной оси прибора на угол равен:

где

Суммарный момент тяжения токоподводов (i=8) прибора равен:

Остаточный момент тяжения ДУМ-031 по опыту изготовления датчиков подобного типа не превышает 0,210^-4 гссм.

Таким образом, суммарный вредный момент, действующий относительно оси прецессии составляет 1,710^-4 гссм.

Отсюда можно определить нижний предел измерений угловой скорости

где - вредные моменты, действующие относительно оси прецессии, гссм;

Н - кинетический момент гиромотора, гссмс.

Нижний предел измерения угловой скорости прибора КХ79-60 составляет 0,00034^о/с, что обеспечивает требования ТЗ (<0,001 ^о/с)

6. Разработка электрической принципиальной схемы прибора ИУС-М

Подключение прибора к бортовым системам объекта и испытательной аппаратуре при автономных проверках и испытаниях в составе объекта осуществляется с помощью шести соединителей Х1 типа ОС РС10АТВ АВО.364.047 ТУ бР0.354.045 ТУ, Х2, Х4, Х5, Х6 типа ОС ОНЦ-БМ-2 ГЕО.364.184 ТУ бРО.364.045 ТУ и соединителя Х3 типа ОС МР1 ГЕО.364.184 ТУ бР0.364.045 ТУ.

Назначение соединителей Х1-Х6 следующее:

- соединитель ХР1 «Х1» предназначен для подачи на прибор электрического питания напряжением 27 В постоянного тока;

- соединитель ХР2 «Х2» - командный, предназначен для приема команд системы управления и выдачи в систему управления сигналов о выполнении команд;

- соединитель ХР3 «Х3» - технологический, предназначен для подключения прибора к испытательной аппаратуре при автономных проверках и наземных испытаниях;

- соединители ХР4 «Х4», ХР5 «Х5» предназначены для выдачи в бортовой вычислительный комплекс дискретных выходных сигналов о величине входной угловой скорости;

- соединитель ХР6 «Х6» - телеметрический, предназначен для выдачи в систему телеизмерений сигналов о состоянии контролируемых устройств прибора, а также для выдачи в систему телеизмерений по каждому ИК_i аналоговых выходных сигналов о величине входной угловой скорости.

Назначение регулировочных позиций, указанных на схеме прибора КХ 34-022, следующее:

- резисторы R1-R5, R6-R10, R11-R15 предназначены для формирования сигналов компенсации систематической составляющей скорости дрейфа ДУС, не зависящей от ускорения, и сигналов тестового смещения, подаваемых в обмотку управления ДМ ДУС каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно;

резисторы R16, R24, R32 предназначены для регулирования нагрузки цепи обратной связи каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно;

- резисторы R17, R25, R33 предназначены для регулирования величины крутизны выходной характеристики по аналоговому выходу каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно;

- резисторы R18, R26, R34 предназначены для регулирования показателя колебательности по дискретному выходу каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно;

- резисторы R19, R27, R35 предназначены для регулирования коэффициента усиления усилителя обратной связи каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно;

- резисторы R20-R23, R28-R34, R36-R39 предназначены для регулирования величины масштабного коэффициента каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно;

- конденсаторы C2-С9, С11-С18, С20-С27 предназначены для регулирования разности масштабных коэффициентов при угловых скоростях, равных по величине и противоположных по знаку каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно.

Включение (выключение) каждого измерительного канала осуществляется по командам “Включить ИКi ” (“Выключить ИКi ”) из СУ. Повторная подача команды “Включить ИКi ” допускается не ранее, чем через 60 с после подачи команды “Выключить ИКi ”.

Вторичные цепи питания измерительных каналов прибора КХ34-021 гальванически разобщены от корпуса и цепей первичного питания. Цепи питания 27 В в приборе гальванически разобщены между собой и корпусом.

Команды выдаются в каждый канал прибора КХ34-021 напряжением минус 27 В относительно “плюсовой” шины питания соответствующего канала.

Длительность команд от 190 до 300 мс, ток в в цепи одной команды не более 10 мА.

С контактов 2-7, 14-19 соединителя “Х1” напряжение 27 В постоянного тока поступает на блоки БЭ-210 (U1, U2 и U3), входящие в состав измерительных каналов 1(4), 3(2), 5(6). При этом в систему управления через контакты 18,20 (17,19), 22,24(21,23) и 26,30 (25,29) соединителя “Х2” поступают квитанции “ИКi включен” формируемые в каждом канале приборов КХ34-021 в виде открытого состояния транзисторного ключа, запитываемого из СУ напряжением не более (23-34) В с током опроса величиной (0,1 - 0,5) мА. Выключенному состоянию i-го канала соответствует закрытое состояние транзисторного ключа соответствующего канала.

Кроме того в систему телеизмерений через контакты 4,5 и 29,30 относительно контактов 13 и 11 соединителя “Х6” выдаются сигналы «Прибор включен» и “Гиромотор включен” в виде напряжения постоянного тока различного уровня в зависимости от сочетания запитанных измерительных каналов и включенных гиромоторов.

Зависимость уровней телеметрических сигналов от сочетания запитанных каналов соответствует таблице 6.1.

Таблица 6.1

Включенные измерительные каналы	Телеметрический сигнал, В
1, 3, 5 (2, 4, 6)	5,25 0,35
3, 5 (4, 6)	4,5 0,3
1, 5 (2, 6)	3,75 0,25
5 (6)	3,0 0,2
1, 3 (2, 4)	2,25 0,15
3 (4)	1,5 0,1
1 (2)	0,75 0,05
Все каналы выключены	0 0,025

Зависимость уровней телеметрических сигналов от сочетания включенных гиромоторов соответствует таблице 6.2.

Таблица 6.2

Включенные ГМ измерительных каналов	Телеметрический сигнал,В
1,3,5(2,4,6)	4,90,3
3,5(4,6)	4,20,25
1,5(2,6)	3,50,25
5(6)	2,80,25
1,3(2,4)	2,10,25
3(4)	1,40,2
1(2)	0,70,2
ГМ всех каналов выключены	00,025

Сигналы выдаются напряжением положительной полярности относительно общей точки СТИ.

Вторичные напряжения постоянного тока, формируемые блоками ВИП-026, поступают на блоки БПИ-190, ПСП-022 и усилители УОС-096, обеспечивая их включение и работу.

Подача питания на контакты 1, 2 и 3 приборов В1 - В3 (гиромоторы ДУС) осуществляется с контактов 11, 12, 13 блока БЭ-210. Отключение гиромоторов (при необходимости) обеспечивается замыканием контактов 19,20; 21,22; 23,24 соединителя “Х3” при проведении автономных проверок работоспособности измерительных каналов 1(4); 3(2); 5(6) соответственно.

Компенсация не зависящей от ускорения составляющей скорости дрейфа осуществляется подачей на контакты 14, 15 приборов В1 - В3 (обмотки компенсации ДУС) тока, регулируемого путем подбора резисторов установленных в блоке БЭ-210.

При наличии входной угловой скорости относительно осей чувствительности прибора КХ34-021 сигналы с датчиков угла ДУС поступают на усилители УОС-096 измерительных каналов 1(4), 3(2), 5(6). Усиленные сигналы поступают в обмотки обратной связи датчиков момента ДУС каналов 1(4), 3(2), 5(6) соответственно.

С блоков БПИ-190 информация о входной угловой скорости, преобразованная в дискретную форму, поступает через соединители Х4, Х5 в бортовой вычислительный комплекс. Одновременно информация о входной угловой скорости после ее преобразования в аналоговую форму поступает на контакты 10, 11(12,13; 14,15) соединителя “Х6” и может быть использована в системе телеизмерений.

Для проверки работоспособности прибора КХ34-021 при наземных испытаниях после подачи релейной команды «_смещ» в виде напряжения минус 27 В постоянного тока через контакты 2,3, 29,30 соединителя “Х3” на контакты 58, 59 блока А₃ (ЯП-011), в обмотки управления датчиков момента ДУС через контакты 4,5 (6,7; 8,9) соединителя “Х3” и контакты 62, 63 соединителей ХР1-ХР3 блока А₃ подается напряжение смещения, имитирующее входную угловую скорость 2,7 град/с.

При подаче положительного напряжения на контакты 4 [6, 8] относительно контактов 5 [7, 9], соответственно, разъема “Х3” прибор выдает сигналы, соответствующие угловой скорости > 0 по каналам 1(4)[3(2), 5(6)], соответственно.

Для автономных проверок работоспособности прибора КХ34-021 через контакты 41,42 (43,44; 45,46) соединителя “Х3” и контакты 60,61 соединителей ХР1 - ХР3 блока А₃ в обмотки управления датчиков момента ДУС подается напряжение смещения, имитирующее требуемую величину угловой скорости в рабочем диапазоне угловых скоростей.

В каждом из соединителей приборов КХ34-021 предусмотрены отдельные цепи для контроля правильности стыковки соединителей приборов КХ34-021 с аппаратурой системы управления КА.

7. Технологическая часть

Регулирование и проверка масштабного коэффициента

1. Установить кронштейн на платформе поворотного стенда СП-187:

на плоскость “В” при проверке канала 1 (4);

на плоскость “Б” при проверке канала 3 (2);

на плоскость “А” при проверке канала 5 (6).

2. Установить прибор в кронштейне и подключить его к поворотному стенду СП-187 в соответствии со схемой (КХ2.517.021Э8).

3. Установить платформу поворотного стенда СП-187 горизонтально.

4. Выставить прибор в положение канала 1(4) ,3(2) ,5(6) при проверке канала 1(4) ,3(2) ,5(6) в соответствии с табл.3.1.

Таблица 3.1.

Канал	Направление стрелки на кожухе прибора
	0Ч	Н
1 (4) 3 (2) 5 (6)	Вниз Вниз Вниз	в горизонте

5. Выставить кронштейн по уровню УЦ-10'' в плоскость горизонта с точностью не хуже 1'.

6. Проконтролировать исходное состояние элементов управления на блоке БПУ-092, пульте КХП-603, частотомерах Ф5041 (поз. 9, 10, 11), счетчиков Ф5007 (поз. 12, 13), транскрипторе устройства Ф5033К.

7. Набрать на переключателях ПРЕДНАБОР max, min счетчиков Ф5007 (поз.12, 13) числа (см. табл. 16).

Поз. обозначение счетчика Ф5007	Переключатель ПРЕДНАБОР
	max	min
12 13	100100 120000	100 100

8. Включить пульт КХП-603, установив:

- тумблер “1000 Гц 40 В, -28В” в положение ВКЛ - на пульте КХП-603 загорятся индикаторные лампы “1000 Гц 40 В ВКЛ” и “-28 В ВКЛ”;

- тумблер ПИТАНИЕ ПРИВОДА в положение ВКЛ - на пульте КХП-603 загорится индикаторная лампа “50 Гц 170 В ВКЛ”;

- тумблер платформа в положение ВКЛ - на пульте КХП-603 загорятся индикаторные лампы ПЛАТФОРМА ВКЛ, ОБРАТНЫЙ ХОД, ПРЯМОЙ ХОД;

- тумблер САМОХОД в положение ВКЛ.

9. Подключить к гнездам ТАХОГЕНЕРАТОР пульта КХП-603 вольтметр В7-26.

10. Нажать на блоке БПУ-092 кнопку КАНАЛ 1(3, 5) при проверке канала 1 (3, 5) соответственно - на блоке БПУ-092 загорится индикаторная лампа 1 (3, 5 соответственно).

11. Установить на блоке БПУ-092 тумблер ПИТАНИЕ ГМ 1 (3, 5) в положение ВКЛ при проверке канала 1 (3, 5 соответственно).

12. Установить тумблер ПИТАНИЕ в положение ВКЛ.

Загорятся индикаторные лампы ПИТАНИЕ ВКЛ, ГМ ВКЛ группы индикаторных ламп СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ.

13. Не ранее чем через 20 мин определить составляющую скорости дрейфа канала 1 (3, 5) при проверке канала 1 (3, 5 соответственно), выполнив следующие операции:

1) нажать на транскрипторе устройства Ф5033К кнопку СБРОС переключателя НОМЕР ИЗМЕРЕНИЯ;

2) нажать на блоке БПУ-092 последовательно кнопки СБРОС, СТАРТ - на индикаторных табло счетчиков Ф5007 (поз.12, 13) должен наблюдаться счет;

3) нажать на блоке БПУ-092 кнопку СТОП после окончания печати четвертого цикла измерения;

4) определить разность показаний частотомеров Ф5041 (поз.9, 10) для каждого цикла измерения по формуле (3.1);

, (3.1)

где - разность показаний частотомеров Ф5137 (поз.9, 10) с учетом знака в имп;

- показания частотомеров Ф5041 поз.9 и 10 соответственно в имп.

i - номер измерения.

5) определить среднее значение составляющей скорости дрейфа по формуле (3.2).

(3.2)

где - среднее значение составляющей скорости дрейфа канала 1 (3, 5 соответственно) в имп/с.

15. Набрать на переключателях ПРЕДНАБОР max, min счетчиков Ф5007 (поз.12, 13) числа в соответствии с табл.3.3.

Таблица 3.3

Обозначение счетчика Ф5007	Переключатель ПРЕДНАБОР
	max	min
12 13	20 12	10 4

16. Нажать на блоке БПУ-092 кнопку РЕЖИМ - на блоке БПУ-092 погаснет индикаторная лампа РЕЖИМ I и загорится индикаторная лампа РЕЖИМ II.

17. Задать платформе поворотного стенда СП-187 последовательно вращение с положительными и отрицательными угловыми скоростями (12 0,6); (6 0,3); (3 0,15) ⁰/c.

Примечание: Под положительной (отрицательной) угловой скоростью понимать:

1) при проверке каналов 1 и 5 угловую скорость, при которой вращение платформы поворотного стенда СП-187 происходит по (против) направлению движения часовой стрелки, если смотреть на платформу со стороны прибора.

2) при проверке канала 3 угловую скорость, при которой вращение платформы поворотного стенда СП-187 происходит против (по) направления движения часовой стрелки, если смотреть на платформу со стороны прибора.

18. Нажать на блоке БПУ-092 последовательно кнопки СБРОС, СТАРТ - на индикаторных табло счетчиков Ф5007 (поз.12, 13) должен наблюдаться счет.

19. Остановить вращение платформы поворотного стенда СП-187 после окончания печати результата измерения, плавно поворачивая на пульте КХП-603ручку потенциометра РЕГУЛИР ОБОРОТОВ ГРУБО против хода часовой стрелки до упора.

20. Установить на блоке БПУ-092 тумблер ПИТАНИЕ в положение ОТКЛ. На блоке БПУ-092 погаснут индикаторная лампы ГМ ВКЛ , ПРИБОР ВКЛ. группы индикаторных ламп СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ.

21. Определить разность показаний частотомеров Ф5041 (поз. 9, 10) для каждого значения угловой скорости по формуле (3.1).

Примечание: При положительной угловой скорости разность показаний частотомеров Ф5041 (поз. 9, 10) должна иметь знак “+”, при отрицательной угловой скорости - знак “-”.

22. Определить для каждого значения угловой скорости число импульсов, соответствующее величине масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала, по формуле:

(3.3)

где N_ki - число импульсов, соответствующее величине масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала в i-м замере, в имп.

23. Число импульсов, соответствующее масштабному коэффициенту по дискретному выходу проверяемого канала, должно быть в пределах от 1919616 до 1920384 имп.

24. Определить для каждого значения угловой скорости разность между числами импульсов, соответствующее величине масштабного коэффициента по дискретному выходу измеряемого канала, полученными при угловых скоростях, равных по величине и противоположных по знаку, по формуле:

, (3.4)

где - разность между числами импульсов, соответствующими масштабному коэффициенту, полученными при скоростях, равных по величине и противоположных по знаку, в имп;

- числа импульсов, соответствующие масштабному коэффициенту, полученные при угловых скоростях положительного и отрицательного направления, соответственно равных по величине, в имп.

25. Если числа импульсов, соответствующие масштабному коэффициенту по дискретному выходу проверяемого канала не удовлетворяют вышеуказанным требованиям, необходимо:

1) установить в подставку КХ4.136.164.

2) заменить соответствующие регулировочные резисторы R20-R23, R28-R31, R26-R39), установленные между контактами 10, 11; 12, 13; 14, 15; 16, 17 соответственно блока БЭ-210 канала 1 (3, 5 соответственно) на выбранные из рядов регулировочных резисторов, приведенные в схеме КХ3. 036.210 Э3.

Примечание: Увеличение (уменьшение) номинала резисторов R20, R21, R22, R23 (R28, R29, R30, R31; R32, R33, R34, R35) в блоке БЭ-210 канала 1 (3, 5 соответственно) на резистор ближайшего номинала из ряда, указанного в схеме КХ3.036.210 Э3, приведет к увеличению (уменьшению) числа импульсов, соответствующего масштабному коэффициенту, приблизительно 1920, 192, 20, 2 имп соответственно;

26. Выполнить операции по пп.1 - 3; 10 - 13.

27. Не ранее чем через 20 мин выполнить операции по пп.15 - 25.

При необходимости произвести регулирование масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала по вышеуказанной методике.

28. Произвести контрольную проверку масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала, выполнив операции по пп. 1 - 3; 10 - 13; 15 - 25.

29. Выключить прибор.

30. Установить элементы управления на частотомере Ф5041 (поз.11) в исходное положение.

31. Определить для каждого значения угловой скорости величину масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала по формуле:

(3.5)

где K_i - масштабный коэффициент по дискретному выходу проверяемого канала в i-м замере `'/имп.

Точность вычислений должна быть не хуже 0,000001.

Примечание. Вычисления по формуле (3.5) производить со знаком “+” при положительной угловой скорости и со знаком “-” при отрицательной угловой скорости.

32. Определить среднее значение масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала по формуле:

(3.6)

где - среднее значение масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала в `'/имп.

33.Величина масштабного коэффициента по дискретному выходу проверяемого канала должна быть в пределах 1,349730 до 1,350270 `'/имп.

34. Отсоединить прибор от поворотного стенда СП-187.

35. Вынуть прибор из кронштейна и установить в подставку КХ4.136.164.

36. Записать результаты проверки величины емкостей и сопротивлений регулировочных конденсаторов и резисторов, установленных в прибор, в протокол КХ2.517.021 Д9.

8. Организационно-экономическая часть

Экономическая часть дипломного проекта заключается в определении основных экономических показателей эффективности внедрения изделия спецназначения с улучшенными техническими параметрами. Основными экономическими показателями являются: объем производства изделия после внедрения нового образца, себестоимость изготовления и прирост прибыли от производства и реализации продукции с улучшенными техническими параметрами, условное высвобождение работающих за счет внедрения новшества, рост производительности труда производственного персонала, годовой экономический эффект и срок окупаемости затрат на проектирование и изготовление опытного образца.

Прибыль от данной модернизации мы намереваемся получить за счет увеличения цены. Это возможно из-за улучшения качественных характеристик прибора, а именно, увеличения точности, вследствие чего прибор станет более конкурентоспособным.

Прибыль от данной модернизации мы намереваемся получить за счет улучшения технических характеристик, а в частности повышения чувствительности прибора.

Исходные данные для расчета основных экономических показателей, характеризующих внедрение новой продукции (продукции повышенного качества с улучшенными техническими параметрами) представлены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 Исходные данные для расчета основных экономических показателей

№ п/п	Наименование исходного показателя	Ед. изм.	Значение показателя
			до внедрения	после внедрения
1	2	3	4	5
1.	Годовой объем производства изделия,	шт.	48	18
2.	Оптовая цена изделия,	руб.	321877	414975
3.	Себестоимость изготовления изделия	руб.	268231	345812
4.	Полная трудоемкость изготовления изделия	н/ч	990	1130
5.	Используемое сырьё и материалы	руб.	33654	45552
6.	Стоимость 1 нормо-часа по действующей системе оплаты труда,	руб.	29,34	45,42
7.	Коэффициент накладных расходов	коэф.	8,20	4,06
8.	Дополнительные капитальные вложения на проектирование и изготовление опытного образца	руб.	-	87387
9.	Годовой полезный фонд времени работающих	Час	1981	1981
10.	Нормативный коэффициент эффективности	коэф.	0,15	0,15

8.1 Расчет себестоимости изготовления изделия после внедрения нового образца

(8.1)

где С₁ - себестоимость изготовления заменяемого изделия;

С₂ - себестоимость изготовления изделия после внедрения нового образца;

DС - снижение себестоимости изготовления изделия за счет внедрения нового образца.

С = С₁ - С₂ = 268231 - 345812 = -77581 руб.

Из выше приведенного расчета видно, что себестоимость изготовления изделия после внедрения нового образца увеличивается и разница составляет 77581 рублей.

8.2 Расчет планируемого уменьшения численности ППП

Расчет планируемого уменьшения численности ППП (условного высвобождения работающих) на участках, где внедряется новая продукция

(8.2)

где DЧ - условное привлечение работающих в результате внедрения новой продукции, чел.

Ф_П - годовой полезный фонд времени работающих, час.;

t₁ и t₂ - полная трудоемкость изготовления изделия до и после внедрения новшества, н/ч;

А₂ - годовой объем новой продукции в расчетном году, в натуральных единицах.

8.3 Расчет прироста прибыли от производства новой продукции

Расчет прироста прибыли от производства новой продукции производится по формуле:

(8.3)

где DП - планируемый прирост прибыли от производства новой продукции, руб.

Ц₂ и С₂ - оптовая цена и себестоимость производства единицы новой продукции в расчетном году, руб.

Ц₁ и С₁ - оптовая цена и себестоимость производства единицы заменяемой продукции в году, предшествующем расчетному, руб.;

А₂ и А₁ - объем производства новой продукции в расчетном году и заменяемой продукции в году, предшествующем отчетному, в натуральных единицах.

8.4 Расчет годового экономического эффекта от производства новой продукции

Расчет годового экономического эффекта от производства новой продукции определим по формуле:

(8.4)

где Э_Г - годовой экономический эффект от производства новой продукции для удовлетворения нужд потребителя, руб.;

D П - прирост прибыли (П₂ - П₁) от реализации новой продукции, руб.

П₂ - прибыль от реализации новой продукцииП₂ = Ц₂ - С₂

П₁ - прибыль от реализации заменяемой продукции

П₁ = Ц₁ - С₁

где К_доп - удельные дополнительные капитальные затраты на проектирование и изготовление опытного образца, руб.

Е_Н - нормативный коэффициент эффективности (0,15);

А₂ - годовой объем новой продукции в расчетном году, в натуральных единицах.

8.5 Расчет срока окупаемости дополнительных капитальных затрат

Расчет срока окупаемости дополнительных капитальных затрат, планируемых для обеспечения мероприятий по внедрению новой продукции:

(8.5)

где Т - срок окупаемости дополнительных капитальных затрат, лет;

К_доп - общие дополнительные капитальные затраты, руб.;

DП - прирост прибыли от реализации новой продукции, руб.

Таблица 8.2 Основные экономические показатели, характеризующие внедрение новой продукции

№ п/п	Наименование показателя	Един. изм.	Значение показателя
1.	Объем внедряемой продукции в расчетном году	натур.ед.	18
2.	Дополнительные капитальные затраты	тыс.руб.	87,39
3.	Прирост прибыли от реализации новой продукции	млн.руб.	1,3
4.	Планируемое увеличение численности персонала (условное высвобождение работающих)	чел.	1
5.	Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат	лет	0,066
6.	Годовой экономический эффект	млн.руб.	23,7

Из расчета видно, что модернизация блока измерителей угловых скоростей не только ведет к улучшению технических характеристик прибора, но также, оправдывает затраты на изменение конструкции и увеличит рынок сбыта.

9. Безопасность технологического процесса

9.1 Основные положения действующего законодательства Российской Федерации об охране труда

а) Федеральный закон направлен на создание условий труда для нормальной рабочей деятельности, не угрожающих жизни и здоровью работников, а так же устанавливает возможность правового регулирования отношений в области охраны труда между работодателем и работниками. В соответствии со статьёй 2 «Законодательство Российской Федерации об охране труда и сфера его применения»:

1.1. Законодательство Российской Федерации об охране труда основывается на Конституции Российской Федерации и состоит из Федерального закона, других федеральных законов и иных нормативных правовых актов Российской Федерации, а также законов и иных нормативных правовых актов субъектов Российской Федерации.

1.2. Действие Федерального закона распространяется на: работодателей; работников, состоящих с работодателями в трудовых отношениях; членов кооперативов, участвующих в совместной производственной и иной хозяйственной деятельности, основанной на их личном трудовом участии; студентов образовательных учреждений высшего профессионального и среднего профессионального образования, учащихся образовательных учреждений начального профессионального, среднего профессионального образования и образовательных учреждений среднего (полного) общего, основного общего образования, проходящих производственную практику; военнослужащих, направляемых на работу в организации; граждан, отбывающих наказание по приговору суда, в период их работы в организациях.

1.3. На граждан Российской Федерации, работающих по найму в других государствах, распространяется законодательство об охране труда государства работодателя, а на иностранных Граждан и лиц без гражданства, работающих в организациях, находящихся под юрисдикцией Российской Федерации, распространяется законодательство об охране труда Российской Федерации, если иное не предусмотрено международным договором Российской Федераций.

1.4. Если международным договором Российской федерации установлены иные правила, чем те, которые предусмотрены Федеральным законом, применяются правила международного договора.

б) Федеральным законом установлены: основные направления государственной политики в области охраны труда; полномочия органов государственной власти РФ в области охраны труда; полномочия органов местного самоуправления в области охраны труда КЗОТ РФ (раздел X).

В разделе X Кодекса Законов о Труде РФ установлено: обеспечение здоровых и безопасных условий труда; соблюдение требований охраны труда при строительстве и эксплуатации производственных зданий, сооружений и оборудования; запрещение ввода в эксплуатацию предприятий, не отвечающих требованиям охраны труда; запрещение передачи в серийное производство образцов оборудования, не отвечающего требованиям охраны труда; правила по охране труда, обязательные для администрации; инструктаж работников по технике безопасности и производственной санитарии; контроль за соблюдением требований инструкций по охране труда; выдача специальной одежды и других средств индивидуальной защиты; применение труда инвалидов; материальная ответственность предприятий за ущерб, причинённый повреждением их здоровья.

в) В соответствии с Федеральным законом «Об основах охраны труда в Российской Федерации» введена система нормативных правовых актов, содержащих государственные нормативные требования охраны труда, которая состоит из межотраслевых и отраслевых правил и типовых инструкций по охране труда, строительных и санитарных норм и правил, правил и инструкций по безопасности, правил устройства и безопасной эксплуатации, свода правил по проектированию и строительству, гигиенических нормативов и государственных стандартов безопасности труда. Утвержден перечень видов нормативных правовых актов, содержащий государственные нормативные требования охраны труда. Государственные нормативные требования охраны труда, содержащиеся в нормативных правовых актах, разрабатываются и утверждаются федеральными органами исполнительной власти и подлежат направлению для рассмотрения и согласования в профсоюзные органы. Установлены государственные нормативные требования охраны труда и утверждаются сроком на пять лет, и могут быть продлены не более чем на два срока.

Государственными нормативными требованиями охраны труда, содержащимися в федеральных законах и иных нормативных правовых актах Российской Федерации и законах и иных нормативных правовых актах субъектов Российской Федерации об охране труда, устанавливаются правила, процедуры и критерии, направленные на сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности.

Требования охраны труда обязательны для исполнения юридическими и физическими лицами, указанными в пункте 2 статьи 2 Федерального закона, при осуществлении ими любых видов деятельности, в том числе при проектировании, строительстве (реконструкции) и эксплуатации объектов, конструировании машин, механизмов и другого оборудования, разработке технологических процессов, организации производства и труда. Порядок разработки и утверждения подзаконных нормативных правовых актов об охране труда, а также сроки их пересмотра устанавливаются Правительством Российской Федерации.

9.2 Правовые основы охраны труда

Понятие охраны труда

Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Условия труда - совокупность факторов производственной среды и трудового процесса, оказывающих влияние на работоспособность и здоровье работника.

Вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к его заболеванию.

Опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к его травме.

Безопасные условия труда - условия труда, при которых воздействие на работающих вредных или опасных производственных факторов исключено либо уровни их воздействия не превышают установленные нормативы.

Рабочее место - место, в котором работник должен находиться или в которое ему необходимо прибыть в связи с его работой и которое прямо или косвенно находится под контролем работодателя.

Средства индивидуальной и коллективной защиты работников - технические средства, используемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работников вредных или опасных производственных факторов, а также для защиты от загрязнения.

Сертификат соответствия работ по охране труда (сертификат безопасности) - документ, удостоверяющий соответствие проводимых в организации работ по охране труда установленным государственным нормативным требованиям охраны труда.

Производственная деятельность - совокупность действий людей с применением орудий труда, необходимых для превращения ресурсов в готовую продукцию, включающих в себя производство и переработку различных видов сырья, строительство, оказание различных видов услуг.

Обязанности работодателей и работников по охране труда

Работодатель обязан обеспечить:

- безопасность работников при эксплуатации зданий, сооружений, оборудования, осуществлении технологических процессов, а также применяемых в производстве сырья и материалов;

- применение средств индивидуальной защиты работников;

- обучение безопасным методам выполнения работ;

- инструктаж по охране труда, ознакомление работников с требованиями охраны труда;

- организацию контроля за состоянием условий труда на рабочих местах, а также за правильностью применения работниками средств индивидуальной защиты;

- информировать работников об условиях и охране труда на рабочих местах, о существующем риске повреждения здоровья и полагающихся им компенсациях и средствах индивидуальной защиты;

- санитарно-бытовое и лечебно-профилактическое обслуживание работников в соответствии с требованиями охраны труда;

- принятие мер по предотвращению аварийных ситуаций, сохранению жизни и здоровья работников при возникновении таких ситуаций;

- расследование несчастных случаев на производстве;

- обязательное социальное страхование работников от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний.

Работник обязан:

- соблюдать требования охраны труда;

- правильно применять средства индивидуальной защиты;

- проходить инструктаж по охране труда;

- немедленно извещать руководителя о любом несчастном случае, происшедшем на производстве;

- проходить медицинские осмотры.

9.3 Профессиональная подготовка кадров, допуск к самостоятельной работ (обучение профессии и охране труда)

Первой очередью подготовки кадров для производства является изучение норм и правил техники безопасности, производственной санитарии, гигиены труда, обучение безопасным методам ведения работ. В соответствии с ГОСТ 12.0.004-90 «Организация обучения безопасности труда. Общие положения» обучение работающих проводят при подготовке новых рабочих; проведении различных видов инструктажа; повышении квалификации. Общее руководство и организация обучения в целом по предприятию возлагается на руководителя предприятия, а в подразделениях - на руководителя подразделения. Контроль за своевременностью и качеством обучения работающих в подразделениях осуществляет отдел охраны труда. Проверку знаний по безопасности труда проводят во время сдачи обучающимися экзамена квалификационной комиссии. Важным элементом обучения рабочих безопасным приёмам и методам труда является система инструктажей. Государство содействует организации обучения по охране труда в образовательных учреждениях, также обеспечивает профессиональную подготовку специалистов по охране труда.

Обучение руководителей и специалистов по вопросам охраны труда рабочих проводятся в соответствии с ГОСТ 12.0.004-90. Обучению, согласно Постановлению Министерства труда РФ от 12 октября 1994 № 65, подлежат руководители и специалисты, связанные с организацией, руководством и проведением работы непосредственно на рабочих местах и производственных участках, с осуществлением надзора и технического контроля за проведением работ.

Вновь прибывший на работу руководитель и специалист, кроме вводного инструктажа, должен быть ознакомлен вышестоящим должностным лицом: с состоянием условий труда и производственной обстановкой на вверенном ему объекте; с состоянием средств защиты рабочих от воздействия опасных и вредных производственных факторов; с производственным травматизмом и профессиональной заболеваемостью; со своими должностными обязанностями по обеспечению охраны труда на предприятии.

Обучение по вопросам охраны труда проводится по программам, разработанным и утвержденным предприятием, имеющим разрешение органов управления охраной труда субъектов РФ на проведение обучения.

Обучение по вопросам охраны труда осуществляется при всех формах повышения квалификации по специальности.

Не позднее одного месяца со дня вступления в должность они проходят проверку знаний. Результаты проверки оформляют протоколом.

Руководители и специалисты предприятий, связанные с организацией и проведением работы непосредственно на производственных участках, а также осуществляющие контроль и технический надзор, подвергаются периодической проверке знаний по безопасности труда не реже одного раза в три года.

ГОСТ 12.0.004 - 90 «Организация обучения безопасности труда». Обучение, проведение инструктажей всех видов

Настоящий стандарт устанавливает порядок и виды обучения и проверки знаний по безопасности труда и других видов деятельности рабочих, а также учащихся и распространяется на все предприятия, ассоциации, концерны и организации народного хозяйства, учебные заведения.

Стандарт является основополагающим в комплексе государственных стандартов, руководящих и методических документов по обучению работающих и изучению дисциплин по безопасности труда и других видов деятельности. Обучение проводит отдел охраны труда по специальным программам и инструкциям. По характеру и времени проведения инструктажи подразделяют: вводный; первичный на рабочем месте; повторный; внеплановый; целевой.

Вводный инструктаж проводят со всеми вновь принимаемыми на работу, прибывшими на производственное обучение или практику по программе, разработанной отделом охраны труда, работником отдела охраны труда.

Первичный инструктаж на рабочем месте до начала производственной деятельности проводят со всеми вновь принимаемыми на предприятие, с работниками, выполняющими новую для них работу, со студентами, прибывшими на практику.

Повторный инструктаж проводят со всеми рабочими не реже одного раза в полугодие.

Внеплановый инструктаж проводят: при введении в действие новых или переработанных стандартов, правил по охране труда; при изменении технологического процесса; при нарушении работниками требований безопасности труда; по требованию органов надзора; при перерывах в работе (30-60 дней).

Целевой инструктаж проводят при выполнении разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности.

Первичный инструктаж на рабочем месте, повторный, внеплановый и целевой проводит непосредственный руководитель работ, по программам, разработанным руководителем подразделения. О проведении всех видов инструктажа работник, проводивший инструктаж, делает запись в журнале регистрации инструктажа с обязательной подписью инструктируемого и инструктирующего.

9.4 Гигиена труда и производственная санитария (микроклимат, освещённость, вентиляция, шум, вибрация)

Государственным стандартом 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» установлены оптимальные и допустимые нормы показателей, характеризующих микроклимат в производственных помещениях, т.е. температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха для рабочей зоны. Эти нормы учитывают категорию работы, период работы и вид рабочего места. Оптимальные показатели микроклимата распространяются на всю рабочую зону, допустимые показатели устанавливаются дифференцированно для постоянных и непостоянных рабочих мест. Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.

Надлежащее состояние условий труда на производстве достигается проведением санитарно-технических мероприятий. Существенная роль здесь принадлежит эффективной вентиляции в сочетании с регулярной и тщательно проводимой уборкой помещения. Важное значение имеет устройство рационального освещения, создание нормальных микроклиматических условий, санитарно-бытовое обслуживание. Улучшение условий освещённости приводит к снижению зрительного и общего утомления, повышению производительности труда и улучшения качества выпускаемой продукции.

Для оценки освещения пользуются величинами освещённости и яркости в зоне рабочего места. Имеются два ГОСТа по методам измерения освещённости и яркости: ГОСТ 24940-81 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности» и ГОСТ 26824-86 «Здания и сооружения. Методы измерения яркости».

Значительная роль в поддержании требуемых санитарно-гигиенических условий воздушной среды отводится вентиляции, отоплению и кондиционированию. Основополагающим документом, регулирующим вопросы отопления, вентиляции и кондиционирования производственных помещений и зданий, является СниП2.04.05-86 «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий» В соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» для постоянных рабочих мест и рабочей зоны в производственных помещениях, а также на территории предприятий допустимые уровни звука установлены в 80 дБА, а уровни звукового давления на частоте 1000 Гц - 75 дБ. Для конструкторских бюро, расчетчиков, программистов ЭВМ, лабораторий для теоретических работ эти уровни определены соответственно в 50 дБА и 45 дБА; для помещений управления, рабочих комнат - 60 дБА и 55 дБА; для помещений и участков точной сборки, машинописных бюро - 65 дБА и 60 дБА и т.д.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012-78 «ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности» нормируемыми параметрами вибрации на постоянных рабочих местах являются среднеквадратичные величины колебательной скорости или ее логарифмические уровни (в дБ) в октавных полосах частот.

Для оценки условий освещения пользуются величинами освещенности и яркости в зоне рабочего места. Имеются два ГОСТ по методам измерения освещенности и яркости: ГОСТ 24940-81 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности» и ГОСТ 26824-86 «Здания и сооружения. Методы измерения яркости».

Для создания нормальных условий работы в производственных помещениях гигиеническими требованиями регламентируется минимальная кубатура на каждого работающего - 15 м³, минимальная площадь - 4,5 м² и минимальная высота - 3,2 м.

Санитарные нормы предусматривают, чтобы в производственных помещениях оборудовались устройства, исключающие загрязнение воздуха: рабочей зоны ядовитыми газами, парами и пылью в концентрациях, превышающих предельно допустимые. Кроме того, воздух на рабочих местах должен иметь нормальные температуру, влажность и скорость движения.

Значительная роль в поддержании требуемых санитарно-гигиенических условий воздушной среды отводится вентиляции, отоплению и кондиционированию. Расход приточного воздуха, м³/ч, для системы вентиляции следует определять расчетом и принимать больший из расходов, требуемых для обеспечения: санитарно-гигиенических норм, норм взрывопожарной безопасности.

Расход воздуха следует определять отдельно для теплого и холодного периодов года, принимая общую из величин.

Расчет необходимого количества воздуха для помещения с тепловыделениями производится по избыткам явного тепла; для помещений с тепло - и влаговыделениями производится по избыткам явного тепла и скрытого тепла; для помещений с газовыделениями - по количеству выделяющихся вредных веществ.

9.5 Порядок обеспечения спецодеждой и средствами индивидуальной защиты

Работникам, занятым в производствах с вредными и опасными условиями труда, а также на работах, связанных с загрязнением или производимых в особых температурных условиях, выдаются бесплатно за счёт работодателя по установленным типовым отраслевым нормам специальная одежда, специальная обувь и другие средства индивидуальной защиты. Выдаваемые работникам средства индивидуальной защиты должны соответствовать полу, росту, размеру, характеру и условиям работы и обеспечивать безопасность труда. Работодатель обязан заменить или отремонтировать специальную одежду и специальную обувь, пришедшие в негодность до окончания сроков носки по причинам, не зависящим от работника. Работодатель обязан организовать надлежащий учёт и контроль за выдачей работникам средств индивидуальной защиты в установленные сроки. Выдача работникам и сдача ими средств индивидуальной защиты должны записываться в личную карточку.

9.6 Порядок проведения медицинских осмотров

Для проведения предварительных и периодических медосмотров предприятие составляет список профессий и должностей, по которым должны проводится медосмотры. Этот список согласовывается с центром Госсанэпидемнадзор. Ответственность за проведение медосмотров несут руководители подразделений или организаций.

Среди лечебно-профилактических мероприятий особое значение имеют предварительные и периодические медосмотры, задача которых - раннее распознавание первых признаков начинающихся проф. заболеваний. Целью предварительных при поступлении медосмотров является всестороннее и углубленное обследование состояния здоровья и выдача заключения о возможности использования работников в соответствующих работах. Проведение периодических медосмотров обеспечивает динамическое наблюдение за состоянием здоровья работающих. Существуют перечни вредных веществ и неблагоприятных производственных факторов, а также работ, при которых обязательны предварительные и периодические медицинские осмотры. В зависимости от характера производимых работ, вида воздействующих опасных и вредных производственных факторов установлены сроки периодических медосмотров работников, которые могут проводиться от 1 раза в год до 1 раза в 3 года. Порядок оказания медицинской помощи при несчастных случаях на производстве устанавливается специализированными инструкциями, с которыми должны быть ознакомлены все работники предприятия. Организация проведения обучения и контроль знаний входит в руководителей подразделений.

9.7 Понятие ПДК и ПДУ. Их нормирование

ПДК - это предельно допустимые концентрации для вредных веществ (газы, пары, аэрозоли), которые при ежедневном воздействии в пределах 8 ч в течение всего рабочего стажа не могут вызвать у работающих заболевания или в отдельные сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на четыре класса опасности:

1 класс - чрезвычайно опасные с ПДК менее 0,1 мг/м³;

2 класс - высоко опасные с ПДК (0,1 - 1) мг/м³;

3 класс - умеренно опасные (1,1-10) мг/м³;

4 класс - малоопасные (более 10) мг/м³;

ПДУ - это предельно допустимые уровни вредных физических факторов (шум, вибрация, недостаточное освещение, излучения и т.д.) Нормирование ПДК и ПДУ производится органами Госсанэпидемнадзор.

9.8 Требования к оборудованию и технологическим процессам

Производственное оборудование должно обеспечивать безопасность работающих при монтаже, вводе в эксплуатацию и эксплуатации при соблюдении требований, предусмотренных эксплуатационной документацией. Требования к оборудованию устанавливает ГОСТ 12.2.003-91, который содержит: требования к конструкции и её отдельным частям; требования к рабочим местам; требования к системе управления; требования к средствам защиты, входящим в конструкцию, и сигнальным устройствам; требований к конструкции, способствующие безопасности при монтаже, транспортировании, хранении и ремонте.

Требования к технологическим процессам: проектирование, организация и проведение тех. процессов должны предусматривать: устранение непосредственного контакта работающих с исходными материалами, оказывающими вредное действие; замену тех. процессов и операций, связанных с возникновением опасных и вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью; герметизацию оборудования; применение средств коллективной защиты работающих; рациональную организацию труда и отдыха; своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных тех. операциях; систему контроля и управления тех. процессом, обеспечивающую защиту работающих.

Требования безопасности к тех. процессу должны быть изложены в технологической документации.

Эргономические требования к рабочим местам

Эргономические требования к рабочим местам устанавливаются ГОСТ 121.2.032-78 и ГОСТ 12.2.033-78 и должны обеспечивать комфортные условия (микроклимат; освещённость; вентиляция; удобное, рациональное расположение необходимого оборудования и инструмента) работнику при его трудовой деятельности.

9.9 Анализ вопросов безопасности технических устройств

Основными вопросами безопасности при проектировании ИУС-М являются вопросы электробезопасности и безопасности персонала при экспериментальных исследованиях. При экспериментальных исследованиях прибора наиболее опасным для человека является наличие источника постоянного напряжения 27 В и общего питания 220 В 50 Гц. Причем переменное напряжение подводится к установке посредством гибкого кабеля и возможность его перетирания весьма велика. Общие вопросы безопасности технологического процесса изложены выше.

Охрана труда является одной из основных частей производственного процесса. При соблюдении всех правил охраны труда повышается качество продукции, увеличивается ее количество, создаются благоприятные условия для труда, позволяющие сберегать жизни и здоровье работников.

измеритель угол скорость гексода космос корабль

Заключение

В дипломном проекте спроектирован измеритель угловых скоростей на основе гексоды датчиков угловой скорости в виде двух троек неортогонально ориентированных ДУС'ов с электрическими обратными связями для космического корабля со следующими параметрами:

1. Каждая тройка должна выдавать: в систему телеизмерения (СТИ) информацию об измеряемой угловой скорости в диапазоне от минус 3 до плюс 3 ?/с;

2. Номинальные положения каждой из трех осей чувствительности ИК приборов ИУС-А и ИУС-Б должны совпадать с образующей конуса с углом полураствора ?0, равным .

3. Номинальные значения углов ?i измерительных каналов должны быть: ?1 = 00, ?2 = 600, ?3 = 1200, ?4 = 1800, ?5 = 2400, ?6 = 3000,

4. Фактическое угловое положение осей чувствительности относительно опорной плоскости YпОZп задается в формуляре на измеритель ИУС-М углами ??1 - ??6. Номинальные значения этих углов 35015?52? (разность между 900 и номинальным значением угла полураствора конуса ?0 = 54044?08?);

5. Допустимые отклонения ??i и ???i не должны превышать ?6?.

6. Линейный диапазон измеряемых проекций вектора абсолютной угловой скорости ИКi должен быть от минус 12 до плюс 12 ?/с.

7. При угловой скорости по модулю от 10 до 60 ?/с измеритель ИУС-М должен обеспечивать правильное формирование знака угловой скорости с амплитудой выходного сигнала не меньше величины сигнала, соответствующего 10 ?/с.

8. Масштабный коэффициент выходного сигнала ИКi должен находиться в пределах (1?1,5)?0,01% '/импульс.

9. Систематическая составляющая смещения нуля ИКi, не зависящего от перегрузки, не должна превышать по модулю вместо 1 ?/ч и должна быть паспортизована в виде константы.

10. Случайная составляющая смещения нуля ИКi (3 СКО), не зависящего от перегрузки, в запуске до 24 ч по отношению к среднему значению в этом запуске не должно превышать 0,2 ?/ч (0,3 ?/ч) при времени осреднения не более 100 с.

11. Случайная составляющая смещения нуля ИКi, не зависящего от перегрузки, от включения к включению не должна превышать 0,6 ?/ч при времени осреднения не более 100 с.

12. Амплитуда переменной составляющей выходного сигнала ИКi при отсутствии входной угловой скорости не должна превышать 0,001 ?/с.

13. Систематическая составляющая погрешности ИКi, пропорциональная перегрузке n, не должна превышать по модулю и должна быть паспортизована.

14. Полоса пропускания измерительного канала по уровню 0,7 должна быть не менее 20Гц.

14. Мощность не более 30 Вт.

15. Масса 15 кг.

16. Измеритель ИУС-М должен запитываться от источника постоянного тока напряжением в пределах от 23 до 34 В при номинальном напряжении 27 В.

Процессе дипломного проектирования были выведены уравнения движения ДУС, произведен анализ погрешностей прибора ИУС-М, рассчитаны: основные параметры ДУС, датчик момента, датчик угла, потребляемая мощность, коэффициент демпфирования, момент инерции поплавкового гидроузла, масштабный коэффициент ДУС и его погрешность, масштабный коэффициент и выходное сопротивление УОС-096, проведено моделирование измерительного канала навигационной системы, была предложена методика регулировки масштабного коэффициента датчика угловых скоростей и произведен расчет основных экономических показателей системы, рассмотрены основные положения по охране труда на приборостроительном предприятии.

Список использованных источников

1. Б. А. Казаков, А. П. Мезенцев, И. Н. Сапожников. Опыт разработки и эксплуатации высокоточных гироскопических измерителей вектора угловой скорости космических аппаратов // Гироскопия и навигация, № 4, 1998, с.67-70.

2. Я. И. Биндер, Т. В. Падерина, О. А. Анучкин. Калибровка датчиков угловой скорости с механическим носителем вектора кинетического момента в составе бесплатформенных инерциальных измерительных модулей // Гироскопия и навигация, №3, 2003, с.3-7.

3. А. А. Волынцев, А. А. Дудко, Б. А.Казаков и др. Опыт создания высокоточных поплавковых гироприборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций. Материалы Х Санкт-Петербургской конференции по интегрированным навигационным системам // Гироскопия и навигация, №1, 2004, с.45-57.

4. Разработка конфигурации бесплатформенного инерциального блока с избыточным количеством чувствительных элементов./ Цуцаева Т.В. /2001. http://www.msfu.ru/journal/comm/referat.php?ru+2

5. Harrison J.V., Gai E.G. “Evaluating sensor orientations for navigation performance and failure detection”. Transactions on Aerospace and Electronic Systems, V13,1997, pp 631-643.

6. Бесплатформенный инерциальный измерительный блок. Патент на изобретение №2162203 от 20.01.2001г.

7. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. - СПб: Электроприбор, 1999. - 356 с.

8. Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. - М.: Наука, 1976. - 670 с.

9. Николаи Е.Л. Гироскоп в кардановом подвесе. - М.: Наука, 1964. - 136с.

10. Андрейченко К.П. Динамика поплавковых гироскопов и акселерометров. - М.: Машиностроение, 1987.- 128 с.

11. Калихман Л.Я., Калихман Д.М. Солозобов В.И. и др. Технический отчет № КБ - 230/1 -05. Компьютерное моделирование ДУС «КХ79-060 - УОС-096» с АЦП типа БПИ-190 (измерительный канал прибора КХ34-021). - Саратов, 2005 - 57с.

12. Пельпор Д.С. Гироскопические системы. В 3 т. - М.: Высшая школа, 1986.

13. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 541 с.

14. Сломянский Г. А. Поплавковые гироскопы и их применение. - М.: Машиностроение - 1970. - 368с.

15. Ишлинский А.Ю. Механика относительного движения и силы инерции. - М.: Наука, 1981. - 191 с.

16. Ишлинский А.Ю. Механика гироскопических систем. - М.: АН СССР, 1963. - 482 с.

17. Ковалев М. П. Сивоненко И. М. Явленский К. Н. Опоры приборов. - М.: Машиностроение, 1967 - 426с.

18. Гироскопическое производствои исследование. Сборник трудов. Под ред. Сломянского Г. А.- Машиностроение, 1969г. - 328с.

19. Назаров Б. И. Гироскопические устройства. - М.: Наука, 1970.- 448с.

20. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. - М.: Высшая школа, 1973. - 528 с.

21. Пельпор Д.С., Михалёв И.А., Бауман В.А. Гироскопические приборы и системы. - М.: Высшая школа,1988. - 424 с.

22. Пельпор Д.С., Осокин Ю.А., Рахтеенко Е.Р. Гироскопические приборы систем ориентации и стабилизации. - М.: Машиностроение, 1977. - 207 с.

23. Калихман Л.Я., Сновалев А.Я. Технический отчет о составной части ОКР «Разработка прецизионного телеметрического измерителя угловой скорости с улучшенными метрологическими характеристиками ИУНЕ-Э4335» - Саратов, 1992. - 110с.

24. Русаков А.М. Прибор КХ79-010. Техническое описание. КХ2.365.010ТО. - Саратов, 1984. - 64с.

25. Сновалев А. С., Скоробогатов В.П. Прибор КХ97-10. Инструкция по регулированию и контролю. КХ2.365.010И1. - Саратов, 1984. - 168с.