Использование МЭМС-датчиков для решения задач мониторинга состояния рельсового пути Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

УДК 531.383

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЭМС-ДАТЧИКОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ

А.М. Боронахин, Д.Ю. Ларионов, Л.Н. Подгорная, А.Н. Ткаченко,

Р.В. Шалымов

Рассматриваются новые подходы к диагностике рельсового пути с использованием микромеханических модулей, основу которых составляют МЭМС-датчики: акселерометры и гироскопы. Приводится алгоритм обработки показаний акселерометров, позволяющий выявлять вертикальные неровности рельсовых нитей и учитывать при этом влияние некруглости колеса на результат диагностики. Описывается метод навигации на рельсовом пути с использованием показаний МЭМС-датчиков, основанный на применении в качестве навигационных отметчиков конструктивных элементов рельсового пути: стыковых соединений и стрелочных переводов. Показана возможность прогнозирования состояния дефекта на основе анализа тенденции его развития.

Ключевые слова: микромеханический акселерометр, МЭМС-датчики, диагностика рельсового пути, поверхностный дефект рельса, навигация на рельсовом пути.

Активное развитие микроэлектромеханических систем (МЭМС) позволило устанавливать инерциальные датчики там, где ранее это казалось невозможным: стали появляться инерциальные измерительные модули, предназначенные для установки на биологические объекты, в том числе человека; встраиваемые в мобильные устройства и планшеты; эксплуатируемые в автомобильных подсистемах для детектирования столкновения, выпуска защитных воздушных подушек и антиблокировки колес. Число таких специфических применений, невозможных для макродатчиков, велико, и они крайне разнообразны [1, 2].

Одним из таких применений является их использование в системах диагностики состояния рельсового пути [3]. Основной идеей здесь является расположение миниатюрных инерциальных модулей непосредственно на интересующих узлах вагона, локомотива или другого подвижного железнодорожного объекта и, после анализа сигналов датчиков, определение

111

характера взаимодействия различных элементов вагона друг с другом или с рельсовым путем. Именно этой проблемой почти 30 лет назад и занялась научная группа кафедры лазерных измерительных и навигационных систем (ЛИНС) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ». Выработанным за это время новым подходам к диагностике рельсового пути с использованием микромеханических модулей (ММ), предложенным техническим решениям и полученным практическим результатам и посвящена настоящая статья.

Для обеспечения безопасности и комфорта железнодорожных перевозок требуется постоянный контроль состояния рельсового пути, который обеспечивается специальными вагонами-измерителями, ручными путеизмерительными тележками и шаблонами и т.д. Однако повышенная интенсивность грузоперевозок и невозможность создания большого количества вагонов-измерителей приводят к необходимости разработки недорогих малогабаритных интегрированных систем диагностики рельсового пути (МИСД РП) средней точности, которыми могут быть оснащены регулярно курсирующие локомотивы и тепловозы.

В работе [4] предложена структура МИСД РП, в состав которой вошли четыре специально разработанных микромеханических модуля (ММ), предназначенных для установки на буксы колесных пар тележки вагона (рис.1).

Рис.1. Микромеханический модуль

Пройдя более чем десятилетний путь развития, ММ обрел следующую конфигурацию чувствительных элементов, сохранившуюся по настоящее время:

один трехосный акселерометр ЛОХЬ 325 с диапазоном измеряемых ускорений ±5 g;

три одноосных акселерометра ЛОХЬ 278 с диапазоном измеряемых ускорений ±35 g;

три одноосных гироскопа ЛОХЯ8 614 с диапазоном измеряемых угловых скоростей ±75 °/с;

температурный датчик для компенсации уходов/смещений, вызванных температурными изменениями.

Выбор микромеханических акселерометров (ММА) обусловлен диапазонами действующих ускорений (ударные нагрузки на бесстыковом пути обычно лежат в пределах единиц g, в то время как на рельсовых стыках могут доходить до десятков g [5]). Неровности рельсового пути приводят к вертикальным ускорениям в диапазоне от десятых долей до десятков g. Поэтому для повышения точности измерений при ускорениях в единицы g (небольшие неровности, измерения между стыками и на бесстыковом пути) используется акселерометр с диапазоном ±5 g, а для реакции на крупные неровности, стыки - с диапазоном ±35 g. Также при действующих ускорениях в пределах ±5 g осуществляется самокалибровка модуля: учитывая большую достоверность сигналов акселерометров ЛОХЬ 325 в этом диапазоне, их показания используются для коррекции акселерометров ЛБХЬ 278.

В процессе испытаний микромеханических гироскопов была выявлена зависимость их показаний от действующих линейных ускорений, причем по одной оси это влияние проявлялось больше, чем по другой [6], что было учтено при проектировании ММ.

В состав МИСД РП помимо ММ включена бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) в качестве построителя опорной (географической) системы координат.

МИСД РП вошла в состав диагностического комплекса вагона-дефектоскопа АВИКОН-03М, разработанного АО «Радиоавионика» по заказу АО «РЖД», который начал эксплуатироваться на Октябрьской железной дороге с мая 2011 года [7, 8].

Для определения вертикальных неровностей рельсовых нитей был разработан алгоритм обработки показаний вертикальных акселерометров, который со временем прошел путь развития от методики анализа взаимной корреляционной функции сигналов двух датчиков до схемы, позволяющей учитывать влияние некруглости колеса на результат диагностики поверхности катания рельса. Идея алгоритма определения коротких неровностей пути заключается в следующем. Если железнодорожный путь имеет неровность в вертикальной плоскости, сигналы акселерометров, расположенных как на первом, так и на следом идущем колесах, будут иметь характерный данной неровности вид. Отсутствие корреляции может объяс-

113

няться нестабильностью выходного сигнала одного из датчиков или силами динамического взаимодействия вагона и рельсового пути. То есть повторяемость сигналов двух акселерометров является критерием для определения неровности, в частности, дефекта на поверхности катания рельсового пути (см. на рис. 2 два удара с пространственным сдвигом в 2,4 м -реакцию на пройденную неровность у ММ1 и ММ2, установленных на буксах следом идущих колес).

200-

150-

со" 100-

5 н я 50-

5 щ Е i i g

TOO." 0-

О П, ч

С О О

го -50-

-100-

-150-

3 м

V= 160км/ч (20.12)

(llM/VV*\

■ ДММ1

■ ДММ2 ■ДММЗ

7266

7269

7272 7275

Пройденная дистанция, м

7278

7281

Рис. 2. Показания акселерометров

Эффект влияния дефекта на поверхности катания колеса был изучен на основе данных одного из экспериментальных проездов: по показаниям одного ММ (ММ1 на рис. 2) был обнаружен удар, повторяющийся с периодичностью ~3 м, что соответствует длине окружности колеса, и не наблюдался в показаниях следом идущего колеса (ММ2 на рис. 2).

Структурная схема алгоритма приведена на рис. 3 [9]. Сигналы вертикальных микромеханических акселерометров, измеряющих линейные ускорения буксовых узлов тележки вагона - для впереди идущего

колеса, Wz2 - для следом идущего колеса), нормируются в блоке Н по значению скорости движения вагона и.

Нормировка осуществляется в соответствии с представлением неровности, описываемой выражением

h = Dh(1 - cos2^),

(1)

где И - текущая глубина неровности, X - длина волны неровности соответственно; и - скорость движения вагона; t - время; Дй - значение амплитуды неровности, определяющееся в этом случае как

\2

Dh = a

тах

X

2 pu

где атах - значение максимума ускорения в сигнале ММА.

Ш71

1

Н

^ п н —1

Л=2,4м

Ш,

¿2

КА

Н

Т

П2

а=360°

Я

12_

а=360°

-► КА

Я99 -

22 ► >

КА >

Ст.Об.

кх

ФНЧ

I

Н

Ст.О2б.

с. 1

Н

Н и

кор -1 г

1 г кор Я12

>

К А

кор 2

Н

Ш2м

Рис. 3. Структурная схема алгоритма

Дк

Я

пор

В этом случае исключение влияния скорости движения средства измерения на результат измерений ускорения (нормирование по скорости) выполняется в блоке Н только на величину (2пи)2, т. к. длина неровности колеса неизвестна.

Далее каждый из сигналов пн и п| участвует в корреляционном анализе (блок КА) на соседних оборотах колеса для выявления дефектов поверхности катания 1-го и следом идущего по рельсовой нити 2-го колеса (Яц и Я22 соответственно). Одновременно с этим вычисляется Я12 - коэффициент взаимной корреляции показаний ММА, приведенных к одной путевой координате (<И - расстояние между осями колесных пар тележки).

Полученные коэффициенты корреляции сравниваются в блоке ">" и, если Яц и Я22 превышают Я12, то принимается решение, что на протяжении двух оборотов колес значения ускорений определяются в большей степени геометрией колеса, чем рельса. Тогда данные с ММА передаются в блок статистической обработки (Ст.Об.), где формируется профиль колеса с СКО < 0,1 мм. Известно, что некруглость колес, возникающая в процессе эксплуатации, составляет от одной до четырех волн неровностей, что соответствует пространственной частоте (длина окружности колеса ~ ~ 3 м) от 0,3 до 1,3м-1. Это является определяющим условием при настройке фильтра низких частот (рис. 2, ФНЧ).

Ш1м

к

к

Следует отметить, что полученные профили колес постоянно обновляются, так как геометрия колеса может измениться даже в течение одного проезда (влияние динамических воздействий при прохождении стыковых зазоров и дефектов рельсового пути, торможения и разгона).

Полученные таким образом "маски колес" (к{, к|, мм) позволяют рассчитать Щд для коррекции текущих показаний ММА. При этом значения -к2р определяются исключительно импульсными неровностями рельсовых нитей. Использование «масок» колес позволило увеличить амплитуду пика взаимной корреляционной функции Я12 на ~10 %.

Условием для принятия решения о наличии импульсной неровности поверхности катания рельсовой нити является превышение значения экспериментально полученного максимума Я12 рассчитанного порога Япор,

определяемого для идеализированного случая, когда ММА не имеют инструментальных погрешностей (показания определяются только неровностью вида (1)), и процедуры сведения сигналов и нормирования выполнены идеально. При выполнении такого условия путевые координаты первого и второго минимумов показаний ММА принимаются за начало и конец дефекта. Таким образом находится его протяженность X. Затем в соответствии с выражением (2) определяется его глубина Дк.

Результаты сдаточных испытаний МИСД РП в составе АВИКОН-03М подтвердили заявленные требования по точности 1 мм.

Также проводились испытания комплекта из 4 микромеханических модулей, входящих в состав МИСД РП, в условиях повышенных скоростей движения (до 160 км/ч) при установке на буксовые узлы тележки путеизмерительного вагона КВЛ модели П3.0 (ЗАО НПЦ ИНФОТРАНС). По результатам испытаний были показаны готовность и работоспособность микромеханических модулей в определении коротких неровностей и дефектов на поверхности катания рельсов в условиях повышенных скоростей движения (см. рис. 2 - движение со скоростью 160 км/ч).

Только лишь обнаружить дефект рельса недостаточно: необходимо осуществлять привязку проведенного измерения к местоположению на рельсовом пути. Решение такой задачи должно осуществляться с точностью, достаточной как для выдачи путевым службам координат для выезда ремонтной бригады, так и для совместной обработки результатов многократных последовательных проездов системы. Суть данной разработки заключается в построении алгоритма коррекции датчика пройденного пути (одометра), от погрешности которого зависит точность локализации результатов диагностики, проводимой как путеизмерительными вагонами, так и вагонами-дефектоскопами, вагонами-измерителями контактной сети, ручными средствами и т.д. [9].

Поскольку все контролируемые параметры состояния рельсовой колеи фиксируются как функция пройденной вагоном дистанции, требования к точности ее измерения чрезвычайно высоки. Датчик пути является основным прибором, по показаниям которого определяется пройденное вагоном расстояние, но его относительная погрешность может составлять до 5 м/км. Широко практикуемый ручной способ коррекции его показаний требует своевременного нажатия кнопки синхронизации при прохождении вагоном километровых столбов (пикетов), что является трудновыполнимой задачей при высоких скоростях движения вагона. Существует также автоматическая коррекция, которая требует установки в колее магнитного датчика (например, /nduS/ [10]). При этом вагон должен быть оснащен считывающим устройством. Такой способ обеспечивает точность считывания 2 см при скорости движения до 200 км/ч, но подразумевает существенные дополнительные финансовые вложения в инфраструктуру, а также выполнение чрезвычайно трудоемких геодезических измерений длины рельсового пути между такими навигационными отметчиками (НО).

Опытная эксплуатация МИСД РП показала, что в качестве таких НО могут выступать конструктивные особенности рельсового полотна -стыки, стрелочные переводы и т.п., а применение процедуры взаимной корреляции сигналов одного и того же микромеханического модуля в разных проездах при их предварительном сведении по показаниям одометра и информации от приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем (ПА СНС), в силу квазипостоянства положения пути, позволяет достичь существенного эффекта в задаче коррекции одометра.

Следует также учитывать, что сам по себе путь, являясь квазипостоянной структурой, несёт в себе значительный объем априорной информации о траектории движения. Траектория движения подвижной единицы по рельсовому пути в плане может быть разбита на набор прямолинейных и криволинейных участков; последние, в свою очередь, характеризуются серией переходных и круговой кривых.

Для дальнейшего использования при обработке информации априорного знания конфигурации участка, по которому перемещается подвижная единица, необходимо знать функционал, которым кривая может быть описана. В качестве переходных кривых применяются различные математические кривые с постепенно уменьшающимся радиусом кривизны от бесконечности до радиуса круговой кривой. Наиболее часто используется клотоида (радиоидальная спираль): х = L - aL5;y = bL3 + cL1, где L - длина участка кривой, а параметры a, b, c - константы. Для круговой кривой аппроксимация имеющихся данных осуществляется с переходом в полярную систему координат: х = R cos( j); y = R(1 - sin( j)), где j = 3p /2 + L / R . Тогда R(L) = const, j(L) = yR + 3p2 .

Таким образом, комплексирование информации от НО (ММ), ПА СНС, БИНС и одометра позволяет говорить о возможности построения геоинформационной базы пути и реализации метода навигации на рельсовом пути, позволяющего снизить погрешности в определении местоположения дефектов рельсового пути с величины порядка 5 м/км (погрешность датчика пути) до 1.. .6 см для скоростей движения до 200 км/ч (погрешность не копится).

Анализ состояния и тенденции развития дефекта. При опытной эксплуатации МИСД РП, учитывая достаточно частые плановые промеры одного из участков рельсового пути, было отмечено, что помимо выявления дефекта, система может быть использована в качестве анализатора его развития [11]. На рис. 4 приведены показания одного из ММА. Проезды осуществлялись в разные дни (4 и 17 января, а также 3, 15 и 23 февраля) с одинаковой скоростью. Сигналы ММ в трех проездах (04.01, 17.01 и 03.02) являются коррелированными (отображают прохождение по одной и той же неровности). В последних проездах (15.02 и 23.02) сигналы ММ значительно отличаются от предыдущих, так как проезды осуществлялись после проведения ремонтных работ на рассматриваемом участке в период с 3 по 15 февраля. Таким образом, опираясь только на показания МИСД РП, возможно делать оценку момента времени, когда размеры дефекта достигнут критического значения, требующего снижения скорости движения или вообще закрытия данного участка пути, и запланировать оптимальное время ремонта.

300

о.

о

и >

-50

15 02 А

123.02 | /

-100

-150

-200

11.4 11.5 11.6 11.7 11,8 11.9 12 12,1

Дистанция, м

Рис.4. Показания микромеханического акселерометра

118

На основе анализа последовательных проездов МИСД РП, приведенных к «единой» путевой координате, был разработан алгоритм, представленный на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм оценки развития дефекта

Блок-схема делится на две ветки: анализ качества проведенных ремонтных работ (в этом случае следует рассматривать данные двух проездов: до и после ремонта); определение тенденции развития дефекта (в этом случае рассматриваются все имеющиеся базы, записанные с последних ремонтных работ, проводится их регрессионная обработка по методу наименьших квадратов и вырабатывается прогноз скорости развития дефекта для определения интервала времени, через который он выйдет за пределы установленные нормативом и потребует ремонтных работ). Здесь и далее

119

под «базой» понимается не вся имеющаяся совокупность данных, полученных по результатам проезда системы, а только лишь перечень выявленных дефектов рельсового пути, с их параметрами (АИ и X).

Представленные на рис. 5 обозначения: В - база данных о дефектах; Н - вектор измерений, элементами которого являются значения параметров неровности в каждом из проездов (глубина и протяженность дефекта от проезда к проезду); И - оценка вектора измерений; М - совокупная масса составов, прошедших по участку рельсового пути с момента последнего ремонта; И0, УМ и АМ - начальное значение, скорость и ускорение роста параметра неровности.

Таким образом, если с течением времени дефект практически не развивается, то коэффициенты при высших степенях М будут малы и определяющим станет И0 , если состояние дефекта ухудшается, то коэффициенты Ум и Ам станут отличными от нуля. В случае если ремонт производился, то обработка осуществляется в соответствии с правой веткой алгоритма, где происходит оценка коэффициента эффективности ремонта ЕР.

Таким образом, для определения тенденции развития дефекта необходимо:

определить условия эксплуатации измерительных систем в зависимости от места их установки на подвижной единице;

осуществлять регулярную диагностику исследуемого участка пути с использованием МИСД РП с достаточной для обеспечения требуемого уровня безопасности точностью (погрешность не более 1 мм для коротких просадок);

определять местоположение обнаруженного дефекта в каждом из проездов с погрешностью не более 10 см (для обеспечения возможности совместной обработки результатов нескольких проездов).

За время функционирования МИСД РП был собран значительный банк данных, полученных в диагностических проездах в составе вагона АВИКОН-ОЗМ. На их основе сделаны первые шаги в разработке методов и алгоритмов идентификации и классификации дефектов на поверхности катания рельсов.

Современный уровень развития МЭМС позволяет осуществлять установку ММ на узлы железнодорожных подвижных единиц, не нарушая установленных на их габариты нормативов. Этой возможностью активно воспользовался научный коллектив кафедры ЛИНС СПбГЭТУ «ЛЭТИ», поставив ее в основу создания малогабаритных инерциальных систем диагностики рельсового пути - нового типа железнодорожных диагностических средств, предназначенных для установки на широкий спектр подвижных объектов (не только на специально предназначенные путеизмерительные вагоны). Разработанная система позволяет выявлять вертикальные неровности рельсовых нитей и учитывать при этом влияние некруглости колеса на результат диагностики.

Развитие возможностей использования ММ в составе МИСД РП и сегодня не стоит на месте, например, рассматриваются варианты совместной обработки показаний датчиков при многократных проездах одного и того же участка рельсового пути. При этом сигналы МЭМС-акселерометров могут использоваться и для приведения к единой системе отсчета таких баз данных, то есть эксплуатироваться в составе системы навигации на рельсовом пути. Кроме того, возможно прогнозировать состояние дефекта на основе анализа тенденции его развития, используя данные МЭМС-датчиков в результате многократных проездов по одному и тому же участку рельсового пути.

Оглянувшись на пройденный путь, можно смело сказать, что привлечение МЭМС для решения задач мониторинга состояния рельсового пути, безусловно, дало положительный эффект, и открывающиеся в этом направлении возможности еще далеко не исчерпаны.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект №1708-01588 А.

Список литературы

1. Микромеханическая система позиционирования на базе датчиков угловой скорости / Р.В.Алалуев, В.В.Матвеев, В.Я.Распопов, А.П.Шведов // Сб. докл. XXIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. С.-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 2016. С. 17 - 24.

2. Микросистемы ориентации / В.Я.Распопов, В.В.Матвеев,

A.П.Шведов, М.Г.Погорелов, М.В.Рябцев, Р.В.Алалуев, А.В.Ладонкин,

B.М.Глаголев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 10. С. 239 - 265.

3. Боронахин А.М., Олейник Л.Н., Филипеня Н.С. Малогабаритная интегрированная система диагностики рельсового пути // Гироскопия

и навигация, 2009. №1 (64). С. 63 - 74.

4. Разработка малогабаритной интегрированной системы диагностики рельсового пути / А.М.Боронахин, Л.Н.Олейник, А.Н.Ткаченко, Н.С.Филипеня // Сб. докл. X НТК молодых ученых «Навигация и управление движением». СПб. С. 403 - 409.

5. Подгорная Л.Н., Шалымов Р.В., Масленок Е.Д. Анализ результатов экспериментального проезда малогабаритной интегрированной системы диагностики рельсового пути // Сб. докл. XII НТК молодых ученых «Навигация и управление движением». С.-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 2010. С. 319 - 326.

6. Иванов П.А., Суров И.Л. Исследование влияния линейного ускорения на показания микромеханических гироскопов // Сб. докл. XII НТК молодых ученых «Навигация и управление движением». С.-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 2010. С. 355 - 361.

121

7. Подгорная Л.Н. Разработка и исследование интегрированной инерциальной системы диагностики рельсового пути на микромеханических чувствительных элементах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2010. 18 с.

8. Малогабаритная инерциальная система диагностики рельсового пути. Радиоэлектронные комплексы многоцелевого назначения: сборник научных трудов. Юбилейный выпуск. 1991-2011 / А.М. Боронахин и [др.]. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 400 с.

9. Боронахин А.М. Интегрированные инерциальные технологии динамического мониторинга рельсового пути: автореф. дис. доктора. техн. наук. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 2013. 32 с.

10. Integrated System for Navigation on Railway Tracks / M.Rechel, J.Schmeister, A.M.Boronachin, А.V.Моchalov // Proc. OnSymp. GyroTechnol-

ogy, Germany, 19 - 20 Sept. 2001. Stuttgart. P. 17.0 - 17.18.

11. Шалымов Р.В. Разработка и исследование инерциальной системы мониторинга рельсового пути: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 2014. 21 с.

Боронахин Александр Михайлович, д-р техн. наук, проф., декан, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ ««ЛЭТИ»,

Ларионов Даниил Юрьевич, канд. техн. наук, зав. лабораторией, scumcoder@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,

Подгорная Людмила Николаевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,

Ткаченко Анна Николаевна, канд. техн. наук, доц., antkachenko@,etu.ru, Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ ««ЛЭТИ»,

Шалымов Роман Вадимович, канд. техн. наук, доц., rvshalymov@,etu.ru, Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ ««ЛЭТИ»

USING MEMS-SENSORS FOR SOL VING THE RAIL WA Y STA TE MONITORING

PROBLEMS

A.M. Boronakhin, D.Y. Larionov, L.N. Podgornaya, A.N. Tkachenko, R. V. Shalymov

New approaches to rail track diagnostics using micromechanical modules based on MEMS sensors: accelerometers and gyroscopes, are considered. An algorithm for processing accelerometer data, allowing to detect vertical irregularities of the rails and to take into account the influence of wheel non-curvature on the diagnostic result, is presented. The method of navigation on a rail track using MEMS sensors, based on the use of the structural elements of a rail track as navigational markers: joints and switches, is described. The possibility of forecasting the state of a defect on the basis of the analysis of its development trend, is shown.

Key words: micromechanical accelerometer, MEMS-sensors, rail track diagnostics, rail surface defect, railway navigation.

Boronakhin Alexander Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, the dean, amhoronahinaetu. ru, Russia, St. Petersburg, SPEU «LETI»,

Larionov Daniil Yurievich, candidate of technical sciences, head of the laboratory scumcoder@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, SPEU «LETI»,

Podgornaya Liudmila Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, lnpodgornaya@etu. ru, Russia, St. Petersburg, SPEU «LETI»,

Tkachenko Anna Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, SPEU «LETI»,

Shalymov Roman Vadimovich, candidate of technical sciences, docent, rvshalymov@,etu. ru, Russia, St. Petersburg, SPEU «LETI»

УДК 531.383

АДАПТИВНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ СУДНА

Ю.В. Иванов, Р.В. Алалуев

Разработаны структурная схема, математическая модель, алгоритмы функционирования и варианты цифровой реализации системы измерения вертикальной качки судна, параметры которой автоматически изменяются в зависимости от преобладающей частоты качки. Показано, что применение адаптивной системы измерения позволяет повысить точность определения вертикального перемещения судна.

Ключевые слова: акселерометр, вертикальная качка, самонастройка параметров системы.

Системы для измерения вертикальной качки обычно строятся на базе гировертикали с установленным на ней линейным вертикальным акселерометром. Вертикаль может быть построена с помощью платформенной или бесплатформенной системы. Сигнал, пропорциональный линейному перемещению, получается путем двукратного интегрирования сигнала вертикального акселерометра. Известно, что вертикальный канал инерци-альной системы является неустойчивым вследствие наличия погрешности

123