гирогоризонт с дискретной системой горизонтальной коррекции
Классы МПК: | G01C19/34 для индикации направления в горизонтальной плоскости, например гироскопы направленного действия |
Автор(ы): | Заморский А.В., Королев В.В., Куклев В.Н., Медведев В.И. |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт "Сигнал" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-19 публикация патента:
20.08.2001 |
Гирогоризонт относится к области гироскопической техники и предназначен для использования при измерении углов наклона подвижного объекта. Гирогоризонт содержит чувствительные элементы горизонта и гироузел. По ортогональным измерительным осям гироузла установлены датчики моментов и датчики угла. Гироузел и чувствительные элементы горизонта установлены на внутренней раме карданова подвеса. По осям внутренней и наружной рам установлены двигатели разгрузки и датчики выходной информации. Гирогоризонт включает в себя систему горизонтальной коррекции, состоящую из чувствительных элементов горизонта, усилителей и датчиков момента гироузла, систему силовой стабилизации, состоящую из датчиков угла гироузла, усилителей и двигателей разгрузки. С целью уменьшения динамической погрешности в гирогоризонт введены электронный коммутатор, генератор одиночных импульсов и программное устройство, причем выходы чувствительных элементов горизонта подключены к входам усилителя горизонтальной коррекции через электронный коммутатор, а вход электронного коммутатора через генератор одиночных импульсов подключен к выходу программного устройства. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Гирогоризонт, содержащий карданов подвес, состоящий из рамы внутренней и рамы наружной с установленными по осям подвеса двигателями разгрузки и датчиками выходной информации, чувствительные элементы горизонта, установленные на раме внутренней карданова подвеса, усилителя горизонтальной коррекции и усилители мощности, гироузел, установленный на раме внутренней карданова подвеса и имеющий измерительные оси, образованные ортогонально размещенными датчиками момента и датчиками угла, причем выходы чувствительных элементов горизонта через усилители горизонтальной коррекции подключены к входам соответствующих датчиков момента гироузла, а выходы датчиков угла гироузла через усилители мощности подключены к входам соответствующих двигателей разгрузки, отличающийся тем, что в гирогоризонт введены электронный коммутатор, генератор одиночных импульсов и программное устройство, причем выходы чувствительных элементов горизонта подключены к входам усилителей горизонтальной коррекции через электронный коммутатор, а вход электронного коммутатора через генератор одиночных импульсов подключен к выходу программного устройства.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гироскопической техники, предназначено для стабилизации средств обнаружения цели и средств вооружения и для систем навигации подвижных объектов. В настоящее время для измерения углов наклона подвижных объектов в системах стабилизации и навигации используются гироскопические датчики крена, гировертикали, гирогоризонты, построенные по схеме стабилизированных в плоскости горизонта платформ индикаторного типа. Гирогоризонты конструктивно выполнены или в виде отдельных приборов, или как составная часть комплексированных систем курсокреноуказания, в том числе самоориентирующихся. Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является гирогоризонт системы курсокреноуказания СГККУ...004 или системы самоориентирующейся ССГККУ... 013 [1], который представлен на фиг. 1. Гирогоризонт содержит гироузел 5, по ортогональным измерительным осям которого расположены датчики момента 7, 13 и датчики угла 6, 12. Гироузел 5 и чувствительные элементы горизонта 8, 14 установлены на внутренней раме 11 карданова подвеса. По осям внутренней 11 и наружной 10 рам карданова подвеса установлены двигатели разгрузки 16 и 4, датчики выходной информации 2 и 9 соответственно. Выходы чувствительных элементов горизонта 8, 14 через усилители горизонтальной коррекции 3, 17 подключены к входам соответствующих датчиков момента 7, 13 гироузла 5, а выходы датчиков угла 6, 12 гироузла 5 через усилители мощности 1, 15 подключены к входам соответствующих двигателей разгрузки 4, 16. Информация об углах наклона объекта с датчиков выходной информации 2, 9 поступает на вход систем стабилизации и навигации. Работа гирогоризонта происходит следующим образом. При отклонении платформы от плоскости горизонта относительно, например, оси внутренней рамы 11 карданова подвеса, сигнал с чувствительного элемента горизонта 14 через усилитель горизонтальной коррекции 17 поступает на вход датчика момента 13, развивающего момент, под действием которого главная ось гироскопа гироузла 5 прецессирует к положению местной вертикали. При этом сигнал с датчика угла 12 через усилитель мощности 15 поступает на управляющие обмотки двигателя разгрузки 16, развивающего момент, под действием которого отрабатывается прецессия гироскопа и внутренняя рама 11 карданова подвеса разворачивается в плоскость горизонта. Аналогично происходит отработка при отклонении платформы от плоскости горизонта относительно оси наружной рамы 10 карданова подвеса. При движении объекта, на котором установлен гирогоризонт, на чувствительные элементы горизонта 8, 14 действуют ускорения, вызванные эволюциями движения объекта (разгон, торможение, развороты, качка). Эти ускорения вызывают отклонения (смещения) чувствительных элементов горизонта. При этом главная ось гироскопа гироузла 5 под действием горизонтальной коррекции отклонится от направления истинной вертикали к направлению кажущейся вертикали относительно продольной оси (оси подвеса наружной рамы) и поперечной оси (оси подвеса внутренней рамы) соответственно на углы





где a1 - проекция линейного ускорения на продольную ось,
a2 - проекция линейного ускорения на поперечную ось,
g - ускорение силы тяжести. При этом динамическая погрешность



где

t - длительность линейного ускорения. Недостатком указанного гирогоризонта является относительно высокая динамическая погрешность. Скорость прецессии гироскопа от горизонтальной коррекции





где






где


Tцикл = Tвкл + Tвыкл
Соотношение периодов Tвкл и Tвыкл должно обеспечивать выборку ошибки гирогоризонта, накопившейся в режиме некорректирующегося гироскопа, и определяется условиями эксплуатации и требованиями к точностным характеристикам гирогоризонта. Проведем сравнительную оценку динамической погрешности гирогоризонта прототипа и гирогоризонта с дискретной системой горизонтальной коррекции со следующими исходными данными:

Tцикл = 9 с - период цикла;
Tвкл = 3 с - период включения коррекции;
Tвыкл = 6 с - период выключения коррекции;
t = 9 с - длительность линейного ускорения. Динамическая погрешность гирогоризонта с горизонтальной коррекцией прототипа



Динамическая погрешность гирогоризонта с дискретной горизонтальной коррекцией за время действия коррекции Tвкл = 3 с



Максимальная (на экваторе) погрешность гирогоризонта с дискретной коррекцией под действием горизонтальной составляющей суточной скорости вращения Земли при свободном некорректируемом гироскопе за время выключения коррекции Tвыкл = 6 с (собственным дрейфом гироскопа из-за малой величины от 0,01 до 0,005 градусов в час пренебрегаем)







Так как






При сравнении величины динамических погрешностей прототипа и предлагаемого гирогоризонта с дискретной системой горизонтальной коррекции очевидно, что гирогоризонт с дискретной системой горизонтальной коррекции позволит значительно уменьшить динамическую погрешность по сравнению с прототипом. Особенно эффективна дискретная коррекция при действии длиннопериодных качек объекта, разворотах и торможениях. В качестве гироскопа гироузла гирогоризонта могут быть использованы динамически настраиваемые гироскопы, например, типа ГВК (гироскоп с внутренним карданом) или модуляционные гироскопы и другие. При этом на одной измерительной оси чувствительного элемента может быть более одного датчика момента, например в ГВК - основной и компенсационный датчик момента. При этом выбор конкретного датчика для осуществления связей между элементами системы зависит от конкретного гироскопа и его технических характеристик. В качестве датчиков выходной информации могут быть использованы датчики любого типа, преобразующие механический угол поворота в электрический сигнал - аналоговый или цифровой. Это могут быть сами датчики аналогового типа, например синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, или датчики с преобразователями, если требуется, в цифровой код. Преобразователи могут быть любого типа - фазовые, амплитудные и т.д. В качестве чувствительных элементов горизонта могут быть использованы датчики различного типа, например, жидкостные маятниковые переключатели, акселерометры и т.д. В качестве электронного коммутатора могут быть использованы устройства различного типа - электромеханические (реле), электронные (на микросхемах и других радиоэлементах). В качестве программного устройства и генератора одиночных импульсов могут быть использованы различные электронные устройства, способные сформировать управляющие коды для электронного коммутатора в соответствии с определенной циклограммой работы дискретной системы горизонтальной коррекции. Предлагаемое изобретение может быть использовано при разработке датчиков углов наклона, курсокреноуказателей, самоориентирующихся систем для автономных систем навигации, стабилизации и позволяет значительно повысить точность измерения углов наклона объекта, точность стабилизации горизонтальной платформы для курсового гироузла курсокреноуказателей и самоориентирующихся систем и, как следствие, точность курсовых систем, систем стабилизации и навигации подвижных объектов. Литература
1. Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания. Технические условия АЮИЖ.462515.013 ТУ. ВНИИ "Сигнал", г.Ковров, 1996 г. 2. Изделие 1Т215М. Техническое описание АЮИЖ. 462414.020 ТО. ВНИИ "Сигнал", г.Ковров, 1998 г.
Класс G01C19/34 для индикации направления в горизонтальной плоскости, например гироскопы направленного действия