Дослідження похибок інерціальної навігаційної системи, що коректується від швидкісних та позиційних коректорів

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра авіоніки

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни "Пілотажно-навігаційні комплекси повітряного судна"

Тема: «Дослідження похибок інерціальної навігаційної системи, що коректується від швидкісних та позиційних коректорів»

Виконав:

студент ІАН-409

Онищенко Олексій Едуардович

Варіант № 92

Перевірив: Рогожин Віктор Олександрович

Київ 2015



Завдання

на виконання курсового проекту

1. Термін виконання роботи: з 29.09.2015р. до 30.11.2015 р.

2. Вихідні дані до курсового проекту: ІНС, що коректується від швидкісних та позиційних коректорів, повинна мати характеристики, яки задані згідно з варіантом.

3. Етапи роботи над курсовим проектом:

- складання рівнянь помилок досліджуваної системи;

- визначення чисельних значень коефіцієнтів ланцюгів корекції ІНС, відповідно до заданої якості процесу корекції;

- аналіз умов стійкості досліджуваної системи;

- одержання аналітичних залежностей помилок досліджуваної структури системи і визначення по них чисельних значень сталих помилок ІНС для випадку систематичних (постійних) інструментальних похибок чутливих елементів ІНС і коректорів.

5. Завдання видав ( Рогожин В.О)

(підпис керівника) (П.І.Б. керівника)

„_____”______________2015 р.

6. Завдання прийняв до виконання: ОнищенкоО.Е.

(підпис студента)

Курсовий проект захищений з оцінкою_____________________________



Реферат

Пояснювальна записка до курсового проекту "Дослідження похибок ІНС, що корегується від позиційного та швидкісного коректора.": 20 сторінок, 8 малюнків, 2 використаних джерела.

Ключові слова: ПС, ПНК, ПНС, ІНЕРЦІАЛЬНА СИСТЕМА, КОРЕКТОРИ, КОЕФІЦІЄНТИ КОРЕЛЯЦІЇ, ПОЗИЦІЙНИЙ КОРЕКТОР, ШВИДКІСНИЙ КОРЕКТОР.

Об'єкт дослідження - певна інерціальна система літака, що корегується від позиційного та швидкісного коректора.

Мета курсового проекту :

- дослідити взаємодію платформної ІНС із системами - коректорами;

- дослідити вплив позиційного коректора на точностні характеристики числення навігаційних параметрів і динаміку зміни похибок комплексної системи;

- виконати розрахунок коефіцієнтів корекції, що забезпечують мінімальні похибки.

Метод дослідження - математичне моделювання в програмному середовищі MatLab.



План

Перелік використаних скорочень

Вступ

Варіант завдання

Розділ І. Розрахункова частина

Розділ ІІ. Моделювання в середовищі MatLab

Висновки

Список використаних джерел

Додатки



Перелік використаних скорочень:

ПС - повітряні судна

ПНС - пілотажно-навігаційні системи

ПНК - пілотажно-навігаційний комплекс

ІНС - інерціальна навігаційна система

ГП - гіро платформа



Вступ

На сьогоднішній день для сучасних повітряних суден (ПС) характерним є широке застосування пілотажно-навігаційних систем (ПНС) на всіх режимах польоту. Без таких систем неможливе ефективне використання авіаційної техніки навіть при вирішуванні найпростіших льотних задач.

Впровадження ПНС в процес управління обумовлюється головним чином зростанням тенденцій інформаційного об'єднання ПНС з іншими комплексами бортового обладнання. На сучасних літаках ПНС перетворились у засоби, які суттєво підвищують ефективність і безпеку польотів.

Надійна робота ПНС можлива лише при суворому дотриманні всіх правил технічної експлуатації, що вимагає від інженерно-технічного персоналу знань принципів роботи таких систем, а також певних практичних навичок, зокрема, з аналізу статичних і динамічних характеристик основних систем ПНО таких, як інерціальні системи навігації, супутникові навігаційні системи, радіосистеми ближньої і дальньої навігації, допплерівського вимірювача швидкості та кута зносу та ін.

Оптимальне алгоритмічне забезпечення пілотажно-навігаційних комплексів (ПНК) дозволить використовувати нові принципи корекції систем числення шляху, наприклад, за допомогою глобальних радіонавігаційних супутникових систем або природних геофізичних полів Землі.

Об'єктом дослідження є ІНС, що корегується від позиційного та швидкісного коректора.

Інерціальна система навігації, маючи високий ступінь автономності роботи й перешкодозахищеності, мають властивість накопичувати помилки визначення координат місця розташування ПС.

Крім того, визначення всіх навігаційних параметрів здійснюється з помилками, які носять коливальний характер з періодом коливань рівним періоду маятника Шулера. Ці властивості ІНС висувають тверді вимоги до точності датчиків первинної інформації, більшість із яких у цей час не можуть бути технічно реалізовані. Вихід знаходять в організації періодичної корекції ІНС від інших систем навігації. У процесі корекції ІНС здійснюється порівняння її показань із відповідними показаннями системи коректорами. Найчастіше здійснюється порівняння швидкостей або координат обумовлених систем. Використання достовірної інформації про швидкості польоту від зовнішньої системи-коректора не дозволяє усунути наростаючу в часі помилку визначення координат місця розташування ПС, де для усунення цієї помилки використають позиційну або швидкісну корекцію від навігаційних систем, які визначають координати і швидкість ПС.

Варіант завдання

Таблиця 1. Варіанти корекції ІНС

Номер варіанту
92	+	+	-	+	-

Таблиця 2. Начальні умови розрахунку та модулювання

№ варіанту	Похибка швидкісного коректора (м/c)	Похибка позиційного коректора (м)	Дрейф акселеро-метра Даx10-2 (м/с2 )	Поч. відхилення ГП Дв (кут.мін)	Дрейф ГП Д 10-2 (кут.мін/с)
92	0.3	200	0.06	3	5

Час моделювання - 10000 с., власна частота коливань системи - =0,01 с^-1



Розділ І. Розрахункова частина

Перш ніж почати виконувати власне саме завдання курсового проекту, запишемо вихідні дані - значення інструментальних похибок ІНС, початкових умов і необхідної якості перехідних процесів корекції , (відповідно до свого варіанту):

Похибка швидкісного коректора: ;

Похибка позиційного коректора: ;

Дрейф акселерометра: ;

Початкові відхилення ГП: ;

Дрейф ГП: ;

Власна частота коливань:

Переведемо значення та в систему СІ:

;

Виконання курсового проекту здійснимо в 4 етапи:

1. Побудова структурної схеми досліджуваної системи

Структурна схема досліджуваної системи приведена на рис.1.

2. Складання рівнянь помилок досліджуваної системи

Запишемо рівняння для 1,2 і 3-го суматорів схеми:

(1)

Рис.1 Схема досліджуваної системи

Оскільки, - малий кут, що характеризує похибку горизонтування ІНС; - похибка акселерометра; - кутова швидкість дрейфу ІНС; - геоцентрична відстань; - прискорення вільного падіння; - показання позиційного коректора, - його похибка, також, врахувавши, рівняння:

- похибка вимірювання координати ;

- похибка вимірювання швидкості ;

- похибка вимірювання прискорення ;

;

.

запишемо рівняння помилок системи «ІНС + позиційний коректор»:

;

; (2)

.

У виразі (2) позначимо: - вектор шуканих змінних (вектор стану системи).

Позначимо також:

;

; (3)

Вектор стовпець вільних членів системи:

Запишемо характеристичний визначник досліджуваної системи - :

, (4)

звідси, рівняння досліджуваної системи набуде вигляду:

. (5)

Якісний аналіз помилок досліджуваної системи

Відповідно до рівняння (5) запишемо характеристичне рівняння системи, знайшовши визначник матриці (4) за допомогою програми Mathcad:

Відповідно до рівняння запишемо характеристичне рівняння системи, знайшовши визначник матриці за допомогою програми Mathcad:

тобто, маємо:

. (6)

Замінивши , маємо:

; (8)

де - частота власних коливань системи.

Поділивши (8) на отримаємо:

. (9)

Згідно з критерієм Вишнеградского маємо:

(10)

Перевіримо систему на стійкість за допомогою критерію Гурвіца:

Оскільки отримане характеристичне рівняння 3-го порядку, то умовою стійкості є: .

Розв'язавши рівняння , можна зробити висновок, що система є стійкою.

Отже,

Аналітичне дослідження помилок системи

Знаходимо значення наступним чином:

де - визначник, що виходить із заміною i-го стовпця стовпцем вільних членів системи (3), тобто

За допомогою програми Mathcad, маємо:

З використанням граничних переходів, тобто , маємо:

Підставивши чисельні значення, отримаємо:

(м).

Розділ ІІ. Моделювання в середовищі MatLab

У ІІ-ій частині проекту, досліджується модель однокомпонентної ІНС із використанням програми візуального моделювання Simulink, що входить до складу універсального математичного пакета програмування MATLAB. Загальна блок-діаграма моделі показана на рис.2.

Рис.2. Досліджувана блок-діаграма

Перед початком моделювання, здійснимо наступні налаштування: установимо Simulation time, значення модельного часу в секундах: початкове значення - Start time = 0.0 і кінцеве значення - Stop time = 10000.

Вхідним сигналом моделі є параметри руху супровідного тригранника у вигляді абсолютного прискорення центра мас ПС .

Цей сигнал генерується в моделі блоком Step як одиничний дискретний сигнал із параметрами: інерціальний навігаційний стійкість matlab

- Step time (крок часу) - тривалість сигналу = 100;

- Initial value (початкове значення) - значення амплітуди сигналу в початковий момент часу = 2;

- Final value (кінцеве значення) - значення амплітуди сигналу після закінчення кроку часу = 0;

Промоделювавши вище зазначену модель, отримаємо:

ДS(м)10⁶

t(c) 10⁴

Графік визначення S

V(м/с)

t(c) 10⁴

Графік визначення V

Дв (кут.хв)

t(c) 10⁴

Графік визначення в

ДS(м/c)

t(c) 10⁴

Графік визначення ДS

ДV(м/c)

t(c) 10⁴

Графік визначення ДV



Висновки

У ході виконання курсового проекту з дисципліни «Пілотажно-навігаційні комплекси ПС» на тему «Дослідження похибок ІНС, що коректується від швидкісних та позиційних коректорів» ми досліджували взаємодію платформної ІНС із системами-коректорами та виконували розрахунки коефіцієнтів корекції, що забезпечують мінімальні похибки.

Схема, яка мені була запропонованою, не є стійкою. Для того, щоб система стала стійкою, я запропонував додати коефіцієнт . Після цього наша система стала стійкою. Це видно з характеру перехідних процесів. Криві значень параметрів з часом набувають усталених значень, які для помилок системи є близькими до нуля. Похибки в визначенні швидкості, координати та кута в межах норми.

Отже, можна сказати, що мета роботи була досягнута. Отримана стійка система з усталеними значеннями параметрів.



Список використаних джерел

1. Рогожин В.О., Синєглазов В.М., Філяшкін М.К. Пілотажно-навігаційні комплекси повітряних суден - К.: Вид-во НАУ, 2005. - 316 с.

2. Рогожин В.О., Філяшкін М.К,, Хімін В.М. Пілотажно-навігаційні комплекси повітряних суден. Методичні рекомендації до виконання практичних робіт для студентів напряму 6.051103 “Авіоніка”- К.: Вид-во НАУ, 2009. - 56 с.

Размещено на Allbest.ru

...