Никаких крутящихся дисков.
Механические гироскопы - это уже позавчерашний день. Вчерашний - кольцевые интерференционные лазерные, которыми я восхищался в институте
.
Сейчас все до обидного просто. Пьезодатчик угловых скоростей или ускорений. В свое время я накопал в Интернете несколько фирм с очень интересными продуктами, но сейчас найти ссылки не смог. Но я помню, что тогда я отметил, что вполне возможно создать достаточно точную гиростабилизированную систему на датчике стоимостью в обобщенные $12-20. После этого я неоднократно находил такого рода чипы и в живых бумажных каталогах у реальных продавцов. Порог чувствительности - угловые секунды в секунду в квадрате - за 10 мин вывода носителя на орбиту
при максимальной нечусвств. 9 угл.сек/сек2 набегает 1,5 градуса. Это меньше, чем уход гироскопа из-за вращения Земли за такое время - 2,5 градуса.
Даже если я ошибся на порядок - нас устроит и погрешность 1,5 градуса в минуту, не так ли
? У кого из нас ракета летает больше минуты
?
Небольшое отступление.
Я, в свое время, получил очень разностороннее, хотя и не всегда глубокое образование во многих отраслях технических знаний. На что потом наложилась моя работа манагера
. В результате - я часто могу видеть вопрос в общем, не углубляясь в детали. И я ориентируюсь в том, что можно сделать и примерно как. Т.е. я не могу разработать полный детальный проект, но могу оценить возможность и пути его реализации а также сложность стоящих проблем. В частности - я уверен, что предложенную мною систему реализовать можно.
Все это я говорю не для того, чтобы показать, какой я хороший и пушистый, а для того, чтобы меня не пинали, что я не знаю каких-то нюансов
. Например - я могу неплохо разбираться в электронике на уровне структурных схем, но то, как работает транзистор - для меня сущее шаманство
!
И главное в этом лирическом отступлении - я хочу показать, как нужна координация действий глубоких специалистов.
Ок, идем дальше!
Пьезопреобразователь на выход выдает напряжение, пропорциональное угловому ускорению. После усилителя через АЦП этот сигнал запихивается в процессор, в котором прошит достаточно несложный алгоритм, результатом которого есть вывод на ЦАП, после которого мы имеем ШИМ сигнал управления рулевой машинкой. Все просто
.
Об алгоритме. Простейший алгоритм может выглядеть так:
После попадания оцифрованного напряжения в процессор уже в процессоре реализована функция интегрирования. Таким образом после интегрирования угловой скорости мы получаем угол отклонения заданной оси ракеты от номинального положения. Возможно нужно будет реализовать функцию нормализации сигнала, т.е. если ракета (рассматриваем вращение ракеты вокруг оси) закрутилась на 3,7 оборота, то система должна раскрутить всего на 0,7 оборота. При особом желании и особой интелектуальности системы - можно будет сделать так, чтобы ракета довернула на 0,3 оборота
.
После интегрирования (получения данных об абсолютном отклонении), вырабатывается команда на отклонение управляющих плоскостей. При этом нужно учитывать 1) текущую моментальную угловую скорость (первая производная по ускорению - можно получить), 2) абсолютное отклонение (если 10 градусов - понятно, что отклонение плоскостей должно быть не столь интенсивным, как при отклонении 90 градусов), 3) момент инерции ракеты вокруг продольной оси - нетрудно посчитать. В данном случаее эта часть алгоритма - эквивалент ПИД регулятора средней сложности.
Как я понимаю - все.
Даже нет особой необходимости оценивать произведеное воздействие - ПИД это учитывает. Например - ракету провернуло на -40 градусов - выработалась команда на поворот рулей +10 градусов - ракету начало раскручивать в обратную сторону - при подходе к нормальному положению рули поворачиваются на угол от -2 до -5 -градусов для парирования угловой скорости, обусловленной уже поворотом из-за воздействия рулей, причем с таким расчетом, чтобы ракета перестала вращаться (угловая скорость - 0) в момент пересечения определенной оси ракеты заданной плоскости полета.
Это, конечно, только общее описание. Но достаточно детальное. Как я вижу, задача распадается на несколько подзадач в порядке очередности:
1) Оценка алгоритма и выбор процессора, который может реализовать такой алгоритм. Хотя - как знать - может это все проще на аналоговой технике сделать
!
2) Чисто электронная часть - схемные решения (обвязка) датчика, всякие температурные компенсации, компоновка, прочее...
3) Механическая часть -
3.1 - методика испытаний
3.2 - стенд для проведения испытаний
3.3 - установка системы на ракету.
То, что я описал - не родилось сегодня. Это - идеи многих месяцев, а может и лет. Я об этом думал еще тогда, когда ракеты на МРД пускал. Так что - все, что я говорил - взвешено и обдумано.
А теперь я слушаю ваши коментарии, уважаемой ракетное братство
!
А я пошел спать - пол второго, однако
.