Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN PHÚ THẮNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TỚI CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA CON QUAY VI CƠ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật Mã số: 62 52 02 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2009 Công trình được hoàn thành tại: Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Bộ Quốc phòng Người hướng dẫn khoa học: 1. TS Nguyễn Văn Chúc – Viện KH -CN Quân sự 2. PGS.TS Bùi Ngọc Hồi – Viện KH -CN Quân sự Phản biện 1 GS.TSKH Vũ Duy Quang Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 2 PGS.TS Vũ Quốc Trụ Học viện Kỹ thuật Quân sự Phản biện 3 GS.TSKH Phạm Văn Lang Viện Cơ điện Nông nghiệp Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Nhà nước họp tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự. Vào hồi 8 giờ 30 ngày 7 tháng 11 năm 2009 Có thể tìm hiểu luận án tại: -Thư viện Quốc gia. -Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1. Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thắng, Trần Ngọc Thanh (2002), "Xu hướng phát triển và ứng dụng của cảm biến quán tính vi cơ điện - con quay, gia tốc kế", Tuyển tập báo cáo, Hội thảo toàn quốc Cơ điện tử lần thứ I, tr325-334. 2. Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thắng (2003), "Orientation algorithms of a strap-down inertial navigation system using Rodrig – Hamilton parameters", Journal Mathematics-Physics, XIX (2), Đại học Quố c gia Hà Nội, tr. 14-18. 3. Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thắng (2004), "Đánh giá ngưỡng độ nhạy con quay vi cơ", Kỷ yếu Hội nghị, Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II, TPHCM, tr. 147-150. 4. Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi, Nguyễn Phú Thắng (2005), "Về một số dạng kết cấu hệ treo con quay vi cơ", Kỷ yếu Hội thảo toàn quốc “Cơ h ọc và Khí cụ bay có điều khiển” lần thứ nhất, Đại học quốc gia Hà Nội, tr.182-191. 5. Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi, Nguyễn Phú Thắng (2005), "Về các phương pháp phân tích và mô phỏng trong quá trình thiết kế con quay vi cơ", Kỷ yếu Hội thảo toàn quốc “Cơ học và Khí cụ bay có điều khiển” lần thứ nhất, Đại học quốc gia Hà Nội, tr. 175-181. 6. Nguyễn Văn Chúc, Nguyễ n Phú Thắng, Lê Anh Tuấn, Ngô Trọng Mại (2007), "Thuật toán dẫn đường quán tính có hiệu chỉnh ứng dụng thiết bị vi cơ điện tử dùng cho hệ thống điều khiển thiết bị bay", Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học ngành Vũ khí tại Trung tâm KHKT & CNQS, tr. 260-266. 7. Nguyễn Phú Thắng (2007), "Thử nghiệm đặc tính con quay vi cơ", Tạp chí Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, Trung tâm KHKT & CNQS, 19, tr. 10-16. 8. Nguyễn Phú Thắng, Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi (2007), "Xây dựng phương trình chuyển động của con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay", Tạp chí Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, Trung tâm KHKT & CNQS, 20, tr. 17-24. 9. Nguyễn Phú Thắng (2008), "Mô phỏng động lực học con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay", Tạp chí Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, Viện KH & CNQS, 25, tr. 7-12. 1 A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết của đề tài Con quay vi cơ là một thiết bị cảm biến tốc độ của đối tượng chuyển động, ngày càng được ứng dụng rộng rãi, xu hướng dần thay thế các con quay cơ điện trong hệ thống ổn định và dẫn đường các loại tên lửa chiến thuật, cũng như nhiều ứng dụng dân dụng khác. Vấ n đề nâng cao độ chính xác, độ ổn định của các loại con quay vi cơ phụ thuộc rất nhiều vào vấn đề nghiên cứu các yếu tố kết cấu và động lực ảnh hưởng tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ làm việc trong môi trường thực. Xuất phát từ những lý do trên trên, đề tài luận án: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu và động lực h ọc tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính” nhằm các mục đích dưới đây. Mục đích và nội dung của luận văn - Nghiên cứu làm chủ lý thuyết, bản chất vật lý trong con quay vi cơ với tư cách là hệ thống cảm biến tốc độ góc vi cơ điện tử. - Nghiên cứu thiết lập mô hình toán học xác định mối liên hệ giữa các chỉ tiêu chất lượng con quay vi cơ với các tham số động lực học và kết cấu của con quay vi cơ, xây dựng phần mềm mô phỏng cho phép nghiên cứu tính toán thiết kế con quay vi cơ. - Trên cơ sở mô hình nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các tham số động lực học và kết cấu tới một số chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ. Trên cơ sở đ ó đưa ra một số giải pháp nâng cao độ chính xác của con quay vi cơ. -Nghiên cứu xây dựng các mô hình sai số của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là con quay vi cơ kiểu khung quay-quay kích thích tĩnh điện và cảm biến điện dung. Đối tượng thử nghiệm là một số lo ại con quay vi cơ: con quay CRS-03 (Nhật), và các con quay ADXRS300 trong khối đo quán tính MICRO-ISU BP 3010. Phạm vi nghiên cứu của luận án: Con quay vi cơ là một hệ cơ-điện tử phức tạp, gồm khối dao động cơ học và khối điện tử lọc và tách tín hiệu có ích. Trong luận văn tập trung vào khối dao động cơ học. Các kết cấu vi cơ điển hình được đề cập đến gồm: hệ dao độ ng (tần số dao động riêng, giảm chấn, mô men quán tính và độ cứng), khối kích thích, khối cảm biến. Phương pháp nghiên cứu của luận án Nghiên cứu xây dựng các mô hình cơ và mô hình toán xác định sự phụ thuộc ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học con quay vi cơ tới các chỉ tiêu chất lượng của chúng. Trên cơ sở đó bằng phương pháp nghiên cứu giải tích và phương pháp mô phỏng có s ử dụng kỹ thuật tin học hiện đại để tìm ra quy luật và sự phụ thuộc định tính và định lượng của các chỉ tiêu chất lượng này vào các tham số động lực học và kết cấu của chúng. Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc tính, phân tích đánh giá chất lượng con quay vi cơ. Những đóng góp mới của luận án - Luận án đã xây dựng được mô hình và hệ phương trình động lực học của con quay vi cơ dạng khung các đăng kiểu quay-quay làm cơ sở cho phép nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các thông số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ. 2 -Xây dựng được các biểu thức giải tích và chương trình mô phỏng động lực học dựa trên phần mềm Matlab-Simulink cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong quá trình tính toán và thiết kế con quay vi cơ. -Xây dựng được phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc tính, phân tích đánh giá chất lượng con quay vi cơ. Bố cục của luận án Luận án bao gồm phần mở đầu, bốn ch ương nội dung và phần kết luận thể hiện trong 151 trang thuyết minh; 100 hình vẽ, đồ thị; 18 bảng biểu và phần phụ lục. B. NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương I : TỔNG QUAN VỀ CON QUAY VI CƠ 1.1. Đặt vấn đề Con quay vi cơ cùng với gia tốc kế vi cơ là những cảm biến quán tính được chế tạo bằng công nghệ vi cơ, chủ yếu là những công nghệ thông dụng của công nghiệp chế tạ o bán dẫn và điện tử, hoạt động dựa trên hiệu ứng Coriolis. 1.2 Tổng quan về ứng dụng của con quay vi cơ Trong phần này, luận án đã đề cập đến thực trạng việc nghiên cứu ứng dụng của con quay vi cơ và dự báo phát triển ứng dụng của con quay vi cơ. Một trong ứng dụng quan trọng của con quay vi cơ là ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính có hiệ u chỉnh GPS. 1.3 Tổng quan về xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ. 1.3.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của con quay vi cơ Nguyên lý hoạt động của con quay vi cơ dựa trên sự biến đổi năng lượng giữa hai chế độ rung động của cấu trúc. Sự biến đổi năng lượng này được thực hiện là do gia tốc Coriolis. Con quay vi cơ bao gồm một bộ phận kích thích để tạo dao động kích thích (dao động sơ cấp), và một bộ phận cảm biến (dao động thứ cấp) dùng để cảm biến gia tốc theo tốc độ quay bên ngoài (đế quay). Sơ đồ khối chức năng của con quay vi cơ được biểu diễn ở hình 1-8. Hình 1-8: Sơ đồ khối chức năng con quay vi cơ 1.3.2 Lựa chọn mô hình kết cấu con quay vi cơ Qua phân tích các dạng kết cấu hệ treo và kết cấ u bộ phận kích thích và cảm biến, đối tượng nghiên cứu của luận án được chọn là con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay, kích thích tĩnh điện và cảm biến điện dung. 1.3.3 Vấn đề xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ Vấn đề xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu giải quyết. Tuy nhiên, các tài liệu công bố thường chỉ là những đăng ký phát minh, các bài báo có tính tổng quan, còn các tài liệu thiết kế rất hạn chế. Phần này, luận án đã đề cập đến mô hình động lực học con quay vi cơ đã được nghiên Hệ dao động cơ học Khối kích thích Đo và tách tín hiệu Hệ thống tạo tín hiệu điều khiển Ra Ω 3 cứu trước đây nhưng mới ở mức hệ tuyến tính hoá. Qua phân tích cho thấy rằng, luận án cần xây dựng mới mô hình động lực học có tính tới những tham số quan trọng nhất của kết cấu, công nghệ, khai thác sử dụng. Trên cơ sở đó cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố kể trên đến các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ, xác định dung sai kết cấu, công nghệ, làm cơ sở phương pháp luận đưa ra các biện pháp nâng cao độ chính xác. Phương pháp thành lập phương trình chuyển động con quay vi cơ được chọn là phương pháp sử dụng phương trình La-gờ-răng loại hai. 1.4 Tổng quan về phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ 1.4.1 Phương pháp phân tích và mô phỏng con quay vi cơ Phương pháp cơ b ản nghiên cứu phân tích và mô phỏng con quay vi cơ là phương pháp giải tích. Ưu điểm của phương pháp giải tích là cho phép có công thức rõ ràng biểu thị mối phụ thuộc của các dao động cảm biến vào chuyển động của đế. Công thức này cho phép ta dễ dàng phân tích. Trong thực tế thường sử dụng kết hợp phương pháp giải tích với các phương pháp số gần đúng. 1.4.2 Tính toán dao động tuyến tính cưỡng bức có cản Con quay vi c ơ chính là một hệ dao động nhiều bậc tự do. Bởi vậy phần này cung cấp cơ sở lý thuyết tính toán dao động tuyến tính cưỡng bức có cản. Nó rất cần thiết cho phân tích bằng phương pháp giải tích. 1.4.3 Phương pháp mô phỏng hệ dao động trên Matlab-Simulink Với mô hình dao động khối trọng-giảm chấn-lò xo, ta có thể sử dụng MatLab- Simulink để mô phỏng. Đối với hệ một bậc tự do ta có mô hình như sau: X 1 s Vi tri 1 s Vantoc Fosinpt Luc 1/m Khoi trong D Giam chan K Docung Hình 1-16: Sơ đồ khối mô phỏng một hệ khối trọng-giảm chấn-lò xo trong Matlab-Simulink Đối với hệ nhiều bậc tự do, ta xây dựng nhiều hệ mô phỏng như trên và liên kết chúng lại theo mô hình toán cụ thể. Các thành phần cơ bản trong phương trình chuyển động: khối lượng, mô men quán tính, giảm chấn, độ cứng được tính toán theo mô hình kết cấu cụ thể. Trên cơ sở mô hình động lực học xây dựng được, ta có thể xây dựng phần mềm mô phỏng được thực hiện trong Matlab-Simulink. 1.4.4 Vấn đề phân tích đánh giá ảnh hưởng của các tham số con quay vi cơ Vấn đề liên quan tới phân tích đánh giá ảnh hưởng của các tham số con quay vi cơ tuy đã được nhiều tác giả trên thế giới quan tâm nghiên cứu giải quyết, song vẫn chưa phản ánh được hết các yếu tố xuất hiện trong thực tiễn kĩ thuật và cầ n tiếp tục nghiên cứu bổ sung hoàn thiện đầy đủ hơn. 1.5 Tổng quan về phương pháp thực nghiệm đánh giá đặc tính con quay vi cơ 1.5.1 Các đặc tính cơ bản của con quay vi cơ Các đặc tính quan trọng của con quay vi cơ có thể xác định qua thực nghiệm là: xây dựng đường đặc tính (độ nhạy), các sai số xác định (sai số dịch chuyển, hệ số tỉ lệ) , các sai số ngẫu nhiên (độ trôi, nhiễu tr ắng, nhiễu rung, quá trình tương quan ). 4 1.5.2 Vấn đề thử nghiệm đặc tính con quay vi cơ Trong các công trình khoa học trên thế giới cũng có đề cập nhiều đến việc thực nghiệm và xử lý tín hiệu con quay vi cơ, nhưng thường không trình bày phương pháp luận và chỉ đưa ra các kết quả, biểu đồ thử nghiệm. Còn ở trong nước, trước đây việc xác định đánh giá sai số các con quay cơ điện chủ yếu là xác định các sai số xác định (độ trôi…) bằng phương pháp quang học hoặc đo điện áp mà chưa xác định các sai số ngẫu nhiên. Các thử nghiệm cũng mới ở điều kiện tĩnh, chưa thử nghiệm ở điều kiện thực tế (rung, chuyển động ). Việc thử nghiệm đòi hỏi phải có một số trang thiết bị hiện đại (bàn xoay, máy thử rung…) mà trước kia chưa có. 1.6. Kế t luận Luận án cần giải quyết các vấn đề như sau: -Xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ dạng khung kiểu quay- quay. Luận án cần xây dựng mô hình động lực học có tính tới những tham số quan trọng nhất của kết cấu, công nghệ, khai thác sử dụng. Trên cơ sở đó cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố kể trên đến các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi c ơ, xác định dung sai kết cấu, công nghệ, làm cơ sở phương pháp luận đưa ra các biện pháp nâng cao độ chính xác. -Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học đến các tham số chất lượng của con quay vi cơ. Sử dụng phương pháp giải tích đưa ra các công thức xác định mô hình động lực học con quay vi cơ, đánh giá ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động l ực học đến các tham số chất lượng và xây dựng các chương trình tính toán, mô phỏng con quay vi cơ thực hiện trong môi trường Matlab-Simulink. -Xây dựng phương pháp và tiến hành thực nghiệm xác định các đặc tính con quay vi cơ (đặc tính xác định và đặc tính ngẫu nhiên) và ở các chế độ khác nhau: chế độ tĩnh, trên bàn xoay trong phòng thí nghiệm, thử nghiệm rung trên máy rung và thử nghiệm trên ô tô. Chương II: ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CON QUAY VI CƠ DẠNG KHUNG KIỂU QUAY-QUAY 2.1 Kết cấu và nguyên lý làm vi ệc của con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay Kết cấu con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay (Hình 2-1) gồm khung trong 1 và khung ngoài 2 được liên kết với nhau bằng các thanh liên kết đàn hồi 5 làm việc ở chế độ xoắn. Các thanh liên kết đàn hồi trong liên kết khung trong và khung ngoài, còn các thanh liên kết đàn hồi ngoài liên kết khung ngoài với thân 4. Trên bề mặt của khung trong có đặt thêm khối trọng 3 để tăng quán tính của các khung. Độ cứng chống xoắn của các thanh liên kết đàn hồi quanh các trục OX và OY phải nhỏ hơn nhiều so với độ cứng chống uốn của chúng. Hình 2-1: Kết cấu con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay Động cơ mô men tĩnh điện, các điện cực chuyển động của động cơ được đặt trên khung ngoài, quanh trục OX sẽ sinh ra mô men biến thiên 0 cos M pt (M 0 , p - biên độ và tần số của mô men). Do vậy xuất hiện mô men động lượng theo hướng dọc theo trục OX. Trục OZ là là trục cảm biến, con quay vi cơ quay quanh trục này với tốc độ góc không đổi Ω và 5 là tốc độ góc ta cần đo. Do việc xuất hiện tốc độ góc Ω, theo hiệu ứng Côriolis quanh trục OY sẽ sinh ra mô men con quay biến thiên gây ra dao động góc của khung trong quanh trục OY. Biên độ và pha của các dao động góc khung trong chứa các thông tin về tốc độ góc Ω và được đo bằng cảm biến điện dung. Các điện cực chuyển động của cảm biến điện dung được đặt trên khung trong. 2.2 Xây dựng phương trình chuy ển động của con quay vi cơ dạng khung các đăng kiểu quay-quay 2.2.1 Mô hình tính toán Mô hình cơ học con quay vi cơ được thể hiện như hình 2-2. Z Y X, X Mocospt α β m 1 m 2 K α /2,K z y /2,K /2 /2,K /2 x2 z2 /2,K β K Y 2 1 α 1 X 2 Z 2 1 ,Y Z β O /2,K /2 y z /2,K α K K β /2,K z2 x2 /2,K /2 Hình 2-2: Mô hình cơ học khối con quay vi cơ 2.2.2 Các hệ toạ độ và toạ độ suy rộng Các toạ độ suy rộng được chọn là: đối với khung ngoài là vận tốc góc α và vận tốc thẳng y và z, còn đối với khung trong là vận tốc góc β và vận tốc thẳng x 2 và z 2 . 2.2.3 Thành lập phương trình chuyển động Phương trình chuyển động của con quay vi cơ với mô hình như hình 2-2 nhận được bằng phương pháp La-gờ-răng loại 2: Phương trình động năng của con quay vi cơ như sau: () ()( ) 2222 2 2 11 11 11 2 2 2 2 2 2 222 2 2 2 11 1 1 2 2 2 2 1 2 1 , 2 ωωωω ω ω =++++++ ⎡⎤ ++++++ ⎣⎦ xx yy zz x x y y z z xyz x y z TJ J J J J J mv v v mv v v (2.1) Phương trình thế năng của con quay vi cơ như sau: ()()() 22 22 22 22 22 1 W, 2 yz x z KK KyKzKxKz αβ αβ ⎡⎤ Π= + + + + + + ⎣⎦ (2.2) Phương trình hàm tiêu tán năng lượng thể hiện dưới dạng : () ()( ) 22 22 22 22 22 1 , 2 αβ αβ ⎡⎤ Φ= + + + + + ⎣⎦ & &&& && yz x z DD DyDzDxDz (2.3) Sau khi giải và biến đổi, ta có hệ phương trình chuyển động: 6 () () () () () 2 21 1212 111 0 2 111111 cos ; ; αα ββ αα α β α ββ β α β ⎡⎤ +++−+−−Ω− ⎣⎦ ∂ −+−Ω= − ∂ ∂ ⎡⎤ +++−Ω++−Ω=− ⎣⎦ ∂ && & & && & & xx yyzz xyz yzxxyz JJ D KJJJJ W JJJ M pt W JD KJJ JJJ (2.19 ) () () () 12 12 12 12 22 22 1 2 ; ; ∂ +++=+ −− ∂ ∂ ++= −− ∂ && & && && & && zz z zz z W mmzDzKz mmamz z W mz D z K z m a z z (2.20 ) () 2 12 22 2 1 2 1 2 ; xx x W mx D x K m x ma x ∂ +++Ω=− ∂ && & (2.21 ) () () () 2 12 12 12 12 2. ∂ ⎡⎤ +++−+Ω=+ +Ω− ⎣⎦ ∂ && & & yy y W mmyDy K mm y mma mx y (2.22 ) Hệ phương trình (2.19)÷(2.22) cho ta thấy mối liên hệ phụ thuộc của độ chính xác con quay với các tham số kết cấu và động lực học của hệ con quay. Qua hệ phương trình này, ta có một số nhận xét: +Vế trái các phương trình (2.19) tương tự phương trình chuyển động của con quay hai bậc tự do. +Các giá trị z và z z được xác định bằng cách giải đồng thời hệ phương trình (2.20). Rõ ràng, chúng làm thay đổi khe hở giữa các bản cực tụ kích thích và cảm biến điện dung. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo các tín hiệu có ích. +Phương trình (2.21) có thể được giải độc lập, không phụ thuộc vào các phương trình khác, kết quả tìm được dưới dạng 2 x & được sử dụng để giải (2.22). Rõ ràng rằng, chuyển động khung trong theo toạ độ x 2 và chuyển động khung ngoài theo toạ độ y có thể làm thay đổi diện tích tác dụng tương hỗ giữa các điện cực chuyển động và các điện cực cố định ở thân con quay. Trên cơ sở mô hình động lực học xây dựng được theo các toạ độ suy rộng như trên, luận án đã xác định các thành phần và đại lượng vật lý có trong hệ phương trình chuyển động. 2.3. Mô hình khối dao động và xác định tần s ố riêng 2.3.1 Tần số riêng dao động tự do không cản của con quay vi cơ Tần số dao động tự do không cản của con quay được xác định theo công thức sau: () ( ) () 2 222 22 22 10 1 1 4, 22 j α βαβαβαβ ω ωω ωωμμ ωω − =+− ++ − (2.30) Ở đây: j=1, 2; 10 20 ω ω > . Chế độ hiệu chỉnh cộng hưởng con quay vi cơ được đảm bảo khi tần số riêng lớn 10 ω trùng với tần số kt ω của dao động kích thích khung ngoài. Chế độ cộng hưởng của con quay vi cơ phải thoả mãn điều kiện: ()() 2 222 22 222 10 11 4. 22 kt nn αβ αβαβ αβ ω ωω ωω ωω ω =++ ++ − = (2.31) Ta có phương trình đảm bảo xấp xỉ chế độ cộng hưởng con quay: ( ) 2 21 2 1 ; . x xkt xkt KJJ KJ α β ω ω =+ = (2.32) 2.3.2 Xác định tần số dao động riêng con quay vi cơ trong các dịch chuyển tịnh tiến a) Đối với trục z 7 () () () () 2 2 1221 1221 2 0 12 12 12 1 14, 2 j zz zz z zz j mmK mK mmK mK KK mm mm mm ω ⎡⎤ ⎡⎤ ++ ++ ⎢⎥ =−− − ⎢⎥ ⎢⎥ ⎣⎦ ⎢⎥ ⎣⎦ (2.38) Ở đây: j=1, 2; 10 20 ω ω > . b) Đối với trục x: ( ) 2 21 2 0 1 . x x Km m ω +Ω = (2.40) c) Đối với trục y: 2.4 Mô men quán tính và độ cứng X Y Z L 2 n 2 t L 2 n l l 2 t 1 L l 1 1 h h 2 l T 2 T 2 l T 1 l l T 1 Hình 2-7: Mô hình kết cấu hình học con quay vi cơ 2.4.1 Mô men quán tính khối lượng -Đối với khung trong: ( ) ( ) ( ) 22 22 22 111111111111 111 ;;. 12 12 12 xy z J ml hJ mLhJ mLl=+=+=+ (2.45) -Đối với khung ngoài: 2.4.2 Độ cứng chống xoắn của các thanh liên kết đàn hồi Độ cứng chống xoắn quanh trục x (K α ) và y (K β ) được tính theo công thức: 12 12 ;. 22 kk TT GJ GJ KK ll βα == (2.48) 2.4.3 Độ cứng chống uốn của các thanh liên kết đàn hồi -Liên kết đàn hồi khung trong: 1 1 22 33 11 24 24 ;.== x x zz xz TT E J EJ KK ll (2.56) -Liên kết đàn hồi ngoài: 2 2 33 22 24 24 ;.== yy zz yz TT EJ EJ KK ll (2.58) 2.5 Giảm chấn dao động Trong các con quay vi cơ, sự tiêu tán năng lượng của các chuyển động dao động xảy ra là do lực ma sát nhớt của môi trường khí (giảm chấn "nhớt") và do lực ma sát trong vật liệu các thanh liên kết đàn hồi (giảm chấn "kết cấu"). Việc tính toán giảm chấn dao động () ( ) 2 12 0 12 . y y Kmm mm ω ++Ω = + (2.42) ()() ()() ()() 22 22 222 22 22 22 222 22 22 22 222 22 ; 12 12 ; 12 12 . 12 12 TK xn t TK yn t TK znntt mm Jlhlh mm J Lh Lh mm J Ll Ll =+−+ =+−+ =+−+ (2.47) [...]... ADXRS300 trong khi MICRO-ISU BP 3010 Bng 4-3 : Bng tớnh kt qu c tớnh con quay trc Z Con quay trụi (0/s) H s t l H s t l (%) z 0.4124 -0.0023 -0.23 15 Thử nghiệm đặc tính con quay vi cơ Tốc độ đo của con quay vi cơ (độ/giây) 15 10 Con quay vi co 5 0 -5 Ban xoay -10 -5 0 5 10 15 Tốc độ bàn xoay (độ/giây) Hỡnh 4-14: ng c tớnh ca con quay ADXRS300 Bng 4-8: Bng xỏc nh cỏc h s nhiu cho cỏc con quay vi c s... NH HNG CA MT S THAM S KT CU V THAM S NG LC HC TI CC CH TIấU CHT LNG CON QUAY VI C 3.1 t vn tỡm ra cỏc phng phỏp nõng cao chớnh xỏc, n nh ca con quay vi c, ta phi hiu rừ cỏc thụng s no nh hng n cỏc thụng s cht lng núi trờn Bi vy vic nghiờn cu ỏnh giỏ cỏc nh hng ca cỏc tham s kt cu v ng lc hc n cỏc ch tiờu cht lng con quay vi c l mt vic rt quan trng trong tớnh toỏn thit k con quay vi c 3.2 Nghiờn... rng chuyn ng quay v 4 to suy rng chuyn ng tnh tin, trong ú cho ta thy mi liờn h ph thuc ca chớnh xỏc con quay vi cỏc tham s hỡnh hc v ng lc hc ca h con quay Trờn c s cỏc h phng trỡnh ny cú th a ra cỏc ỏnh giỏ nh hng ca cỏc tham s kt cu v ng lc hc n cỏc ch tiờu cht lng ca con quay vi c -ó kho sỏt v ỏnh giỏ c nh hng ca cỏc tham s kt cu v ng lc hc ti ch tiờu cht lng ca con quay vi c (cỏc tham s ca h... phng trỡnh chuyn ng ca con quay vi c trờn Matlab-Simulink Trờn c s chng trỡnh ny cú th ỏnh giỏ nh hng ca cỏc tham s kt cu ti cỏc ch tiờu cht lng ca con quay dng khung kiu quay- quay Kt qu mụ phng phự hp vi kt qu gii tớch -Xõy dng c phng phỏp thc nghim xỏc nh mụ hỡnh sai s con quay vi c Trong lun ỏn ó tin hnh phõn tớch cỏc c tớnh xỏc nh v cỏc c tớnh nhiu ngu nhiờn ca con quay vi c cỏc iu kin o khỏc... nghim con quay vi c Chng trỡnh iu khin bn xoay Chng trỡnh thu thp s liu AT-GPIB Bin i A/D hoc Cng COM Thit b iu khin bn xoay Con quay Bn xoay Chng trỡnh phõn tớch s liu Mỏy tớnh ỏnh giỏ Kt lun Thit b o lng Hỡnh 4-4: S th nghim c tớnh con quay vi c trờn bn xoay 4.6 X lý, phõn tớch kt qu th nghim 4.6.1 Kt qu th nghim con quay CRS-03 Sau õy l c tớnh u ra con quay CRS-03: 4.6.2 Kt qu th nghim con quay vi. .. 2 to suy rng chuyn ng quay v 4 to suy rng chuyn ng tnh tin, trong ú cho ta thy mi liờn h ph thuc ca chớnh xỏc con quay vi cỏc tham s hỡnh hc v ng lc hc ca h con quay Trờn mụ hỡnh kt cu c th, ó xõy dng mụ hỡnh toỏn cho cỏc khi chc nng ca con quay vi c : khi dao ng, khi kớch thớch v khi cm bin Ngoi ra, mụ hỡnh toỏn cho cỏc i lng vt lý cú trong phng trỡnh chuyn ng ca con quay vi c cng c thit lp : mụ... th nghim phự hp vi cỏc thụng s k thut ca cỏc con quay Tuy nhiờn, mi con quay cú cỏc c tớnh khỏc nhau iu ú cho thy s cn thit phi th nghim c tớnh con quay vi c trc khi s dng 17 C KT LUN V KIN NGH Ni dung ó c nghiờn cu trong lun ỏn l cú ý ngha khoa hc v thc tin cho vic gii quyt mt s vn lý thuyt, mụ phng v thc nghim v ỏnh giỏ cỏc yu t nh hng n cỏc ch tiờu cht lng ca con quay vi c ng dng trong h thng dn...8 con quay vi c thng cú tớnh cht khú xỏc nh v thng mang tớnh ỏnh giỏ 2.5.1 Gim chn khụng khớ i vi con quay vi c kiu quay- quay khi cỏc bn cc dch chuyn theo hng gp nhau, gim chn ch yu din ra trong quỏ trỡnh ộp khớ gi l gim chn mng ộp Mt s cụng trỡnh ó a ra kt lun rng: t c h s phm cht Q cao, ch cú th bng cỏch lm chõn khụng (p=10-2ữ10-3 mm thu ngõn) th tớch cha con quay vi c 2.5.2 Tớnh toỏn... -Da trờn mụ hỡnh ng lc hc ó xõy dng c chng trỡnh mụ phng con quay vi c dng khung kiu quay- quay theo 6 to suy rng trờn Matlab-Simulink 7.2 Kt qu theo phng phỏp mụ phng s phự hp vi kt qu theo phng phỏp gii tớch Chng IV: XY DNG PHNG PHP THC NGHIM XC NH Mễ HèNH SAI S CON QUAY VI C 4.1 t vn 4.2 Mc ớch th nghim -Xỏc nh cỏc c tớnh u ra ca con quay vi c: +Xõy dng ng c tớnh ( nhy) +Xỏc nh cỏc sai s xỏc nh... 1.6792*1 9.9845*1 -5 -5 -5 -6 Z 0 0 0 0 Qua kho sỏt cỏc con quay, ta nhn thy cỏc con quay vi c ADXRS300 trong khi o quỏn tớnh ISU BP 3010 ch yu l cú nhiu trng, cú khụng ỏng k nhiu rung, nhiu bc ngu nhiờn v nhiu lng t v khụng cú nhiu khuynh hng vn tc gúc Bng 4-9: Kt qu tớnh toỏn cỏc thụng s quỏ trỡnh Gauss- Markov bc 1 Con quay trc X Con quay trc Y Con quay trc Z (s) (rad/s) (s) (rad/s) (s) (rad/s) . chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ. -Đã khảo sát và đánh giá được ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học tới chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ (các tham số của hệ dao động, . cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu và động lực h ọc tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính nhằm các mục đích dưới đây. Mục đích và. vi c nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học đến các chỉ tiêu chất lượng con quay vi cơ là một vi c rất quan trọng trong tính toán thiế t kế con quay vi cơ.