СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ЧАСТОТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА
METHOD FOR PNEUMATIC FREQUENCY MEASURING BODY ACCELERATION

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения.
Известен способ пневматического частотного преобразования ускорения движения тела в скорость и устройство для его осуществления, по которому ускорение инерционной массы преобразуют в давление и усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, которую суммируют с входным давлением, а выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство (RU 2421734, C1, 20.06.2011). Указанный способ принят на прототип.
Недостатком известного способа является то, что по нему в исходной части цепи, измеряющей ускорение, обратная связь охватывает только сумматор и усилитель, что не позволяет держать под контролем и частотную часть цепи измерения, а также преобразование давления в частоту с помощью струйного генератора, который имеет нелинейную (квадратичную) зависимость, и система требует дальнейшей линеаризации.
Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения.
Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство. По обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы.
На фиг. 1 представлена общая схема измерения ускорения. На фиг. 2 показана диаграмма обработки измерения.
На общей схеме измерения ускорения показано: 1 - преобразователь ускорения инерционной массы в пневматическое давление, подаваемое в систему измерения как входной сигнал; 2 - сумматор входного сигнала и сигнала отрицательной обратной связи; 3 - пневматический интегратор; 4 - преобразователь давления в частоту пневматических импульсов, например струйный генератор как нелинейное звено; 5 - выходное счетное устройство; 6 - пневматический преобразователь, формирующий импульсы постоянной длительности и постоянной амплитуды; 7 - линейный дроссель ЛД, 8 - пневмоемкость V; 9 - усилитель давления.
Σ
вх
ос
вых
и
вых
вх
0,5
На фиг. 2 показана диаграмма последовательной работы замкнутой схемы измерения с участием интегрирующего звена в графическом варианте в четырех координатах для исследования влияния сигнала обратной связи при линеаризации нелинейного элемента. Диаграмма имеет четыре квадранта: квадрант сумматора, в котором расположена зависимость Ρ=Р-Р; квадрант интегратора с функцией ; квадрант нелинейного звена с функцией, в данном случае Ρ=Р ; квадрант выходного сигнала Р как функция входного сигнала Р (g) в систему измерения.
Предложенный способ работает следующим образом (фиг. 1).
ос
Σ
вх
ос
и
и
ос
а
ос
При возникновении ускорения g на выходе преобразователя 1 появляется соответствующее ему давление, которое поступает на плюсовой вход сумматора 2 системы. На минусовой вход сумматора поступает сигнал отрицательной обратной связи Р с выхода системы. Из сумматора сигнал Ρ=Р-Р следует через интегратор 3 (выходное давление Р) и преобразователь 4 давления Р в частотный сигнал f на выходное счетное устройство 5 системы и одновременно на цепочку обратной связи, состоящей из элементов 6, 7, 8, 9. В цепочке обратной связи частотный сигнал f перерабатывается в аналоговое давление Р с помощью перечисленных звеньев. В преобразователе 6 частотный сигнал преобразовывается в частотно-импульсный сигнал, импульсы которого имеют постоянную длительность и амплитуду. В пневмоемкости 8 величиной V и линейном дросселе ЛД вырабатывается аналоговая величина давления Р, которая после усилителя 9 в виде сигнала обратной связи Р далее подается на отрицательный вход сумматора 2.
При этом на выходе интегратора 3 вырабатывается сигнал (в силу замкнутости системы), по форме адекватно отображающий характеристику нелинейного звена 4, который линеаризует общую характеристику системы.
На фиг. 2 представлена диаграмма, поясняющая работу системы с интегратором перед нелинейным звеном, на которой показано: кривая А - характеристика нелинейного звена системы, кривая Б - выходная характеристика интегратора, линия В - выходная характеристика системы, линейно-пропорциональная входному сигналу системы.
1
2
3
1
2
3
Наклонные линии И, И, И … - это пути, по которым накапливается в интеграторе его выходной сигнал при различных уровнях сигнала на его входе, а пунктирная линия между точками с, с, с … - это изменение выходного сигнала интегратора, имеющее нелинейный характер, адекватно отражающий функцию нелинейного звена.
вх1
вх
Σ
вых1
ос1
1
ос1
вх1
вх1
ос1
1
1
и1
1
В систему подается входной сигнал, например Ρ (по оси Р, фиг. 2), он попадает на плюсовой вход сумматора 2 по фиг. 1 и на ось нулей сумматора по фиг. 2, и в интеграторе 2 начнется накопление входного сигнала P по наклонной линии 1 и изменение величины выходного сигнала Р системы, которое воздействует через нелинейный элемент 4 и по обратной связи (элементы 6, 7, 8) через усилитель 9 на отрицательный вход сумматора величиной «-Р». Это изменение сигналов (фиг. 2) продолжается до тех пор, пока через определенное время t (ось t) на отрицательном входе сумматора сигнал - Р не достигнет величины, равной Ρ (на оси нулей сумматора). В результате их разность обратится в ноль (Р-Р=0) и интегратор прекратит накопление своего выходного сигнала по наклонной линии 1 в точке с. При этом фиксируется в точке с выходной сигнал Р интегратора пропорционально времени интегрирования t.
и1
и2
и3
Двойная линия, разделяющая квадранты интегратора и сумматора (фиг. 2), совмещает две оси (левая ось - ось времени, правая ось - ось значений выходных величин интегратора), поскольку значения выходных величин интегратора Р, Р, Р пропорциональны времени интегрирования t.
рх1
вх2
вх3
1и
2и
3и
1
2
3
1
вых
1
1
1
1
Для различных значений входного сигнала Ρ, Р, Р … интегратор таким образом вырабатывает свои выходные сигналы Ρ, Р, Р … (точки с, с, с …), создавая свою выходную характеристику Б, соответствующую характеристике нелинейного звена А. Из нелинейного звена сигнал из точки е поступает на выход системы, проецируясь на ось Ρ (точка h) и на обратную связь, проецируясь далее через точки е и с к точке Р (на ось нулей сумматора).
вх
вых
Таким образом, каждому значению входной величины Р соответствует пропорциональное значение выходной величины Р, в совокупности образующие линейную выходную характеристику системы (линия В).
В итоге, предложенный способ пневматического измерения ускорения движения тела обеспечивает более высокую достоверность и эффективность измерения, за счет включения в прямую цепь интегратора 3, линеаризующего выходную характеристику системы, и включения в цепь обратной связи частотной части измерения пневматическим преобразователем 6.