Устройство для измерения углов отклонения подвижного объекта

Устройство для измерения углов отклонения подвижного объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к навигации и может быть использовано в системах инерциального управления подвижных объектов . Цель изобретения - измерение углового отклонения объекта одновременно от плавности меридиана и от плоскости горизонта . Устройство содержит ротор 1 динамически настраиваемого гироскопа, установленный с Помощью пары наружных торсионов 2, кольца 3, пары внутренних торсионов 4 на валу 5, укрепленном с помощью шарикоподшипников на платформе 6. Платформа с помощью трехосного карданного подвеса, образованного внутренней и дополнительной рамами 30 и 31, установлена в основании 7. На платформе соотьетственно ротору 1 укреплены датчики угла 8, 9 и датчики момента 10, 11 гироскопа, а также установлены акселерометры 12,13. По осям карданного подвеса установлены стабилизирующие двигатели 14,15,16. В устройстве содержатся также усилители стабилизации 17, 18, 19, усилители коррекции 20, 21 .сумматор 22, фазовращатель 23, генератор переменного тока 24, фазометр 25, полосовой фильтр 26. По осям карданного подвеса установлены датчики 27, 28 угловых отклонений основания (объекта) от плоскости горизонта и датчик 29 углового отклонения объекта от плоскости меридиана. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 С 19/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4919663/22 (22) 21.03.91 (46) 23.04.93, Бюл. Ие 15 (71) Миасский электромеханический научноисследовательский институт (72) В.Б.Белугин, П.Б.Быковский и А.А.Голован (56) Назаров Б.И. Гиросконические устройства. М.: МО СССР. 1970, с. 193-194, 197198.. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГ-.

ЛОВ ОТКЛОНЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к навигации и может быть использовано в системах инерциального управления подвижных объектов. Цель изобретения — измерение углового отклонения объекта одновременно от плавности меридиана и от плоскости горизонта. Устройство содержит ротор 1 ди намически настраиваемого гироскопа, установленный с помощью пары наружных

„„ЯЯ„„1810756 А1 торсионов 2, кольца 3, пары внутренних торсионов 4 на валу 5, укрепленном с помощью шарикоподшипников на платформе 6, Платформа с помощью трехосного карданного подвеса, образованного внутренней и дополнительной рамами 30 и 31. установлена в основании 7. На платформе соотьетственно ротору 1 укреплены датчики угла 8, 9 и датчики момента 10, 11 гироскопа, а также установлены акселерометры 12, 13. По осям карданного подвеса установлены стабилизирующие двигатели 14, 15, 16. В устройстве содержатся также усилители стабилизации

17, 18, 19, усилители коррекции 20, 21,.сумматор 22, фазовращатель 23, генератор переменного тока 24, фазометр 25, полосовой Я фильтр 26, По осям карданного подвеса установлены датчики 27, 28 угловых отклонений основания (обьекта) от плоскости горизонта и датчик 29 углового отклонения объекта от плоскости меридиана. 1 ил.

1810756

Изобретение относится к навигации и может быть использовано в системах инерциального управления объектами.

Цель изобретения — измерение углового отклонения объекта относительно плоскости меридиана вокруг главной оси гироскопа одновременно с определением углов отклонения объекта от горизонтальной плоскости вокруг взаимно ортогональных осей.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены генератор переменного тока, полосовой фильтр, фазометр, дополнительная рама подвеса платформы, ось которой вертикальна, третий усилитель стабилизации, третий стабилизирующий двигатель по оси, параллельной главной оси гироскопа. сумматор, фазовращатель и связи введенных элементов с элементами прототипа.

Сущность изобретения заключается в следующем. Приложение знакопеременного момента М к ротору гироскопа вокруг оси

У, ортогональной главной оси гироскопа Х (см. чертеж), возбуждает колебания ротора, фаза которых. относительно оси Z, ортогональной осям Х и У, совпадает с фазой момента М. Вращение корпуса гироскопа (платформы) вокруг оси Х, параллельной оси Л, причем Х LY, ХЯ Z, приводит к изменению динамической (за счет вращения) жесткости подвеса ротора и тем самым к изменению собственной частоты подвеса, что обуславливает смещение фазочастотной характеристики ротора и соответствующий сдвиг по фазе р возбуждаемых колебаний относительно знакопеременного момента. Приложение к корпусу гироскопа мс6чента на нулевой частоте до обнуления фазового сдвига устраняет вращение корпуса (платформы) в инерциальном tlpaстранстве вокруг оси Х, Если ось Y (ось приложения знакопеременного момента М) расположена в плоскости горизонта и отклонена от меридионэльной плоскости на угол aP0, то вследствие проекции горизонтальной составляющей скорости вращения

Земли ва íà ось 7 появляется угловое отклонение Р оси Уот плоскостигоризонтэ, фиксируемое соответствующим акселерометром, расположенным на корпусе гироскопа (нэ платформе). Выходной сигнал акселерометра, пропорциональный yrny р, в соответствии с изобретением корректиpó@ò (изменяет) сдвиг фазы pr, момента М, приклвдываемого к ротору, по закону ь у =KP . де К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Появление корректирующего фазового рассогласования р» между моментом М и колебаниями ротора приводит к возникновению прецессии фазы колебаний ротора (без изменения их амплитуды) в инерциальном пространстве в сторону уменьшения р», Вслед за прецессией фазы колебаний ротора прикладываемый к корпусу (платформе) момент вращает платформу вокруг

10 оси Х до обнуления проекции wz и тем самым до совмещения оси У с плоскостью меридиана, Одновременно система горизонтирования оси У путем приращения среднего значения знакопеременного мо"5 мента М сводитуголр к нулю, В результате ось Y устанавливается одновременно в горизонтальной и меридиональной плоскостях (а = О, P = О) и удерживается в этих плоскостях. Горизонтирование оси Z производится как и в устройстве-прототипе.

На чертеже представлено предлагаемое устройство, На чертеже введены следующие обозначения: 1 —; 2 — наружные торсионы;

25 3- кольцо; 4 — внутренние торсионы; 5 — вал;

6 — платформа; 7 —. основание, 8, 9 — датчики угла; 10, 11 —; 12, 13— первый и второй акселерометры; 14, 15, 16 — стабилизирующие двигатели; 17, 18, 19—

30 усилители стабилизации; 20, 21 — усилители. коррекции; 22 — сумматор; 23 — фазовращатель; 24 — генератор переменного тока, 25— фазометр; 26 — полосовой фильтр; 27, 28— датчики угловых отклонений объекта от пло35 скости горизонта; 29- датчик угловых отклонений объекта от плоскости меридиана; 30 — внутренняя рама подвеса платформы; 31— дополнительная рама подвеса платформы.

Предлагаемое устройство содержит ро40 тор 1 динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ), установленный с помощью пары наружных тоосионов 2, кольца 3, пары внутренних торсионов 4 на валу 5, укрепленном с помощью шарикоподшипников на плат45 форме 6. Платформа с помощью трехосного карданного подвеса, образованного внутренней и дополнительной рамами 30 и 31, . установлена в основании 7.

На платформе по осям У и Z, ортогональным главной оси гироскопа X и перпендикулярным между собой, соответственно ротору 1, укреплены датчики угла (ДУ) 8, 9 и датчики момента (ДМ) 10, 11. На платформе также установлены акселерометры 12, 13, 55 оси чувствительности которых параллельны.осям Y и Е соогветственно. По осям карданного подвеса укреплены стабилизирующие двигатели (СД) 14, 15. 16.

1810756

В основании установлены усилители стабилизации 17, 18, 19. На платформе укреплены усилители коррекции 20, 21, сумматор 22. В основании установлены фазовращатель 23, генератор переменного тока (ГПТ) 24, фаэометр 25, полосовой фильтр (ПФ) 26. По осям карданного подвеса укреплены датчики 27, 28 угловых отклонений основания (объекта) от плоскости горизонта и датчик 29 углового отклонения объекта от плоскости меридиана. . Поскольку в устройстве реализован новый эффект изменения динамической жесткости подвеса ротора, то в качестве подвеса ротора могут быть использованы и другие типы подвесов (например, шарикоподшипниковые, поплавковые).

Выходы ДУ 8, 9 через соответствующие усилители 18, 17 подключены к входам СД

15, 14. Выход первого усилителя коррекции

21 соединен с входом первого датчика момента (ДМ) 1.1. Выход второго акселерометра 13 через второй усилитель коррекции 20 подключен к входу второго ДМ 10. Оси ДМ

11, 10 параллельны осям чувствительности акселерометров 12, 13 соответственно. Оси чувствительности условно показаны стрелками внутри блоков 12, 13 на чертеже.

Выход первого акселерометра 12 соединен с входом первого усилителя коррекции 21 через сумматор 22, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя 23.

Первый вход фазовращателя 23 соединен с выходом первого акселерометра 12, второй вход фазовращателя подключен к выходу ГПТ 24, выход которого подключен также к первому входу фазометра 25, второй

"вход которого через ПФ 26 соединен с выходом ДУ 8 по оси, ортогональной оси чувствительности первого акселерометра 12.

Выход фазометрв 25 через третий усилитель стабилизации 19 подключен к входу третьего стабилизирующего двигателя 16.

Вал 5(вместе с ротором 1) приведен во вращение вокруг главной оси Х гироскопа со скоростью Sl от двигателя, не показанного на чертеже. Переменный ток частоты м с выхода ГПТ 24 через блоки 23, 22, 21 поступает на вход ДМ 11, прикладывающего к ротору знакопеременный момент М вокруг оси У, ортогональной главной оси гироскопа. При этом возбуждаются колебания ротора частоты v . Фаза колебаний ротора вокруг оси Z, ортогональной осям У, Х, совпадает с фазой момента М вокруг оси

У (при отсутствии вращения платформы в инерцивльном пространстве вокруг оси Х), Акселерометры 12. 13 измеряют углы наклона главной оси Х от вертикали. Выходные сигналы акселерометров 12, 13, пропорциональные этим углам, через усилители 21.

20 поступают на входы ДМ 11, 10 соответственно, обуславливая проведение полярной оси ротора гироскопа и вертикальное положение, при этом среднее положение колеблющегося ротора устанавливается в плоскости горизонта. ДУ 8, 9 измеряют углы

10 отклонения платформы от среднего положения ротора, Выходные сигналы ДУ 8, 9, пропорциональные этим углам, через усилители 18, 17, поступают соответственно на входы СД 15, 14, прикладывающих мо15 менты к платформе 6 до совпадения главной оси Х с средним положением полярной оси ротора (до совпадения оси Х с вертикалью, осей Y u Z — с плоскостью горизонта). При этом с датчиков 27. 28 поступает информа20 ция об углах отклонения объекта (основания) от плоскости горизонта вокруг осей Y и2.

Вертикальная составляющая скорости вращения Земли совместно с угловой скоро25 стью вращения объекта вокруг вертикали приводит к вращению платформы в инерциальном пространстве вокруг оси Х, в результате появляется изменение динамической

30 жесткости подвеса ротора, соответственное изменение собственной частоты подвеса и смещение фазочастотной характеристики ротора (это выполняется при любом типе подвеса быстровращающегося ротора). В

35 результате между колебаниями ротора вокруг ocu Z и знакопеременным моментом М возникает сдвиг по фазе ф, Этот сдвиг по фазе измеряется фаэометром 25 по разности фаз выходного сигнала ГПТ, пришедше40 го на первый вход фазометра, и выходного сигнала ДУ 8, пришедшего на второй вход фазометра через ПФ 26, пропускающий частоту v . Выходной сигнал фазометра, пропорциональный сдвигу р, через третий

45 усилитель 19 поступает на вход СД 16, прикладывающего момент к платформе вокруг оси Х, что устраняет вращение платформы в инерциальном пространстве вокруг главной оси гироскопа. Если ось Y приложения эна50 копеременного момента отклонена от меридиональной плоскости на угол а О, то проекция горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ось приводит . к наклону платформы вокруг оси 2 на угол

55 р, измеряемому акселерометром 12. Выходной сигнал акселерометра 12, пропорциональный углуф, поступает на первый вход . . фазовращателя 23. смещающего фазу переменного тока, пришедшего на его второй

1810756

Устройство для измерения углов отклонения подвижного объекта, содержащее двухосную гиростабилизированную платформу в кардановом подвесе, установленные на платформе трехстепенной гироскоп, главная ось которого вертикальна, и два акСоставитель А.Терехов

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор

Заказ 1439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 вход с выхода ГПТ 24, на величину рк= Кф Переменный ток со смещением фазы р< с выхода фазовращателя 23 через сумматор 22 усилитель 21 поступает на вход ДМ

11, прикладывающего к ротору знакопеременный момент со смещением фазы р ..

В результате возникает п рецессия фазы колебаний ротора (без изменения их амплитуды) в сторону уменьшения сдвига фазы.

Фазометр 25 измеряет возникший сдвиг по фазе р между фазой прецессирующих колебаний ротора и некорректируемой фазой энакопеременного момента (фазой сигнала с выхода ГПТ 24). Выходной сигнал фазометра, пропорциональный сдвигу р, с по. мощью усилителя 19 и СД 16 вращает платформу вокруг оси Х до обнуления р.

Вращение платформы прекратится в тот момент, когда проекция z будет равна нулю, то есть ось Y совместится с плоскостью меридиана. Одновременно система гориэонтирования оси Y путем подачи выходного сигнала акселерометра 12 через сумматор 22, усилитель 21 на. вход ДМ 11, смещающего среднее значение момента М с нулевого уровня, сводит угол Р к нулю и тем самым совмещает ось У с плоскостью горизонта. С выхода датчика 29 поступает информация об угловом отклонении объекта от плоскости меридиана вокруг главной оси гироскопа, Формула изобретения селерометра с горизонтальными осями чувствительноети, две системы стабилизации платформы, каждая из которых содержит последовательно соединенные датчик угла

5 гироскопа, усилитель стабилизации и стабилизирующий. двигатель, две системы коррекции, первая из которых содержит первый акселерометр и последовательно соединенные первый усилитель коррекции и первый

10 датчик момента гироскопа, а вторая система коррекции содержит последовательно соединенные второй акселерометр, второй усилитель коррекции и второй датчик момента гироскопа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

15 целью обеспечения измерения углового отклонения объекта одновременно от плоскости горизонта и от плоскости меридиана, в него введены дополнительная рама подвеса платформы, ось которой вертикальна, тре20 тий усилитель стабилизации, третий стабилизирующий двигатель по оси дополнительной рамы, генератор переменного тока, полосовой фильтр, фазометр, сумматор и фазовращатель, при этом выход

25 первого акселерометра соединен с первым входом фазовращателя и с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого усилителя коррекции, второй вход сумматора соединен с выходом фазов30 ращателя, выход генератора переменного тока соединен с вторым входом фазовращателя и с первым входом фазометра, выход датчика угла гироскопа по оси, ортогональной оси чувствительности первого акселеро35 метра, дополнительно через полосовой фильтр соединен с вторым входом фаэометра, а выход фазометра через третий усилитель стабилизации соединен с третьим стабилизирующим двигателем.