Slide 1

Федеральное агентство по образованию
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра «Приборостроение»

Разработка программы и моделирование
приведения трехосного гиростабилизатора на
подвижном основании в системе С++
Выпускная работа
Анисимов Ян Олегович, ПС-430

Руководитель: Лысов А.Н., д.т.н., профессор
Консультант по IT:Лысова А.А., ведущий программист
1


Slide 2

Цели и задачи работы
Цель работы:
разработка программы для моделирования приведения
гиростабилизатора.
Задачи работы:
1.
Составление математической модели трехосного гиростабилизатора на
подвижном основании.
2.
Разработка алгоритмов ориентирования гиростабилизатора.
3.
Разработка программы выставки гиростабилизатора по навигационной
системе.

2


Slide 3

Постановка задачи
На объекте возможны 2 варианта выставки гиростабилизатора:
1. Автономная выставка.
2. Выставка с использованием внешнего сигнала.

3


Slide 4

Кинематическая схема трехосного
гиростабилизатора

4


Slide 5

Уравнения движения гиростабилизатора
Уравнение движения наружной рамки
J ун  ун  ( J zн  J хн ) zн  хн  J ув  ув cos  2  ( J zв  J хв ) zв  хв cos  2 
 J уп  уп cos  3 cos  2  ( J zп  J хп ) zп  хп cos  3 cos  2  Н 1 (  1   zп ) cos  3 cos  2 
 H 2  2 (  2   zп ) cos  3 cos  2  К д3  3 cos  3 cos  2  J хп  хп sin  3 cos  2 
 ( J уп  J zп ) уп  z п sin  3 cos  2  Н 2 (  2   zп ) sin  3 cos  2  Н 1  1 (  1   zп ) sin  3 cos  2 
 Н 3  3 (  3   yп ) sin  3 cos  2  J zв  zв sin  2  ( J хв  J ув ) хв  ув  M C 3 sin  2  h 2  2  M C 1  M 11 ;

В1 ( 1   zп )  К д 1  Н 1 yп  Н 11 хп  M 21.
1

5


Slide 6

Уравнения движения гиростабилизатора
Уравнение движения внутренней рамки
J хв  хв  ( J ув  J zв ) ув  zв  J хп  хп cos  3  ( J уп  J zп ) уп  zп cos  3  Н 2 (  2   zп ) cos  3 
 Н 1  1 (  1   zп ) cos  3  Н 3  3 (  3   yп ) cos  3  J уп  уп sin  3  ( J zп  J хп )  zп  хп sin  3 
 Н 1 (  1   zп ) sin  3  Н 2  2 (  2   zп ) sin  3  К д3  3 sin  3  h 2  2  M C 2  M 12 ;

В 2 (  2   zп )  К д2  2  Н 2  хп  Н 2  2  уп  M 22 .

Уравнение движения платформы
J zп zп  ( J хп  J уп ) хп уп  Н 3 (  3   уп )  К д 1  К д  2  h3 3  M C  M 13 .
1

2

3

В3 (  3   уп )  К д  3  Н 3 zп  Н 3  3 хп  M 23 .
3

6


Slide 7

Устойчивость гиростабилизатора

W ( p) 

K





H 

hк g
H












Bh  Aкg
AB
2

p
p

p

1

H 2  hк g
H 2  hк g

дБ



W kk ( p ) 


1  0 .3 p

 1  0 .0 3 p



1  0 .0 1 p

  1  0 .0 0 2 p







Без коррекции

С коррекцией
град.

Рад/сек

7


Slide 8

Гиростабилизатор в режиме автономного
ориентирования
Прецессионные уравнения движения гиростабилизатора

 H 2  xn  M
H 1 y n  M

k2

k1

 H 3 zn  M

k3

 M
 M

22

21

 M

23

 0;
 0;
 0.

8


Slide 9

Гиростабилизатор в режиме автономного
ориентирования. Приведение в горизонт
Уравнения движения в режиме
приведения в горизонт:
Mk
2
2 
  др 2  U cos  sin   ;
H2

1 

Mk

1

H1

   др1  U cos  cos   .

Варианты формирования
управляющего момента:

M ki  K  i

M ki  K   i dt

M ki  K  i  K инт   i dt

9


Slide 10

Гиростабилизатор в режиме автономного
ориентирования. Приведение в азимуте
Уравнения движения в режиме
компасирования:
 хп  к 2 хп    3U co s    у п U sin    др 2 ;
 у п  к1 у п   хп U sin   U co s    др1 ;
  3   к 3  U co s    хп  U sin    др 3 .


Дифференциальное уравнение
колебаний в азимуте
3 

2 d  0   3   02   3



 0  U cos   к 3  U cos  

к 2  U


sin 

 др 2

  др 3    02
U


d

cos 

к2
2 0
10

.


Slide 11

Выставка гиростабилизатора по
навигационной системе
На борту подводной лодки присутствует наигационная система,
по которой возможна выставка гиростабилизатора на ракете.

11


Slide 12

Выставка гиростабилизатора по
навигационной системе
Параллельное ориентирование


Последовательное ориентирование


M k 1  K  ( 1   1 )sin  3  ( 2   2 ) cos  3  ;
u

M k2  K
M k3  K

u

u



1

2


  ( 2
1


 3
 1

1

1

2

1


  2 )sin  3  ( 1   1 ) cos  3  ;
2
1
1
2
1


  3 .
2

3

1



32



3

1



32






M k 1  0;

M k 1  K  3   3  ;

M k 2  0;

M k 2  K  3   3  ;

u



1

2



u





M k3  K 3 
u

1



3 
2

.





2 

1





M k 3  K  3   3  .
u



2

1

12


Slide 13

Разработка архитектуры программы

13
13


Slide 14

Разработка алгоритма программы
Начало
Задание параметров
гиростабилизаторов
Параллельный
mom21="(Al1_1-Al1_2)*cos(Al3_1)
+(Al2_1-Al2_2)*sin(Al3_1)";
mom22="(Al1_1-Al1_2)*sin(Al3_1)
+(Al2_1-Al2_2)*cos(Al3_1)";
mom23="Al3_1-Al3_2";

Последовательный
Выбор алгоритма приведения
mom21="if((Al3_1-Al3_2)<0.02,(Al1_1-Al1_2),0)";
mom22="if((Al3_1-Al3_2)<0.02,(Al2_1-Al2_2),0)";
mom23="Al3_1-Al3_2";

Вывод графиков

t>t_end
Расчет текущего
состояния

Нет

Да
Конец

14


Slide 15

Графический интерфейс пользователя

15


Slide 16

Моделирование приведения
Параметры моделирования:
Угол отклонения нар. рамки: 35 град.
Угол отклонения внутр. рамки: 45 град.
Угол отклонения платформы: 55 град.

Алгоритм приведения: последовательный
Метод интегрирования:
Рунге-Кутта 4 порядка
Шаг интегрирования: 0.0025 сек.
Время интегрирования 3.5 сек.
16


Slide 17

Моделирование приведения
Параметры моделирования:
Угол отклонения нар. рамки: 35 град
Угол отклонения внутр. рамки: 45 град
Угол отклонения платформы: 55 град

Алгоритм приведения: параллельный
Метод интегрирования:
Рунге-Кутта 4 порядка
Шаг интегрирования: 0.0025 сек.
Время интегрирования 3.5 сек.
17


Slide 18

Моделирование приведения.
Параметры моделирования:
Угол отклонения нар. рамки: 35 град
Угол отклонения внутр. рамки: 45 град

Угол отклонения платформы: 55 град
Амплитуда колебаний: 5 градусов
Частота колебаний: 1 Гц
Алгоритм приведения: последовательный

Метод интегрирования:
Рунге-Кутта 4 порядка
Шаг интегрирования: 0.0025 сек.
Время интегрирования 3.5 сек.

18


Slide 19

Моделирование приведения.
Параметры моделирования:
Угол отклонения нар. рамки: 35 град
Угол отклонения внутр. рамки: 45 град
Угол отклонения платформы: 55 град

Амплитуда колебаний: 5 градусов
Частота колебаний: 1 Гц
Алгоритм приведения: параллельный
Метод интегрирования:
Рунге-Кутта 4 порядка
Шаг интегрирования: 0.0025 сек.
Время интегрирования 3.5 сек.

19


Slide 20

Выводы по работе
1.
2.
3.

Составлена математическая модель трехосного гиростабилизатора на
подвижном основании.
Исследованы основные алгоритмы ориентирования.
Разработана программа для моделирования выставки гиростабилизатора по
навигационной системе.

20


Slide 21

Спасибо за внимание.
Вопросы !?

21