измеритель положения трубного става
Классы МПК: | G01C21/16 путем суммирования скорости или ускорения |
Автор(ы): | Баринов Константин Иванович, Горбунов Юрий Иванович, Гусев Евгений Михайлович, Компаниец Валерий Леонидович |
Патентообладатель(и): | Баринов Константин Иванович, Горбунов Юрий Иванович, Гусев Евгений Михайлович, Компаниец Валерий Леонидович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-08-01 публикация патента:
20.03.1995 |
Изобретение относится к системам измерения и обработки информации и может быть использовано для определения линейного и углового отклонений упругого протяженного тела, одним концом закрепленного относительно заданной системы координат, в частности для измерения положения трубного става, погружаемого в воду с добывающего судна. Однородная распределенная информационная система обеспечивает измерение координат става с большой точностью за счет снижения величины результирующей (позиционной и накапливающейся во времени) погрешности измерения положения конца става и агрегата сбора по мере удаления (погружения) конца става от добывающего судна (поверхности моря). При этом равномерно по длине става установлены акселерометры и датчики угловой скорости (лазерные гироскопы), позволяющие получать информацию о динамических характеристиках и обобщенных параметрах става в условиях воздействия на него подводных возмущений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ТРУБНОГО СТАВА, содержащий инерциальную навигационную систему, выполненную с возможностью коррекции от средств обсервации, отличающийся тем, что инерциальная навигационная система установлена в точке крепления става на объекте и дополнительно введены n двухкоординатных блоков измерения линейных ускорений и углов наклона, размещенные равномерно на ставе, блок определения координат конца става, два канала определения линейного отклонения и угла наклона конца става, выполненные в виде n-1 групп элементов, содержащих последовательно соединенные блок суммирования ускорений, блок определения приращений линейного отклонения и угла наклона и блок суммирования приращений угла наклона, блок суммирования приращений угла, выход которого соединен с вторым входом блока определения приращений линейного отклонения и угла наклона, причем инверсный вход каждого блока суммирования ускорений соединен с выходом по сигналу ускорения соответствующего двухкоординатного блока измерений линейных ускорений и углов наклона, а прямой его вход соединен с выходом по сигналу ускорения последующего двухкоординатного блока измерений линейных ускорений и углов наклона, инверсный вход каждого блока суммирования приращении угла соединен с выходом по приращению угла соответствующего двухкоординатного блока измерений линейных ускорений и углов наклона, а прямой его вход соединен с выходом по приращению угла последующего двухкоординатного блока измерений линейных ускорений и углов наклона, второй вход первого блока суммирования приращений угла наклона и третий вход первого блока определения приращений линейного отклонения и углов наклона соединены с выходом по сигналу угла наклона инерциональной навигационной системы, а вторые входы каждого из последующих блоков суммирования приращений угла наклона и третьи входы каждого из последующих блоков определения приращений линейного отклонения и углов наклона соединены с выходом предыдущего блока суммирования приращений угла наклона, последовательно соединенные n-2 блоков суммирования приращений линейного отклонения, первый вход первого блока суммирования приращений линейного отклонения соединен с выходом по сигналу линейного отклонения первого блока определения приращений линейного отклонения и углов наклона, вторые выходы каждого из блоков суммирования приращений линейного отклонения соединены соответственно с выходами по сигналу линейного отклонения последующего блока определения приращений линейного отклонения и углов наклона, выход последнего блока суммирования приращений линейного отклонения каждого из каналов соединен с входом блока определения координат конца стана, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами по курсу и координатам места инерциальной навигационной системы. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок определения приращений линейного отклонения и угла наклона выполнен в виде последовательно соединенных блоков преобразования ускорений, первого сумматора, первого интегратора, второго сумматора, второго интегратора, масштабирующего блока, блока определения приращений среднего угла наклона оси става, блока суммирования приращений среднего угла наклона, блока учета упругости става, блока определения невязки угла наклона, блока демпферирования собственных колебаний, третьего сумматора, блока определения ускорения оси става, выход которого соединен с входом первого сумматора, причем второй выход блока демпфирования собственных колебаний соединен с вторым входом второго сумматора, первый вход блока преобразования ускорений является первым входом блока определения приращений линейного отклонения и угла наклона, вторые входы блока определения невязки угла наклона и третьего сумматора объединены и являются его вторым входом, инверсный вход блока суммирования приращений среднего угла наклона и второй вход блока преобразования ускорения объединены и являются его третьим входом, выход третьего сумматора является его первым выходом, а выход второго интегратора является его выходом по сигналу линейного отклонения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системе измерения и обработки информации и может быть использовано для определения линейного и углового отклонения упругого протяженного тела, одним концом закрепленного относительно заданной системы координат, в частности для измерения положения трубного става, погружаемого в море с добывающего судна. Для эффективного использования става необходимо в течение всего времени работы достаточно точно определить координаты конца става и углы наклона его относительно горизонта. Из известных технических решений наиболее подходящим для этой цели является инерциальная навигационная система (ИНС), вырабатывающая углы наклона относительно плоскости горизонта и координаты точки, в которой она размещена, выполненная с возможностью коррекции от средств обсервации. Для измерения положения трубного става с помощью прототипа необходимо разместить ИНС на конце става. Недостатком прототипа при этом является как низкая точность определения исходного места конца става на момент погружения, так и неограниченное нарастание со временем погрешности определения места конца става (как погрешность долготы некорректируемой ИНС) в процессе добычи (движения). Для повышения точности измерения координат в этом случае нельзя применять известные методы коррекции ИНС от средств обсервации (радионавигационные системы, астрокорректоры, дальномеры и т.п.), так как для их работы должно быть задано положение ИНС относительно средств обсервации, что невозможно при размещении ИНС в подводном положении и на перемещающемся относительно судна конце става. Целью изобретения является повышение точности измерения координат конца става путем оценки указанных погрешностей. Цель достигается тем, что инерционная навигационная система установлена в точке крепления става с объектом, и тем, что на ставе равномерно размещены n двухкоординатных блоков измерения линейных ускорений и приращений углов наклона, например, включающих два маятниковых акселерометра и два кольцевых лазерных гироскопа со взаимно ортогональными входными осями, перпендикулярными оси става, введен блок выработки координат конца става, а также два канала определения линейного отклонения и угла наклона конца става, содержащие каждый n-1 группу следующих блоков, блок определения приращений линейного отклонения и углов наклона, блок суммирования ускорений, выходами связанный с входами по ускорению соответствующих блоков определения приращений, прямыми входами - с выходами по ускорению последующих двухкоординатных измерительных блоков и инверсными входами - с выходами по ускорению соответствующих двухкоординатных измерительных блоков, блоки суммирования приращений угла, выходами связанные с входами по приращению угла соответствующих блоков определения приращений, прямыми входами - с выходами по приращению угла наклона последующих двухкоординатных измерительных блоков и инверсными входами - с выходами по приращению угла наклона соответствующих двухкоординатных измерительных блоков, последовательно соединенные блоки суммирования приращений угла наклона, последовательно соединенные блоки суммирования линейного отклонения. Кроме того, в заявляемом измерителе блок выработки приращений линейного отклонения угла наклона представляет собой замкнутый контур из последовательно соединенных блока определения ускорения оси става, первого сумматора, первого интегратора, второго сумматора, второго интегратора, масштабирующего блока, блока определения среднего приращения угла наклона става, блока суммирования приращений среднего угла наклона, блока учета упругости става, блока определения невязки угла и блока демпфирования собственных колебаний. На фиг.1 приведена структурная схема предложенного измерителя; на фиг.2 показано размещение двухкоординатных измерительных блоков на ставе (в плоскости килевой качки); фиг.3 иллюстрирует расположение использованных систем координат; на фиг.4 представлена схема блока определения приращений линейного отклонения и угла наклона. В тексте приняты следующие обозначения:ДИБ - двухкоординатный измерительный блок;
Аoх, Аоу - маятниковые акселерометры, устанавливаемые по соответствующим осям;
ЛГох, ЛГоу - кольцевые лазерные гироскопы, устанавливаемые по соответствующим осям;
КВОУх, КВОУу - каналы определения линейных отклонений и углов наклона в соответствующих осях;
ВПу - блоки определения приращений линейных отклонений и углов наклона, установленных по соответствующим осям;
БВК - блок определения координат места конца става, является выходом измерителя положения става;
аjx, ajy - значения составляющих линейного ускорения,
j =





j =





k =



k =



m =

Xk, Yk - полные значения смещений точки

K =

K - курс судна;






















N































g - величина ускорения свободного падения. Выход блока 30 соединен с входом интегратора 14 через сумматор 31, вторым входом связанный с выходом соответствующего блока 9 через блок 32 преобразования ускорения, в котором вычисляется горизонтальная составляющая приращения ускорения









RE =

RN=



ХN, YN - поступают из каналов 7, 8;
RN, RE - радиусы кривизны земного сфероида, имеющего большую полуось а и эксцентриситет е. Работа устройства заключается в следующем. Корректируемая ИНС 1 с использованием данных средств обсерваций непрерывно измеряет курс k и углы качки




aYк-1=












aYк =







Регулярно, через интервалы времени






































Эта величина вычисляется блоками 16-19. Невязка величин (10) и (11), вычисленная на сумматоре 20, вызвана собственными колебаниями, она поступает на фильтр 24, где из нее выделяется меняющаяся составляющая и через блоки 22, 23 и сумматоры 28, 29 подается в основной контур 13 для гашения собственных колебаний. Характеристический полином блока 15 устойчив, поэтому после окончания переходных процессов на выходах блоков 13 вырабатываются значения приращений линейных отклонений и углов наклона, причем погрешность вычисления не растет со временем. Они суммируются блоками 11 и 12, результирующие углы наклона става




Класс G01C21/16 путем суммирования скорости или ускорения