Исследование процессов коррекции инерциальных навигационных систем от внешних навигационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа № 2, 3

"Исследование процессов коррекции инерциальных навигационных систем от внешних навигационных систем"

1. Цель работы

В лабораторной работе исследуется взаимодействие платформенной ИНС с системами корректорами, исследуется влияние скоростного и позиционного корректора на точностные характеристики счисления навигационных параметров и динамику изменения погрешностей комплексной системы.

2. Методические указания

Повторить следующие теоретические вопросы дисциплины:

- гиростабилизаторы;

- принципы построения платформенных инерциальных навигационных систем;

- рабочие режимы инерциальных навигационных систем;

- основные источники погрешностей инерциальных навигационных систем.

3. Задание на выполнение лабораторной работы

1. Исследовать влияние ступенчатых моментных и ветровых возмущений на характер продольного движения неуправляемого ЛА. Получить распечатки переходных процессов.

2. Исследовать отличия в поведении ЛА при моментном возмущении и при отклонении руля высоты. Получить распечатки переходных процессов.

3. Исследовать влияние коэффициентов характеризующих момент продольной статической устойчивость по углу атаки и момент собственного аэродинамического демпфирование на характер продольного движения неуправляемого ЛА. Получить распечатки переходных процессов.

4. Исследовать влияние высоты и скорости полета на характер продольного движения неуправляемого ЛА. Получить распечатки переходных процессов.

4. Объект исследования

Инерциальные системы навигации, обладая высокой степенью автономности работы и помехозащищенности, имеют свойство накапливать ошибки определения координат местоположения. Кроме того, определение всех навигационных параметров осуществляется с ошибками, которые носят колебательный характер с периодом колебаний равным периоду маятника Шулера. Эти свойства ИНС предъявляют жесткие требования к точности датчиков первичной информации, большинство из которых в настоящее время не могут быть технически реализованы. Выход находят в организации периодической коррекции ИНС от других систем навигации. В процессе коррекции ИНС осуществляется сравнение ее показаний с соответствующими показаниями системы корректора. Чаще всего осуществляется сравнение скоростей или координат определяемых системами.

Достоверную информацию о скорости полета можно получит от доплеровского измерителя скорости и угла сноса. Информация о координатах может поступать от навигационных радиотехнических систем, от радиолокационных и оптических визиров, от систем спутниковой навигации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 2.1 показана возможная структура однокомпонентной ИНС корректируемой по сигналам скорости V_к, которые измеряются скоростным корректором, например, ДИСС. Сигнал V_к - это сигнал ошибки скоростного корректора.

Обозначим ошибку определения скорости с помощью ИНС как

V_и = V_и - V

при этом

,

тут V_и - скорость измеряемая ИНС;

V - действительная скорость ЛА;

Записывая уравнения для нижнего и верхнего сумматоров структурной схемы, получим:

После преобразования данной системы получим систему уравнений, описывающую ошибки ИНС в виде

или в операционной форме

Характеристический определитель системы можно записать в виде

Анализируя характеристическое уравнение, можно отметить, что введение контура коррекции с коэффициентом усиления К₂ уменьшает период собственных колебаний системы, а введение контура коррекции с коэффициентом усиления К₁ обеспечивает демпфирование колебаний в системе.

Кроме того, введение коррекции позволяет снизить в (1 + К) раз ошибку определения скорости вследствие наличия дрейфа гироплатформы. В тоже время следует иметь в виду, что наличие ошибки скоростного корректора вызывает дополнительную ошибку определения вертикали.

Использование достоверной информации о скорости полета от внешней системы-корректора не позволяет устранить нарастающую во времени ошибку определения координат местоположения ЛА. Для устранения этой ошибки используют позиционную коррекцию от навигационных систем, которые определяют координаты ЛА.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 2.2 показана возможная структурная схема коррекции однокомпонентной ИНС с горизонтальною платформою от позиционного навигационного корректора НК, например РСБН.

Учитывая ошибки определения координат S, скорости V и вертикали , можно провести анализ этой системы, аналогичный предыдущему.

Характеристическое уравнение этой системы имеет вид

Анализ характеристического уравнения показывает, что за счет выбора коэффициентов К₁, К₂ можно добиться устойчивости переходных процессов, а, анализируя установившиеся значения ошибок ИНС, можно сделать вывод, что в этом случае угловая скорость дрейфа не влияет на установившиеся значения ошибок определения скорости полета и координат ЛА.

5. Порядок и методика выполнения лабораторной работы

В работе исследуется модель однокомпонентной ИНС с использованием программы визуального моделирования Simulink, входящей в состав универсального математического пакета программирования MATLAB.

Для начала работы необходимо войти в нужную директорию и запустить программу лабораторной работы (двойной щелчок левой кнопкой «мыши» (ЛКМ) по файлу с именем kop_isn.mdl). Программа может быть запущена также из оболочки пакета MATLAB. После загрузки MATLAB и инициализации программы визуального моделирования Simulink, программу лабораторной работы kop_isn.mdl вызывают через меню File.

После запуска программы лабораторной работы в окне Simulink появляется блок-диаграмма модели корректируемой ИНС. Блок-диаграмма модели показана на рис. 2.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контур ИНС на схеме выделен темным цветом, схема коррекции более светлым. В конкретном случае в модели реализуется коррекция по скорости.

5.1 Исследование коррекции ИНС по скорости

1. Активизируя меню Simulation открыть диалоговое окно настроек параметров моделирования Simulation parameters.

Окно содержит вкладку Solver (расчет) - установка параметров моделирования (расчета модели). На этой вкладке в группе Simulation time установить значения модельного времени в секундах: начальное значение ? Start time = 0.0 и конечное значение - Stop time = 10000.

В дальнейшем для передачи Simulink любых вновь устанавливаемых параметров модели или блоков модели следует нажимать кнопку OK или Apply и OK.

Входным сигналом модели являются параметры движения сопровождающего трехгранника в виде абсолютного ускорения центра масс ЛА . Этот сигнал генерируется в модели блоком Step из раздела Sources как единичный дискретный сигнал с заданными параметрами. Двойной щелчок ЛКМ по блоку открывает окно параметров настройки. Установить следующие параметры входного сигнала:

§ Step time (шаг времени) - длительность сигнала = 100;

§ Initial value (начальное значение) - значение амплитуды сигнала в начальный момент времени = 2;

§ Final value (конечное значение) - значение амплитуды сигнала по истечении шага времени = 0;

При таком входном сигнале моделируется разгон самолета с ускорением

= 2м/с²

в течение 100 с.

2. Отключить схему коррекции, т.е. выходы блоков К₁ и К_2.

Для отключения какой-либо связи необходимо выделить ее ЛКМ и удалить клавишей «Delete».

3. Убедившись, что все остальные блоки модели, имитирующие возмущения отключены, запустить модель на решение.

Для запуска модели на исполнение необходимо на панели инструментов нажать кнопку «Start».

4. По окончании моделирования просмотреть графики переходных процессов всех индицируемых параметров.

· вычисленной скорости V_в;

· вычисленного расстояния S_в;

· ошибки вычисления скорости ?V;

· ошибки вычисления расстояния ?S;

· ошибки горизонтирования .

Для просмотра графиков переходных процессов дважды щелкнуть ЛКМ по соответствующему блоку Scope (осциллограф). Для управления параметрами окна Scope в нем имеется панель инструментов, содержащая ряд кнопок. Основные кнопки, управляющие масштабами:

Zoom - изменение масштаба осей графика;

Zoom X- axis - изменение масштаба по оси абсцисс;

Zoom Y- axis - изменение масштаба по оси ординат;

Autoscale - установка оптимального масштаба осей (автошкалирование).

5. Убедится в отсутствии ошибок вычисления навигационных параметров, а, проведя простейшие расчеты, сравнить их с результатами моделирования вычисленной скорости V_в и вычисленного расстояния S_в.

6. Активизируя окно параметров настройки блока Constant «Дрейф акселерометра» установить величину дрейфа равную 2м/с². (Constant value =2). Подключить блок к входу сумматора

7. Убедившись, что все остальные блоки модели, имитирующие возмущения, отключены, запустить модель на решение. По окончании моделирования просмотреть графики переходных процессов.

· ошибки вычисления скорости ?V;

· ошибки вычисления расстояния ?S;

· ошибки горизонтирования .

8. Оценить ошибки вычисления навигационных параметров (максимальные и средние значения ошибок) и зарисовать графики переходных процессов.

9. Подключить схему скоростной коррекции, т.е. блоки К₁ и К₂ в соответствие с блок-диаграммой модели рис.2.3, установив оптимальные значения коэффициентов: К₁ = 0.0073 и К₂ = 1.5е-^6.

10. Убедившись, что все остальные блоки модели, имитирующие возмущения, отключены, запустить модель на решение. По окончании моделирования просмотреть графики переходных процессов.

· ошибки вычисления скорости ?V;

· ошибки вычисления расстояния ?S;

· ошибки горизонтирования .

11. Оценить ошибки вычисления навигационных параметров (максимальные и средние значения ошибок) и зарисовать графики переходных процессов. Сравнить полученные результаты с предыдущим решением.

12. Повторить пункты 5.1.6 5.1.11 для возмущений «Начальное отклонение платформы» = 0.0001 рад, «Дрейф платформы» = 0.0001 рад/с и для «Ошибки корректора» = 1 м/с

13. Оценить влияние коэффициентов контуров коррекции К₁ и К₂ на качество переходных процессов в системе. Для возмущения «Дрейф акселерометра» = 2м/с², поочередно изменяя коэффициенты контуров коррекции К₁ и К₂ относительно оптимальных значений К₁ = 0.0073 и К₂ = 1.5е-⁶, зарисовать графики переходных процессов ошибки вычисления скорости ?V. Сравнить полученные результаты с оптимальными решениями. Рекомендуемый диапазон изменения коэффициентов контуров коррекции: К₁ = 0.0013 0.0093 и К₂ = 5е-⁵ 6.5е-⁶.

5.2 Исследование позиционной коррекции ИНС

1. Внести изменения в модель, подключив схему позиционной коррекции в соответствии с блок-диаграммой, приведенной на рис.2.4 и установив оптимальные значения коэффициентов: К₁ = 2.8е-⁵ и К₂ = 0.015. Изменения на блок-диаграмме выделены красным цветом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Активизируя окно параметров настройки блока Constant - «Дрейф акселерометра» установить величину дрейфа равную 2м/с². (Constant value =2). Подключить блок к входу сумматора.

3. Убедившись, что все остальные блоки модели, имитирующие возмущения, отключены, запустить модель на решение. По окончании моделирования просмотреть графики переходных процессов:

· ошибки вычисления скорости ?V;

· ошибки вычисления расстояния ?S;

· ошибки горизонтирования .

4. Оценить ошибки вычисления навигационных параметров корректируемой ИНС (максимальные и средние значения ошибок) и зарисовать графики переходных процессов. Сравнить полученные результаты с решением п. 5.1.6, т.е. с ошибками вычисления навигационных параметров некорректируемой ИНС при аналогичном возмущении.

5. Повторить пункты 5.2.2 5.2.4 для возмущений «Начальное отклонение платформы» = 0.0001 рад и «Дрейф платформы» = 0.0001 рад/с, каждый раз, сравнивая полученные результаты с решениями п. 5.1, т.е. с ошибками вычисления навигационных параметров некорректируемой ИНС при аналогичных возмущениях.

6. Повторить пункты 5.2.2 5.2.4 для возмущения «Ошибка корректора» = 10 м.

7. Отключить схему позиционной коррекции, т.е. выходы блоков К₁ и К₂ .

8. Убедившись, что все остальные блоки модели, имитирующие возмущения, отключены, запустить модель на решение. По окончании моделирования просмотреть графики переходных процессов:

· ошибки вычисления скорости ?V;

· ошибки вычисления расстояния ?S;

· ошибки горизонтирования .

9. Оценить ошибки вычисления навигационных параметров (максимальные и средние значения ошибок) и зарисовать графики переходных процессов. Сравнить полученные результаты с предыдущим решением.

10. Оценить влияние коэффициентов контуров коррекции К₁ и К₂ на качество переходных процессов в системе. Подключить схему позиционной коррекции, т.е. выходы блоков К₁ и К₂ в соответствие с блок-диаграммой модели рис.2.4. Для возмущения «Дрейф акселерометра» = 2м/с², поочередно изменяя коэффициенты контуров коррекции К₁ и К₂ относительно оптимальных значений К₁ = 2.8е-⁵ и К₂ = 0.015, зарисовать графики переходных процессов ошибки вычисления скорости ?V. Сравнить полученные результаты с оптимальными решениями. Рекомендуемый диапазон изменения коэффициентов контуров коррекции: К₁ = 1.3е-⁵ 5.8е-⁵ и К₂ = 0.005 0.03.

инерциальный навигационный корректор погрешность

6. Содержание отчета

В отчете по лабораторной работе должны быть представлены:

- цель и задание на лабораторную работу.

- кривые переходных процессов (один комплект на бригаду);

- подробный анализ полученных результатов и выводы по каждому выполненному пункту работы.

Размещено на Allbest.ru