Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Лихошерст Владимир Владимирович. Микромеханические приборы информационно-измерительных систем определения параметров движения с улучшенными характеристиками : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16 / Лихошерст Владимир Владимирович; [Место защиты: Тул. гос. ун-т].- Тула, 2008.- 141 с.: ил. РГБ ОД, 61 08-5/835

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Информационно-измерительные и управляющие системы служат для измерения различных физических величин, в том числе ускорений, угловых и линейных скоростей и перемещений объектов различного назначения, сбора, обработки информации получаемой с измерительных приборов и выработки команд управления. Данные системы применяются как в промышленности, так и на транспортных средствах различного базирования (наземного, водного (подводного) и воздушного). Перечень задач, решаемых такими системами, расширяется с каждым годом. Вместе с тем, возрастают и требования к ним по расширению диапазона измерений, точности определения параметров, минимизации габаритов и энергопотребления.

Информационно-измерительные и управляющие системы состоят из двух основных частей: блока чувствительных элементов и блока электроники, реализующего съем, обработку сигналов с блока чувствительных элементов и формирование выходных сигналов (измерительных и управляющих) в зависимости от выполняемой функциональной задачи. Погрешности данных систем определяются, в основном, погрешностью показаний чувствительных элементов, а не методическими погрешностями алгоритмов работы.

В настоящее время блоки чувствительных элементов строятся на базе гироскопов и акселерометров традиционного исполнения. Они представляют собой сложные приборы точной механики, обладающие значительными энергопотреблением, габаритами, массой и высокой стоимостью. К настоящему моменту достигнуты как конструктивные, так и технологические пределы улучшения характеристик данных приборов.

Массогабаритными характеристиками, наиболее полно удовлетворяющими современным тенденциям развития информационно-измерительных и управляющих систем обладают микромеханические приборы.

Однако переход от приборов точной механики к микромеханическим не допускает формальной замены одних на другие. Это связано с тем, что микромеханические акселерометры и гироскопы, на данном этапе развития обладают более низкой стабильностью масштабного коэффициента, большей нелинейностью характеристики, повышенным уровнем шумов и более узким диапазоном измерения.

Поэтому актуальной является разработка математических моделей, учитывающих особенности протекающих в микромеханических приборах процессов, и создание на их основе методик синтеза микромеханических приборов с улучшенными характеристиками по сравнению с достигнутым уровнем.

Объект исследования - микромеханические приборы для определения параметров движения подвижных объектов, используемые в информационно-измерительных и управляющих системах.

Цель диссертационного исследования

Разработка схемно-конструктивных решений, методик анализа и синтеза механической и электрической подсистем микромеханических приборов с

расширенным диапазоном измерения, повышенной линейностью выходной характеристики и устойчивостью к возмущающим воздействиям.

Предметом исследования являются электрические, электромеханические и механические процессы; функционально-параметрические связи, отражающие специфические особенности в конструктивных и схемных реализациях, а также взаимосвязь параметров микромеханических приборов и их влияние на характеристики информационно-измерительных и управляющих систем.

Методологические основы исследования

Основополагающими в разработке микромеханических систем и исследовании протекающих в них процессов являются работы: Л.А. Северова, С.Ф. Былинкина, В.Д. Вавилова, М.И. Евстифеева, В.Я. Распопова, Л.П. Несенюка, Д.Г. Грязина, П.К. Плотникова, С.Ф. Коновалова, В.Г. Пешехонова, В.Э. Джашитова, В.М. Панкратова и организаций ЗАО «Гирооптика», ЦНИИ «Электроприбор», ОАО «Темп-Авиа», РПКБ.

Анализ работ по предмету исследования показал, что необходимым при поиске схемно-конструктивных решений и математическом обосновании, обеспечивающем синтез и анализ адаптированных к условиям функционирования микромеханических приборов информационно-измерительных и управляющих систем, является этап создания математических моделей. При этом математические модели описываемых процессов должны иметь достаточно высокую степень подобия процессам, протекающим в реальных объектах. Для этого используются методы механики, теории подобия, теории автоматического управления, электростатики, электроники.

Научная новизна работы

  1. Обобщенное математическое описание и анализ электростатических сил емкостных преобразователей с определением минимума нелинейности их статических характеристик в зависимости от хода инерционной массы микромеханического прибора, напряжения питания и конструктивной реализации преобразователя.

  2. Способ формирования контура обратной связи для микромеханических приборов с одним емкостным преобразователем, отличающийся тем, что обратная связь формируется на частоте опорного сигнала посредством дискретно-временного разделения периода опорного сигнала на интервал съема информации о положении инерционной массы и интервал создания управляющего усилия;

  1. Методика предварительного проектирования акселерометров, включающая расчет конструктивных параметров инерционной массы, емкостного преобразователя и электронных элементов предложенного контура обратной связи с учетом динамического характера протекающих процессов измерения и формирования действующих сил.

  2. Математическая модель микромеханического акселерометра, реализующая описание разработанного способа формирования обратных связей и описывающая взаимосвязанные процессы, протекающие в выделяемых

механической и электрической подсистемах, с учетом нелинейного высокочастотного характера процессов.

  1. Способ формирования автоколебательного контура режима первичных колебаний, для микромеханических гироскопов, отличающийся тем, что реализуется формирование релейного управляющего усилия в соответствии со знаком сигнала о перемещении на основе принципа дискретно-временного разделения опорного сигнала на интервалы съема и управления.

  2. Математическая модель микромеханического гироскопа, структурно представленная в виде двух подсистем и учитывающая особенности процессов, протекающих на частоте опорного сигнала в предложенных автоколебательном контуре режима движения и контуре режима чувствительности.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что созданы математические модели, алгоритмы, программы, которые могут быть использованы при проектировании акселерометров с обратной связью по перемещению, гироскопов, работающих в автоколебательном режиме создания первичных колебаний и обратной связью по перемещению в режиме чувствительности. На базе материалов диссертации может быть осуществлена разработка микромеханических приборов информационно-измерительных и управляющих систем с улучшенными характеристиками на специализированных предприятиях и организациях: «Темп-Авиа», г. Арзамас, «РПКБ», г. Раменское, ЦНИИ «Электроприбор», г. С.-Петербург, ЗАО «Гирооптика», г. С.-Петербург. Математическое и программное обеспечение использовано в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» и проведении курсов повышения квалификации специалистов Всероссийского научно-исследовательского института технической физики имени академика Е.И. Забабахина (г. Снежинск) (2005, 2007 гг.).

Основные научные положения, выносимые на защиту

  1. Результаты анализа по определению направления поиска схемно-конструктивных решений в микромеханических акселерометрах и гироскопах на основе требований, сформулированных применительно к летательным аппаратам.

  2. Конструктивные схемы и наиболее рациональные соотношения их параметров, обеспечивающие при разработке микромеханических приборов минимум нелинейности силовых характеристик емкостных преобразователей и устойчивость к воздействию возмущающих факторов.

3 Способ формирования в микромеханических чувствительных
элементах, использующих для измерения отклонения инерционной массы и
создания компенсирующего усилия один емкостный преобразователь, обратной
связи, осуществляемой на частоте опорного сигнала и не вносящей
дополнительного запаздывания в контур управления, что позволяет увеличить
амплитуду и линейность сил, развиваемых емкостным преобразователем.

4 Методика предварительного проектирования микромеханических
акселерометров, включающая расчет конструктивных параметров емкостного

преобразователя, инерционной массы и электронных элементов для предложенного контура обратной связи и обеспечивающая разработку акселерометров с минимальной нелинейностью выходного сигнала при максимуме компенсирующего усилия.

5 Математическая модель (в размерной и безразмерной формах),
описывающая взаимосвязанные механические - «низкочастотные» и электрические-
«высокочастотные» процессы в микромеханических акселерометрах и позволяющая
провести анализ его характеристик при вариации налагаемых обратных связей
и разбросе допусков на элементы конструкций.

  1. Способ создания автоколебательного контура в микромеханических гироскопах с одним емкостным преобразователем, позволяющий поддерживать постоянство частоты и амплитуды автоколебаний при наличии возмущающих воздействий.

  1. Математическая модель микромеханического гироскопа (в размерной и безразмерной формах), обеспечивающая имитационное моделирование функционирования микромеханических гироскопов в автоколебательном режиме создания первичных колебаний и при наличии возмущающих воздействий.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы доложены на следующих семинарах и конференциях:

XIII Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления автоматики и обработки информации», сентябрь 2004 г. Крым, г. Алушта;

XIV Юбилейном международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления автоматики и обработки информации» сентябрь 2005 г. Крым, г. Алушта;

- VIII Конференции молодых ученых "Навигация и управление движением" 14

- 16 марта 2006 года, г. С.-Петербург;

- X Юбилейной конференции молодых ученых "Навигация и управление
движением" 11-13 марта 2008 года, г. С.-Петербург.

Подобные работы
Чекотило Елена Юрьевна
Параметрическая оптимизация информационно-измерительной системы определения параметров движения изображения подстилающей поверхности
Алимбеков Азат Лиерович
Информационно-измерительная система для определения параметров движения объектов с применением алгоритмических способов повышения их точности
Хромов Николай Павлович
Информационно-измерительная система определения параметров гололедно-ветровых ситуаций
Заботин Иван Николаевич
Стереоскопическая информационно-измерительная система определения параметров движущихся объектов
Жеребятьев Константин Викторович
Информационно-измерительная система для определения параметров калибровки манипуляторов универсальных промышленных роботов
Переяслов Вадим Юрьевич
Информационно-измерительная система для определения параметров состояния статоров турбогенераторов
Прибытков Владимир Анатольевич
Методы и средства совершенствования технических и метрологических характеристик оптических атомно-спектральных приборов
Толокнова Анна Николаевна
Донная информационно-измерительная система определения способности водоёмов к самоочищению
Слепцов Тимофей Владимирович
Повышение эффективности информационно-измерительных систем определения технических характеристик автоматизированных электроприводов
Гостев Сергей Сергеевич
Способ и измерительно-диагностическая система определения магниточувствительности пациента

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net