Устройство для определения угла наклона подвижного объекта

Патент 1002844

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сотаиалистических

Республик (1l) 1002844 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 04.03.81 (21) 3254363/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 07. 03.83. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 10.03.83 (5I)M. Кл.

G 01 С 9/08

//G 0i С 9/12

Г4с дэфстееннмй кемнтет

СССР та делам нзебретеннй и етнрмтий (53) УЙК 528. 543 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.Д. Никитин и В.Л. Никулин т

1 у .р

Институт океанологии им. П.П. Шир ва и-...Московский

j авиационный институт им. Серго б1щщойикюдэе. /

Э (71) Заявители (54). УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА . ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА горизонта (1j и 12). ника.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к устройствам для определения углов и угловой скорости наклона, а также стабилизации и управ- . ления подвижных объектов, например, обитаемых, телеуправляемых, буксируемых, автономных и других подводных аппаратов.

Известны устройства для определения углов наклона движущихся объектов с помощью физического маятника, гировертикали, а также других устройств, используемых свойства текучей среды устанавливаться по линии

Однако устройства, использующие свойства текучей жидкости, отвесы, а также физические маятники, в значительной мере подвержены вредным воздействиям ускорений подвижного объекта.

Искусственно вводимое демпфирование подобных устройств с целью уменьшения чувствительности к ускорениям и воэможности регулирования периода собственных колебаний при-

5 водит к существенному усложнению кон" струкции и условий эксплуатации, а также к увеличению габаритов и стоимости таких устройств. Кроме того, вводимое демпфирование, уменьшая погрешность от ускорения, само становится источником динамических ошибок измерительного. устройства при угловых колебаниях основания относительно равнодействующей силы тяжести.

Увеличение периода свободных коле-. баний физического маятника с целью уменьшения динамической погрешности от воздействий ускорений вызывает то увеличение погрешности заслоя маятГидровертикали различной конструкции, использующие свойства быстро1002844

3 вращающейся массы сохранять свою ориентацию в пространстве, из-за несовершенств балансировки и подшипниковых узлов подвержены уходам и поэтому требуют сложных схем коррекции.

Поэтому там, где габариты, вес, энергопотребление и стоимость ограничены, использование гидровертикалей нецелесообразно.

Наиболее. близким к изобретению. 10 является устройство для определения угла наклона подвижного объекта, содержащее измерительный маятник с грузом вЂ” преобразователь (3).

Целью изобретения является повыше- 15 ние динамической точности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее чувствительный элемент в виде маятника, кинематически соединенного с преоб- 20 разователем, RC--фильтр и резисторы введены датчик угловой скорости и операционный усилитель, один вход которого через резисторы соединен соответственно с выходами преобра- 25 зователя и датчика угловых скоростей, а выход операционного усилителя через параллельно включенные резистор и конденсатор RC-фильтра соединен с упомянутым входом операционного з0 усилителя, второй вход которого соединен через переменный резистор с источником опорного напряжения, причем ось чувствительности датчика угловой скорости параллельна оси маятника, а постоянная времени RC-фильтра определена в соответствии с формулой м

К Кр

Км Км

40 где KO - коэффициент усиления датчика угловой скорости;

К вЂ” коэффициент усиления преобм разователя;

К - отношение сопротивлений рем 45 зистора на выходе преобразователя и резистора RC-фильти» "

К - отношение сопротивлений резистора на выходе датчика угловой скорости и резистора в RC-фильтре.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит физический маятник и преобразователь 1, а также датчик 2 угловой скорости, подключенwe через резисторы 3 и 4 соответственно к входу операционного усилителя 5.

На этот же вход с выхода устройства поступает через RC-фильтр, составленный из резистора 6 и конденсатора 7, сигнал обратной связи. К второму входу операционного усилителя 5 подключены постоянный резистор 8 и подвижной контакт переменного резистора 9 для балансировки нулевого уровня выходного напряжения устройства.

Работа устройства заключается в следующем.

При появлении угла крена, либо угла дифферента подвижного объекта (обозначим его буквой Ч) на выходе преобразователя устройства 1 появляется сигнал постоянного тока, пропорциональный величине этого отклонения вЂ” K V, который через резистор

3 поступает на вход операционного усилителя 5. На выходе датчика 2 угловой скорости также появляется сигнал постоянного тока, но пропорциональный угловой скорости данного отклонения - К Ч (символ здесь является оператором дифференцирования по времени р=- 1 ) который через резисД1 э тор 4 поступает на тот же вход операI ционного усилителя 5.

Операционный усилитель, представляющий из себя усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, при наличии активноемкостной обратной связи с постоянной времени

T=RC представляет из себя апериоди" ческое звено с передаточной функ цией 7

Ы Р)

В этом соучае иэоораееиие енхоаного сигнала устройства можно представлять в следующем виде: .1

U(P)= (КА К О+К К PU) Р

М где К вЂ” коэффициент усиления сигнаМ ла физического маятника 1, определяемого соотношением величин резисторов

Зи6;

К вЂ” коэффициент усиления сигна.Я ла да гчика 2. угловой скорости, определяемого соотношением величин 4 и 6.

Если коэффициенты К и Ко выбрать м м таким образом, чтобы выполнялось соотношение

+К и то изображение полезного выходного сигнала в случае изменения угловой

5 1002 скорости координаты подвижного объекта примет следующий вид ч(р) = к 1ч т.е. динамические характеристики устройства при изменении угловых координат подвижного объекта не зависят от величины постоянной времени активного фильтра.

В случае появления динамической помехи в виде линейного ускорения 10 подвижного объекта периодического характера, либо в виде толчков, физический маятник будет совершать колебания соответствующей амплитуды и частоты относительно равнодействую- 15 щей силы тяжести. Однако датчик 2 угловой скорости не будет реагировать на эти ускорения. В этом случае сигнал с физического маятника 1, пройдя через активный фильтр 5, бу- 2о дет соответсвующим образом ослаблен. .Поэтому предварительным выбором величины постоянной времени Т активного фильтра можно обеспечить требуемое значение амплитуды динамической ошиб-25 ки устройства в заданном диапазоне частот, действующих на объект помех.

Таким образом, сигнал с датчика угловой скорости, являющегося форсирующим звеном, компенсирует влияние зо активного фильтра на происхождение полезного сигнала при изменении уг, ловых координат подвижного объекта и в то же время не оказывает влияния на эффективность ослабления фильтром динамических помех, обусловленных линейными ускорениями подвижного объекта.

Ввод датчика угловой скорости в 4о схему устройства обеспечивает дополнительной информацией об угловой скорости подвижного объекта и расширяет тем самым функциональные возможности устройства, как в смысле 4S увеличения располагаемой информацией в параметрах движения объекта, так и в смысле расширения области его применения за счет расширения диапазона частот эффективно ослабляемых динамических помех.

844

Формула изобретения

Устройство для определения угла наклона подвижного объекта, содержащее чувствительный элемент в виде маятника, кинематически соединенного с преобразователем, RC-фильтр и резисторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности путем снижения инерционности устройства, в него введены датчик угловой скорости и операционный усилитель, один вход которого через резисторы соединен соответственно с выходами преобразователя и датчика угловых скоростей, а выход операционного усилителя через параллельно включенные резистор и конденсатор RC-фильтра соединен с упомянутым входом операционного усилителя, второй вход которого соединен через переменный резистор источником опорного напряжения, причем ось чувствительности датчика угловой скорости параллельна оси маятника, а постоянная времени RCфильтра определена в соответствии с формулой

Ку к, Kð К

М где K вЂ” коэффициент усиления датчика угловой скорости; коэффициент усиления преобразователя;

К вЂ” отношение сопротивлений резистора на выходе преобразователя и резистора RCфильтра;

К вЂ” отношение сопротивлений реМ зистора на выходе датчика угловой скорости и резистора в RC-фильтре.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 545863, кл. 6 01 С 9/08, 07.10.75.

2. Авторск<;. свидетельство СССР

435453, кл. 6 01 C 9/12, 29.0.7.70.

3. Авторское свидетельство СССР

N 352127, кл. G01 С 9/12, 12.03.71 (прототип).

1002844

Составитель В. Дроздов

Редактор А. Оандор Текред А.Ач

Заказ 1530/20 . Тираж 600

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035Д Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/, Корректор И. Шулла

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4