Програма вступних іспитів до аспірантури за спеціальністю 05. 11. 03 «Гіроскопи І навігаційні системи» Затверджена Вченою Радою пбф



Скачати 136.38 Kb.
Дата конвертації31.12.2016
Розмір136.38 Kb.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«Київський політехнічний інститут»

Кафедра приладів і систем орієнтації та навігації

ПРОГРАМА
вступних іспитів до аспірантури
за спеціальністю 05.11.03 – «Гіроскопи і навігаційні системи»

Затверджена Вченою Радою ПБФ

«26» квітня 2010 р., протокол №4/10
Декан ПБ Г.С. Тимчик

Київ - 2010



Розділ І. ТЕОРІЯ ГІРОСКОПІВ


    1. Методи теоретичного дослідження гіроскопів

Завдання положення твердого тіла в просторі. Кінематика твердого тіла. Перетворення координат при повороті. Кути Ейлера-Крилова. Матриця напрямних косинусів, основні властивості. Кватерніони.

Складний рух твердого тіла. Абсолютний, відносний та переносний рух. Правило ди­ференціювання вектора в обертовій системі координат. Кутова швидкість тіла. Лінійні швид­кості та прискорення точок твердого тіла у складному русі.

Основні динамічні величини матеріальної точки та твердого тіла. Геометрія мас.

Основні теореми динаміки твердого тіла в різних системах координат. Теорема Резаля. Рівняння Ейлера обертання твердого тіла. Узагальнені рівняння Ейлера. Метод Ейлера- Ішлінського складання рівнянь руху гіроскопа у кардановому підвісі. Рівняння руху симет­ричного твердого тіла у формі Б.В.Булгакова. Застосування рівнянь Лагранжа 2-го роду для складання диференційних рівнянь руху гіроскопів. Методи складання наближених рівнянь руху гіроскопів. Метод кінетостатики.

Метод зображуючої точки Е.Л. Ніколаї та його застосування. Метод компресії рівнянь, сфера його застосування, ефективність.


    1. Загальна теорія гіроскопів

Поняття симетрично врівноваженого гіроскопа (СВГ). Кінематика СВГ. Рівняння руху в різних системах координат.

Рух вільного СВГ. Поняття регулярної прецесії. Види регулярної прецесії. Природна регулярна прецесія. Дія удару на СВГ (фізична суть). Вимушений рух СВГ. Псевдорегулярна прецесія. Поняття швидкого гіроскопа. Структура диференційних рівнянь гіроскопа. Гіро­скопічний момент. Види наближених рівнянь руху гіроскопа.

Поняття про важкий гіроскоп та гіромаятник (ГМ). Регулярна прецесія гіромаятника, її види та умови існування.

Вплив тертя на рух СВГ та ГМ.



  1. Гіроскоп у кардановому підвісі на нерухомій основі

Кінематика гіроскопа у кардановому підвісі (ГКП). Виведення повних рівнянь руху. Наближені рівняння. Вільний рух ГКП. Еквівалентність сухого та в'язкого тертя за кутового руху ГКП, його основи. Рух ГКП під дією моментів по головній осі гіроскопів.

Дрейф Магнуса. Фізична причина. Дрейф ГКП за періодич­ного змінювання зовнішніх моментів. Дія на ГКП моментів сил по головній осі. Поведінка ГКП при розгоні, вибігу і усталених обертах ротора при закритому і відкритому гіромоторах. Поняття моменту пружного дебалансу за поступальних вібрацій основи. Умова рівної жорсткості.




  1. Гіроскопи на рухомій основі

Двоступеневий гіроскоп. Рівняння руху. Основна властивість. Застосування. Головні методичні похибки. Випрям­ний ефект за кутової хитавиці та вібрації основи.

Кінематика ГКП на рухомій основі. Опорні системи координат. Опорні кутові координати. Карданові похибки. Способи їх знаходження. Прецесійні рівняння руху ГКП у відносних та опорних кутових ко­ординатах. Види дрейфів ГКП на рухомій основі. Поведінка ГКП на обертовій основі. Пове­дінка ГКП за хитавиці основи, випрямні ефекти.

Гіромаятник у кардановому підвісі на рухомій основі, рівняння руху. Швидкісна девіа­ція. Перехідний процес. Аналогія з поведінкою ГКП на обертовій основі. Балістична девіа­ція. Умови незбурюваності.

Маятниковий гірокомпас на рухомій основі, рівняння руху. Перехідний процес. Швидкісна похибка. Балістична девіація, умова незбурюваності. Інтеркардинальна похибка та способи її зменшення.

Розділ 2. ТЕОРІЯ ТА РОЗРАХУНОК ГІРОСКОПІЧНИХ ПРИЛАДІВ


  1. Гіроскопи напрямку (ГН)

Поведінка вільного триступеневого гіроскопа, застосованого як курсовий гіроскоп, на рухомій основі; системи азимутальної та горизонтальної корекції. Розрахунок параметрів азимутальної та горизонтальної корекції. Віражна похибка. Робота ГН за наявності моментів тертя та дебалансу по осях підвісу. Карданова похибка. Методи усунення карданової похиб­ки, віражної похибки. Покажчик ортодромії. Азимутальна корекція покажчика ортодромії та розрахунок її параметрів.

  1. Гіромагнітний та гіроіндукційний компаси

Визначення напрямку магнітного меридіану за допомогою магнітних та індукційних компасів, рівняння руху гіромагнітного компасу та їх аналіз, вибір основних параметрів схем гіромагнітного та гіроіндукційного компасів. Аналіз зменшення похибок гіроскопа та прила­дів магнітного курсу в комплексованих гіромагнітних системах.

  1. Гірокомпаси

  1. Однороторний маятниковий гірокомпас. Побудова та принцип дії. Незгасаючі коливання гірокомпаса. Способи демпфування власних коливань. Швидкісна та балістична девіація гірокомпасу. Умова аперіодичного переходу. Вплив хитавиці об'єкту на показання гірокомпаса, інтеркардинальна девіація, способи її зменшення.

  2. Двороторні гірокомпаси. Кінематична схема та принцип роботи компасу. Швид­кісна та балістична девіації. Умови аперіодичного переходу. Вплив хитавиці на роботу гіро­компаса.

  3. Наземні гірокомпаси. Особливості конструкції та похибок наземних гірокомпасів. Похибки триступе­невих маятникових гірокомпасів. Двоступеневий наземний гірокомпас. Рівняння руху. Причини похибок. Труднощі за­стосування двоступеневого гірокомпаса на рухомій основі.




  1. Коректовані гірокомпаси, орбітальні гірокомпаси. Побудова гірокомпасів на дво­ступеневих гіростабілізаторах.

  1. Гіровертикалі

Гіроскопічні вертикалі з радіальною корекцією. Види характеристик корекції. Корекційний рух гіровертикалі з різними характеристиками корекції. Статична похибка гіро­вертикалі за різних характеристик корекції, зумовлена сухим тертям на осях підвісу гіроско­па. Швидкісна похибка. Поведінка гіровертикалі за рівноприскореним рухом об'єкту та за віражу (циркуляції) з урахуванням та без урахування тертя. Методи усунення віражних по­хибок.

Поведінка гіровертикалі за періодичного збурення системи корекції. Карданові похиб­ки гіровертикалей. Схема "невибивної" гіровертикалі.

Поняття про гіровертикалі з шаровим гіроскопом в аеродинамічному підвісі. Гіровер­тикаль з інтегрально-позиційною корекцією, умови незбурюваності.


  1. Гіроскопічні тахометри

Рівняння руху одногіроскопного тахометра з пружним зв'язком. Лінеаризовані рівнян­ня. Перехідна функція. Функція ваги. Частотні характеристики. Оптимальні співвідношення між коефіцієнтами згасання та частотами власних коливань. Похибки приладу та їх розраху­нок.

Двогіроскопний тахометр. Рівняння руху. Похибки приладу.

Гіротахометри з компенсаційним методом виміру гіроскопічного моменту. Конструк­тивні схеми, передатні функції, значення похибок. Компенсація нелінійності шкали гірота­хометру за кінцевих відхилень. Вібраційні гіротахометри. Гіротахометри з поплавковим під­вісом.

Поняття роторного вібраційного гіроскопа (РВГ). Рівняння руху РВГ. Умова динаміч­ної налагодженості. Динамічно налагоджений гіроскоп (ДНГ). Прилади на основі ДНГ, ви­користання РВГ для вимірювання кутових швидкостей і як вільного гіроскопа, застосування.



  1. Інтегруючі двоступеневі гіроскопи

Рівняння руху двоступеневого інтегруючого гіроскопа. Передатна функція. Особливос­ті конструкції та технологія поплавкових інтегруючих гіроскопів. Можливість підвищеного дрейфу в умовах хитавиці. Похибки та їх розрахунок.

  1. Інерціальні вимірювачі

Волоконно-оптичні гіроскопи. Ефект Сан'яка. Системи оптичних гіроскопів: кільцевий лазерний гіроскоп; волоконно-оптичний гіроскоп; оптичний гіроскоп з кільцевим резонато­ром пасивного типу. Методи підвищення чутливості. Шумові фактори і методи їх усунення. Основні характеристики і методи їх покращення. Гіроскоп пасивного типу з кільцевим резо­натором.

Хвильові твердотільні гіроскопи. Швидкість розповсюдження пружних хвиль. Хвильові рівняння, стоячі хвилі. Коливання камертона. Механічні коливання пружних оболонок. Ви­ди збудження коливань. Позиційне параметричне збудження. Інструментальні похибки хви­льових твердотільних гіроскопів.

Мікромеханічні гіроскопи (ММГ). Осциляторні вібраційні гіроскопи: кардановий ММГ; камертонний ММГ; роторний ММГ; планарні ММГ. Схеми, принцип дії. Математич­ний опис ММГ. Частота збудження. Вплив лінійних прискорень і вібрацій на динаміку чут­ливого елемента ММГ.

Акселерометри. Рівняння руху інерційної маси. Головне рівняння акселерометра. Різно­види конструкції акселерометрів. Мікромеханічні акселерометри. Математичні моделі аксе­лерометрів. Передатні функції, похибки, характеристики акселерометрів.



  1. Гіроінтегратори лінійних прискорень

Призначення, схема приладу, принцип роботи. Рівняння руху приладу в лінійною коре­кцією. Передатна функція, статичний коефіцієнт передачі. Методика розрахунку приладу: вибір гіромотора, визначення величини зсуву центру ваги, визначення припустимого значен­ня моменту тертя, визначення параметрів корекції.

Гіроінтегратори з нелінійною корекцією. Методика розрахунку параметрів автоколивань для типових видів нелінійних характеристик систем корекції методом гармонічної ліне­аризації. Основні причини похибок гіроінтеграторів.


2.9. Інклінометри

Призначення, принципи дії, структури інклінометрів. Використання гіроскопів, акселерометрів та магнітометрів. Калібрування параметрів блоку чутливих елементів та корекція показань за результатами калібрування.



Розділ 3. ГІРОСТАБІЛІЗАТОРИ
Класифікація гіростабілізаторів. Принципи побудови гіроскопічних стабілізаторів пря­мої дії. Призначення, межі використання. Гіроскопічні зменшувачі хитавиці. Кінематична схема одновісного пасивного гіроскопічного стабілізатора прямої дії. Рівняння руху. Гіро­скопічні демпфери, для оптичних приладів. Координатори цілей.

Силові гіроскопічні стабілізатори (СГС). Призначення, принципи дії, кінематична схема од­новісного гіроскопічного стабілізатора. Рівняння руху одновісного СГС зі стабілізую­чим двигуном змінного струму. Збурюючі моменти, що діють навколо осей підвісу СГС. Структурні схеми та передаточні функції одновісного СГС як системи автоматичного керу­вання. Похибки одновісного стабілізатора. Вплив збурюючих моментів, які діють вздовж осей підвісу. Власна швидкість прецесії гіроскопічного стабілізатора. Кінематична складова прецесії. Вплив пружності елементів гіроскопічного стабілізатора на його динамічні власти­вості, похибки стабілізації. Методи забезпечення стійкості та належної якості процесу стабі­лізації. Корегуючі засоби. Використання двороторних СГС для зменшення похибок стабілі­зації. Гіроскопічні стабілізатори з релейним керуванням. Автохитавиці систем стабілізації, вплив їх на поведінку СГС за умов сталих збурень. Методика розрахунку одновісного СГС.

Двовісні гіроскопічні стабілізатори. Межі використовування. Різновиди кінематичних схем. Рівняння руху гіроскопічної вертикалі, на основі двовісного гіроскопічного стабіліза­тора. Гіроскопічні стабілізатори пеленгуючих пристроїв. Варіанти кінематичних схем.

Тривісні (просторові) системи стабілізації. Призначення, кінематична схема, необхід­ність використання перетворювача координат. Рівняння руху просторової системи стабіліза­ції, зв'язок між каналами стабілізації.

Індикаторні гіроскопічні стабілізатори. Призначення, принципи дії, основні кінематич­ні схеми індикаторних гіроскопічних стабілізаторів, двовісний та просторовий гіростабіліза­тори. Просторовий гіростабілізатор на основі роторних вібраційних гіроскопів. Головні по­хибки індикаторних систем гіроскопічної стабілізації. Особливості побудови та динаміки си­стем стабілізації з безредукторним приводом.

Геометрія та кінематика систем непрямої стабілізації об'єктів. Основні схеми непрямої стабілізації ліній візірування при хитавиці основи.

Динамічні похибки систем непрямої стабілізації та методи забезпечення заданих пока­жчиків якості процесу стабілізації.

Розділ 4. ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ НАВІГАЦІЇ



  1. Основні характеристики Землі та навколоземного простору

Форма Землі. Гра­вітаційне поле, поле сили тяжіння, магнітне поле Землі, атмосфера. Лінії та поверхні поло­ження. Основні системи координат, що застосовуються в навігації.


  1. Астрономічні навігаційні пристрої

Основні точки та лінії на небесній сфері. Методи визначення координат. Астрономічні секстанти та орієнтатори: принцип дії, основні похибки. Горизонтальний та екваторіальний астрокомпаси: принцип дії, основні похибки.


  1. Радіотехнічні навігаційні пристрої

Кутомірні, далекомірні, різницедалекомірні методи радіонавігації: вирішувані задачі, принцип дії пристроїв, основні похибки. Супутникові системи навігації: визначення коорди­нат, швидкості, кутового положення об'єкту. Доплеровські вимірювачі швидкості: принцип роботи, основні похибки, методи їх зменшення. Радіолокаційні станції, радіовисотоміри.

4.4. Інерціальні навігаційні системи (ІНС)

Суть методу інерціальної навігації. ІНС розімкненого та замкненого типів. Умови незбурюваності. ІНС в гіроскопічною вертикаллю (напіваналітичного типу)- принцип дії, рів­няння руху, особливості. ІНС геометричного типу: принцип дії, рівняння руху, особливості. ІНС аналіти­чного типу з платформою: принцип дії, рівняння руху, особливості.

Методичні похибки, інструментальні похибки ІНС. Схеми зменшення впливу переносних та коріолісових прискорень. Різновиди чутливих елементів та гіроплатформ ІНС. Функціональна схема триканальної ІНС напівана­літичного типу, основні особливості її дослідження. Моделювання ІНС на ЕОМ. Первісна виставка: різновиди горизонтування та гірокомпасування.

Безкарданні ІНС. Параметри та рівняння орієнтації. Алгоритми функціонування. Первіс­на виставка.

Комплексування ІНС з навігаційними системами, працюючими на інших фізичних принципах: причини, що викликають необхідність комплексування систем, принципи побу­дови комплексних систем.



Розділ 5. АВТОМАТИЧНЕ КЕРУВАННЯ РУХОМИМИ ОБ'ЄКТАМИ

  1. Основи теорії автоматичного керування

Фундаментальні принципи керування. Функціональні схеми, структурні схеми, що реалізують принципи керування. Поняття стійкості, умова та критерії стійкості систем керування. Якість керування в усталених та перехідних режимах.


  1. Системи автоматичного керування кутовими рухами рухомих об'єктів

Умови, за яких можливий розподіл кутового руху об'єктів на складові. Системи керу­вання за тангажем (диферентом). Системи керування за курсом, системи керування за кре­ном (основні закони регулювання, блок-схеми, особливості динаміки). Координоване керу­вання боковим рухом літака.

  1. Системи автоматичного керування рухом центру мас рухомих об'єктів

Способи завдання положення центру мас об'єкту в просторі. Системи автоматичного керування боковим відхиленням. Системи автоматичного керування висотою (глибиною) ру­ху. Системи автоматичного керування швидкістю руху. Вплив сталих часу елементів автопі­лоту на процес регулювання та способи зменшення цього впливу.

Література

До розділів 1 і 2

    1. Булгаков Б.В. Прикладная теория гироскопов. - М.: МГУ, 1976. - 400 с.

    2. Ишлинский А.Ю. и др. Лекции по теории гироскопов. - М.: МГУ, 1983. - 243 с.

    3. Климов Д.М., Харламов С. А. Динамика гироскопа в кардановом подвесе. -М.: Наука, 1978. – 220 с.

    4. Магнус К. Гироскоп. Теория и применение. - М.: Мир, 1974. - 626 с.

    5. Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения - М.: Наука, 1971, - 312 с.

    6. Николаи Е.Л. Гироскоп в кардановом подвесе. - М.: Наука, 1964.

    7. Одинцов A.A., Лазарев Ю.Ф. Гироскопические приборы курса. Киев: КПИ, 1980.

    8. Гироскопические системы, ч. 1 и 2 /Под ред. Д.С. Пельпора. – М.: Высшая школа, 1971.

    9. Одинцов A.A. и др. Теория гироскопов и гироскопических приборов. Практикум. – К.: Вища школа, 1976. – 262 с.

    10. Одинцов А.А. Теория и расчет гироскопических приборов. - К.: Вища школа, 1985. – 392 с.

    11. Павловский М.А. Теория гироскопов. – К. Вища школа, 1986. – 303 с.

    12. Прикладные методы в теории колебаний / В.Ф. Журавлев, Д.М. Климов. – М.: наука, 1988. – 328 с.

    13. Бондар П.М., Степанковський Ю.В. Фізичні основи орієнтації та навігації: навчальний посібник. Ч. 2, Ч. 3. – Кіровоград: ПОЛІМЕД-Сервіс, 2009. – 204 с.



До розділу З

      1. Сайдов П.И. Теория гироскопов. – М.:Высшая школа, 1965.

      2. Бесекерский В.А., Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. – Л.: Судостроение, 1968.

      3. Гироскопические системы, ч. 1 /Под ред. Д.С. Пельпора. – М.:Высшая школа, 1971. – 340 с.


До розділу 4

1. Климов Д.М. Инерциальная навигация на море. – М.:Наука, 1984.

2. Бромберг П.В. Теория инерциальных навигационных систем. – М.: Машиностроение, 1979.

3. Мелешко В.В. Инерциальные навигационные системы. Начальная выставка. - К.: Корнейчук, 2000. – 160 с.

4. Лукьянов Д.П., Мочалов А.В., Одинцов А.А., Вайсгант Н.Б. Инерциальные навигационные системы морских объектов. – Л.: Судостроение, 1989.

5. Навигационные приборы и системы / Б.Б. Самотокин, В.В. Мелешко, Ю.В. Степанковский. – К.: Вища школа, 1986. – 343 с.

6. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий/ Под редакцией Г.Г. Себрякова. – М.: Физматлит., 2005.


До розділу 5


  1. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти тт.; 2-е изд., перераб. и доп. Т.1: Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления/Под ред. К.А. Пупкова и Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 656 с.

  2. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. – М: Машиностроение, 1973.

  3. Красовский A.A. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. – М.: Наука, 1973.

Програму склали:

к.т.н., доц. Бондар П.М.

к.т.н., доц. Лазарєв Ю.Ф.

к.т.н., доц. Мелешко В.В.

к.т.н., доц. Степанковський Ю.В.

Завідувач кафедри ПСОН Н.І. Бурау





База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка