CC BY
10
7, Панкратов И. А. Об аппроксимации оптимальных траекторий методом поточечной коллокации // Современная наука : актуальные проблемы теории и практики. Сер, : Естественные и технические науки, 2016, JVS 1, С, 49-52,
8, Алексеев Е.Р., Чеснокова О. В., Рудченко Е.А. Seilab : Решение инженерных и математических задач, М, : ALT Linux ; БИНОМ, Лаборатория знаний, 2008, 269 с,
9, Челноков Ю. П., Панкратов И. А. Переориентация орбиты космического аппарата, оптимальная в смысле минимума интегрального квадратичного функционала качества // Мехатроника, автоматизация, управление, 2010, JVS 8, С, 74-78,
10, Челноков Ю. П., Панкратов И. А. Переориентация круговой орбиты космического аппарата с тремя точками переключения управления // Мехатроника, автоматизация, управление, 2011, JVS 1, С, 70-73,
УДК 539.3
Ю. О. Растегаев
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СИГНАЛА МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПЪЕЗОГИРОСКОПА В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ
Введение. Рассматривается датчик ииерциальиой информации, использующий как прямой, так и обратный пъезоэффекты [1, 2] в условиях нестационарного температурного поля. При температурном воздействии могут изменяться линейные размеры деталей и физические свойства материалов, из которых они изготовлены, что оказывает отрицательное влияние на стабильность работы, точность прибора, выходной сигнал и алгоритмы его обработки (см. [1]). Существенным является моделирование поведения пъезогироскопа при возможном в реальных условиях случайном характере изменения внешней температуры.
Проводится анализ качества сигнала пъезогироскопа при различных температурных режимах. Особое внимание уделяется рассмотрению функционирования датчика при резких перепадах температуры в заранее не известные моменты времени. Даются оценки распределения качества сигнала для всего спектра температур.
Математическая модель. Рассматриваемый пъезогироскоп включает в себя чувствительный элемент, который состоит из двух взаимно перпендикулярных пьезопластин 3 и 4 (рис. 1) и присоединённой к ним массы 7. Каждая пластина с одной стороны закреплена, а другая сторона находится в контакте с грузом 7 массы М, причем от груза на пластинки передаются только нормальные составляющие усилий. На пластину 3
подаётся переменное напряжение, возбуждающее в ней за счет обратного пьезоэффекта упругие волны и, как следствие, колебания присоединенной массы. При вращении платформы с пьезогироскопом на присоединенную массу действует кориолисова сила и присоединенная масса воздействует на пластину 4- За счет прямого пьезоэффекта в этой пластине генерируется электрический ток, пропорциональный измеряемой угловой скорости.
о*.-/
Рис. 1. Схема пьезогироскопа: 1 - поверхность теплового контакта,
2 - внутренний источник тепла, 3, 4 ~ ньезонластины, 5, 6 - стенки корпуса, 7 - присоединенная масса
В рамках этой работы был проведен анализ температур наиболее приемлемых для функционирования прибора. Рассмотрен случай изменения внешней температуры в случайные, не известные программе расчета сигнала моменты времени в заданном интервале. С учетом зависимости величины сигнала от температуры, наибольший вклад в которую вносит зависимость модуля Юнга [3] от температуры, были найдены полосы температур с отличным, хорошим, слабым и плохим сигналом соответственно 100 90%, 90 50%, 50 10%, 10 0% от максимальной величины сигнала. Заметим, что максимальное значение получается при подаче на пъезопластину колебаний с частотой, равной резонансной. В данном случае расчеты велись при резонансной частоте для 20° С.
Для группы генераций серии случайных изменений температуры в заданном диапазоне был проведен статистический анализ. Генерировались 100 серий по 90 значений случайных температур с шагом по времени 1 мин в диапазоне -40°С - 120°С. Для каждого значение температуры была вычислена процентная доля сигнала от максимального. На основе полученного массива данных выявились следующие закономерности.
При 15°С 27°С наблюдается отличный сигнал. В среднем в эту зону попадает 8% 10% времени функционирования прибора. В зону хорошего сигнала, которая наблюдается в диапазоне 3°С 42°С попадает от 16 до 20% времени работы. В зоне слабого сигнала -20°С 75°С прибор
функционирует в среднем до 51% времени р>аботы. Зона плохого сигнала,
75°
Рис. 2. График качества сигнала для серии случайных изменений температуры: 1 - зона отличного сигнала, 2 - хорошего, 3 - слабого, 4 ~ зона плохого сигнала
Заключение. Таким образом, можно сделать вывод, что при резких изменениях внешней температуры большую часть времени выходной сигнал слабый или практически отсутствует. Для повышения стабильности работы пъезогироскопа, его энергоэффективности и точности необходимо решать задачи снижения негативного влияния температурного поля на функционирование пъезогироскопа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Нагар Ю. Н.. Ольшанский В. Ю.. Панкратов В. М.. Серебряков А. В. Об одной модели пъезогироскопа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. № 2. 80 с.
2. Афонин С. М. Параметрическая структурная схема пьезопреобразователя // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2002. № 6. С.101-107.
3. Perrirer A. Roger de Mandrot Elasticite' et syme6 trie du Quartz aux temp' eratures e' leve' es // Impr. Re' unies S. A., 1924.
