Алгоритмы и способы повышения точности работы системы ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии

• Автор: Копичева, Алла Алексеевна
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ИМЕЮЩИХСЯ ПУБЛИКАЦИЙ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Обзор научных трудов по теории и применению интегрированных бесплатформенных инерциальных систем ориентации и навигации внутритрубных снарядов-дефектоскопов
1.2 Обзор алгоритмов работы бесплатформенных инерциальных систем ориентации внутритрубных снарядов-дефектоскопов
1.2.1 Алгоритмы определения параметров ориентации ВСД для автономной БИСО с оценками угловых скоростей и кажущихся ускорений в проекциях на оси объектового трехгранника
1.2.2 Алгоритмы определения параметров ориентации ВСД для автономной БИСО с приведением оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтного трехгранника
1.3 Обзор и анализ известных методов и способов повышения точности решения задачи ориентации ВСД и позиционирования трубопровода

1.4 Постановка задачи

ГЛАВА 2 ПОСТРОЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ ВНУТРИТРУБНЫХ СРЕДСТВ ДЕФЕКТОСКОПИИ
2.1 Анализ условий работы корректируемой БИСО в составе внутритрубных средств дефектоскопии
2.2 Построение физической модели и функциональной схемы интегрированной системы ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии

2.3 Построение математической модели интегрированной системы ориентации и навигации ВСД
2.3.1 Модели инерциальных датчиков БИСО ВСД
2.3.2 Две разновидности алгоритмов функционирования интегрированной БИСО с учетом влияния углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода
2.3.2.1 Алгоритмы ориентации с использованием оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений в осях объектового трехгранника
2.3.2.2 Алгоритмы ориентации с приведением оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтной системы координат
2.3.3 Алгоритмы функционирования интегрированной системы навигации ВСД
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3 УРАВНЕНИЯ ОШИБОК ИНТЕГРИРОВАННОЙ БИСО ДЛЯ ВСД. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ И СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ УГЛОВОГО СМЕЩЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ВСД ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ТРУБОПРОВОДА
3.1 Дифференциальные уравнения ошибок БИСО и оценка влияния углового смещения на решение задач ориентации ВСД и позиционирования трубопровода с использованием интегрированной БИСОН
3.1.1 Модель ошибок БИСО в случае применения алгоритмов ориентации с приведением оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтного трехгранника
3.1.2 Модель ошибок БИСО в случае применения алгоритмов с использованием оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений в проекциях на оси объектового трехгранника
3.1.3 Влияние углового смещения на решение задачи позиционирования трубопровода

3.2 Способы компенсации влияния углового смещения на погрешности определения высотной координаты трубопровода
3.2.1 Способ снижения погрешностей определения координат за счет влияния углового смещения в случае вращения ВСД
3.2.2 Способ компенсации влияния углового смещения на точность определения высотной координаты с использованием сведений о рельефе местности
3.3 Выводы по главе
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ АВТОНОМНОЙ БИСО И ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДА НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УГЛОВОГО СМЕЩЕНИЯ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1 Исследование методических погрешностей двух разновидностей алгоритмов ориентации и приемлемого уровня погрешностей ДПИ при движении объекта с малыми углами тангажа (< 20°) методом математического моделирования
4.2 Исследование методических погрешностей двух разновидностей алгоритмов ориентации и приемлемого уровня погрешностей ДПИ при движении объекта с большими углами тангажа (> 20°) методом математического моделирования
4.3 Исследование уровня ошибок БИСО от параметров углового смещения
4.4 Исследование эффективности применения алгоритмов компенсации углового смещения в случае вращения ВСД на основе метода наименьших квадратов
4.5 Выводы по главе

движения могут привести к росту ошибок навигационной системы. Из-за ограничения диапазона измерения, динамического смещения датчиков, а также благодаря недостаточной частоте вычисления, система зачастую не может корректно интерпретировать такие виды движений [94]. Эффект циклического углового движения объекта, известный как «coning» (коническое движение), или комбинация углового и поступательного движений - «sculling» могут оказывать негативное влияние на работу БИСОН. Следует отметить, что названия данных явлений в отечественной литературе отсутствуют, поэтому используется зарубежная терминология. Если навигационная система не учитывает данные виды движений, то это может привести к серьезному росту погрешностей.
В настоящее время различают следующие виды ошибок [92]:
• «coning» - определяет ошибку ориентации объекта, вызванную коническим движением оси гироскопа;
• «sculling» - ошибка определения скорости движения объекта, определяемая дрейфом в показаниях акселерометров;
• «scrolling» - ошибка определения координат движения объекта.
«Coning» представляет собой коническое (или близкое к нему) движение в инерциалыюм пространстве одной из гироскопических осей [94] (рисунок 1.6). Оно является результатом одновременного приложения угловых колебательных движений, разнесенных по фазе, по двум другим ортогональным осям.
Рисунок 1.6 Коническое движение При этом ось X описывает в пространстве конус. Если измерения производятся навигационной системой только по одной оси, то отсутствует информация, что объект участвует в движении «coning», и по этой выходной оси