Акселерометр компенсационного типа

УДК 621.833

АКСЕЛЕРОМЕТР КОМПЕНСАЦИОННОГО ТИПА

В.В. Кулешов

Рассматривается структурный метод расширения полосы пропускания акселерометра компенсационного типа, охваченного обратными связями разных знаков. Полученные зависимости могут быть использованы при разработке высокоточных систем стабилизации и навигации.

Ключевые слова: полоса пропускания, корректирующие звенья, топологический синтез, обратная связь, частота среза, астатизм.

Недостатком существующих акселерометров, с жесткой отрицательной обратной связью, является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления по разомкнутому контуру ограничен условием устойчивости системы и полосой пропускания [1]. Расширение полосы пропускания акселерометра компенсационного типа можно обеспечить путем введения в систему корректирующих звеньев, что в конечном итоге приводит к незначительному изменению полосы пропускания [2].

Целью данной работы является разработка структурного метода расширения полосы пропуская в акселерометрах компенсационного типа. Поставленная цель достигается путем реализации топологического синтеза в результате, которого устанавливаются число и место включения регуляторов, т.е. подмножество обратных связей. Наиболее естественными и в общем случае противоречивыми критериями выбора являются условия минимизации числа обратных связей, сложности структур их операторов, усиления контуров обратной связи. Топологический синтез предполагает, что на каждой итерации акселерометр охватывается одной обратной связью. При этом, выбирается место включения обратной связи до конкретизации структуры ее операторов и значений параметров. Максимальное

число обратных связей, которые можно реализовать в акселерометре ком/1/0

пенсационного типа определяется по формуле N = 2к2 -1 (где к1, к2 число входов и выходов в системе) и для большинства мехатронных систем компенсационного равно трём [2].

Проведем анализ акселерометра компенсационного типа, охваченного тремя обратными связями. Структурная схема акселерометра, охваченного обратными связями, изображена на рис.1., в которой использованы следующие обозначения: К^, Кус - коэффициенты передачи датчика

угла и усилителя; Т,£,- постоянная времени и коэффициент демпфирования, Кос, К 1, К 3- коэффициенты передачи цепи местными отрицательной, положительной обратными связями и отрицательной интегрирующей

обратной связью; К - коэффициент передачи интегратора; Т - постоянная

времени сглаживающего фильтра, включенного в местную отрицательную обратную связь для обеспечения устойчивости и компенсации действия положительной обратной связи.

Рис. 1. Структурная схема акселерометра компенсационного типа

Оценим динамику акселерометра компенсационного типа с помощью передаточных функций. Передаточная функция акселерометра, по

контуру местной положительной обратной связи, что КИ-К 1 К = 1,

и ос1 ус

запишется при условии что К . К 1 К = 1 в виде:

и ос1 ус

Р) = К 0

X 2(Р) Ж’ Р + 1)’ где K = К,-Кус/2-X  T; To = T/2-%.

Передаточная функция акселерометра по контуру местной отрицательной обратной связи запишется как:

Y,( Р) = К о,(Т1- Р +1) .

Х,(Р) Р(Т2-Р + 2- z 0-T01-Р + 1);

где К01 = К0 /(1 + К0  Кос1  T11). T01

^ + K0 ^оС^ 2 -%0 -T01 = (T0 + T1)/(1 + K0 -Кос1 'T1)-26

Введем обозначения, T1 = m -T01, где m- параметр, обеспечивающий устойчивость акселерометра по фазе при значениях (6>m>1).

В этом случае, параметры акселерометра компенсационного типа, при охвате системы местными обратными связями разных знаков, будут

отредемтьет как: T01 = T0 m • 2- ^o/(1 + m), 2 ^m) ^ ч.

>'

Величина относительного коэффициента демпфирования Х0 может быть обеспечена заданным значением параметров (1 + К0 -Кос1 -m-T01). Введем параметр m1 = T1/T01 = (1 + m)/2• Х0. В этом случае частота среза акселерометра компенсационного типа, по контуру отрицательной интегрирующей обратной связи, определится в виде:

w

ср " m- X -T\

2-X0 m -m-1 -X0 •m2-X0 ±4(2-X0m -m1 -

m1 -m

X0 -m1 -X0)2 +

Устойчивость в акселерометре компенсационного типа обеспечивается за счет параметра т который должен удовлетворять условию,

6 < т1 < 1, а увеличение частоты среза «ср достигается за счет выбора параметра т, который может быть т << 1.

Реализуемый коэффициент усиления по разомкнутому контуру определяется как:

К К К £«А(1 -тц«2,)2+4-Х0-г2«2,

Кпгъ - К - К £------

осз '^ 'Ло

д / ^1 • Т)2 • Ю ср + 1

При наличии в акселерометре местных обратных связей разных знаков и отрицательной интегрирующей обратной связи частота среза и коэффициент усиления по разомкнутому контуру при параметрах: Т =0.2с,

X = 2, т = 4, Х0 = 0.5 тогда Т0 = 0.04с, т1 = 5, будут равны: Юср = 9.25с_1,

и К осз-К^К0 = 37.94с-2.

В акселерометре компенсационного типа с жесткой отрицательной обратной связью с параметрами Т =0.2 с., Х = 0.72 значения частоты среза и коэффициентов передачи по разомкнутому контуру соответственно равны: Юср £ 7.52с-1; К £ 30с“2. При значениях т =0.1 и Х = 0.125, параметры акселерометра с местными обратными связями разных знаков и с интегрирующей отрицательной обратной связью будут соответственно рав-

ны: T0 = 0.01с, Wcp < 473,68с_1 и Koc3-K-K0 = 62615с”2.

Из полученных значений следует, что по сравнению с акселерометром с жесткой отрицательной обратной связью частота среза в акселерометре с местными обратными связями и охватывающей отрицательной интегрирующей обратной связью увеличилась в 62,99 раза и во столько же раз возросла полоса пропускания, и коэффициент усиления по разомкнутому контуру увеличился в 2087,19 раза, что позволяет обеспечить устойчивость системы при значительном коэффициенте усиления по разомкнутому контуру.

Предложенный структурный метод построения акселерометров с местной положительной обратной связью, с местной отрицательной обратной связью, с фильтром верхних частот и отрицательной интегрирующей обратной связью приводит к положительному эффекту.

Таким образом, введение в систему местных обратных связей разных знаков и охватывающей все устройство отрицательной интегрирующей обратной связи увеличивает точность и расширяет полосу пропускания.

Реализация в системе местных обратных связей разных знаков обеспечивает устойчивость и расширение полосы пропускания, а охватывающая отрицательная интегрирующая обратная связь повышает точность за счет астатизма первого порядка.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке систем компенсационного типа применяемых в системах стабилизации и навигации.

Список литературы

1. Коновалов С.В.,Никитин Е.А., Селиванова Л.М. Гироскопические системы.Проектирование гироскопических систем. Ч.Ш. Акселерометры, датчики угловой скорости, интегрирующие гироскопы и гироинтеграторы ./ под ред. Д.С. Пельпора. M.: Высш. шк. 1980.

2. Структурный метод повышения точности маятникового компенсационного акселерометра / А.Г. Бурик // Изв. Вузов Приборостроение. 1981. №3. С. 61-64.

Кулешов Владимир Вениаминович, канд. техн. наук, доц., v47kuleshov@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет.

ACCELEROMETR COMPENCATION TYPE.

VV Kuleshov

We consider the structural method bandwidth extension accelerometer compensation type covered feedbacks of different signs. These relationships can be used to develop and stabilize the precision navigation systems.

Key words: bandwidth, corrective links, topological synthesis, feedback, cutoff frequency, astatizm.

Vladimir Kuleshov Veniaminovich, candidate of technical sciences, docent, v47kuleshov@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 378:371.3

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ИНТЕРНЕТ-ТЕСТИРОВАНИЕ ПЕРВОКУРСНИКОВ - ЭФФЕКТИВНАЯ ФОРМА КОНТРОЛЯ И ОБУЧЕНИЯ

Е.С. Белянская, С.К. Тусюк

Рассмотрена методика проведения диагностического Интернет-

тестирования первокурсников Тульского государственного университета по предметам школьного курса, проводится анализ результатов студентов кафедры «Приборы и биотехнические системы».

Ключевые слова: диагностическое Интернет-тестирование, тестирование первокурсников.

С 2011 года Тульский государственный университет (ТулГУ) принимает участие в диагностическом Интернет-тестировании студентов первого курса, которое проводится научно-исследовательским институтом мониторинга качества образования (г. Йошкар-Ола). Перечень контролируемых дисциплин увеличивается с каждым годом. Так, в 2011 году тестирование проводилось по предметам «Математика», «Физика», «Русский язык», а в 2013 году этот список пополнился такими дисциплинами, как «Информатика», «Английский язык», «Биология», «История», «Общест-вознание», «Химия». Целью процедуры тестирования является оценка уровня фундаментальной подготовки по перечисленным выше предметам школьного курса, а также диагностика психологической готовности к обучения в вузе. Диагностика готовности первокурсников к продолжению обучения в вузе выявляет особенности мотивации к учению и интеллектуальные способности, как факторы дальнейшего успешного обучения студентов. Кроме этого, диагностическое тестирование является эффективной проверкой знаний в условиях массового контроля, а автоматическая проверка результатов тестирования позволяет в тот же день получить информационно-аналитические материалы по каждому студенту (табл. 1).