Способ автокомпенсации уходов электростатического гироскопа

Способ автокомпенсации уходов электростатического гироскопа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в составе навигационных комплексов.

Известны различные способы автокомпенсации уводящих моментов, действующих на гироскоп и связанных с его корпусом, чем обеспечивается повышение точности гироскопа при использовании (см. книгу "Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем", авторы С.М.Зельдович и др. Изд. "Судостроение" 1976 г., УДК 531382 - аналог способа).

Существо способов автокомпенсации состоит в придании отдельным элементам и узлам гироскопического устройства дополнительных механических движений, позволяющих осуществить модуляцию уходов гироприборов и в конечном итоге превратить эти уходы из монотонных в периодические функции времени с ограниченной амплитудой. К этим способам относятся: принудительное движение шарикоподшипниковых опор подвесов гироскопов, принудительное вращение гироскопических чувствительных элементов, реверсирование векторов кинетических моментов гироскопов и т.д.

Однако ошибки следящих систем гироустройств, связанные с моментными нагрузками от трения на осях карданного подвеса и наличием зоны нечувствительности датчика угла, при такой автокомпенсации не устраняются и приводят к угловым рассогласованиям корпуса и ротора гироскопа и, как следствие, к уводящим моментам.

В качестве прототипа взят способ автокомпенсации принудительным вращением подвеса гироскопа, установленного в двухосном индикаторном гиростабилизаторе, описанном в вышеупомянутой книге "Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем", стр.85-86. Способ-прототип основан на вращении подвеса гироскопа вокруг оси, перпендикулярной внутреннему кольцу гиростабилизатора (в случае электростатического гироскопа подвес гироскопа - его чувствительный элемент).

Рассмотрим движение ротора чувствительного элемента в двухосном карданном подвесе-прототипе при наличии сухого трения в осях карданного подвеса гироустройства и зоны нечувствительности датчика угла. В прототипе оси датчика угла и гироприбора совпадают. Обозначим углы рассогласования между корпусом, датчиком угла, ротором и горизонтной системой координат h и q через h_к, h_д, h_p, q_к, q_д, q_р (нижние индексы к, д, р обозначают координаты осей корпуса, датчика, ротора).

Ориентация системы координат датчика угла относительно системы координат ротора определяется малыми углами α и β которые выражаются в координатах h и q следующим образом:

Δh=h_д-h_p=α;

Δq=q_д-q_p=βcosh.

Для устранения рассогласования осей ротора и датчика угла к кольцам карданного подвеса прикладываются управляющие моменты, пропорциональные значениям углов α_д, β_д, полученных с двухкоординатного датчика угла:

K_h, K_q - коэффициенты "жесткости" следящей системы по осям h и q, соответственно.

Управляющие моменты служат для преодоления моментов сухого трения в осях карданного подвеса:

С учетом уравнений (1), (2) угловое рассогласование осей ротора и датчика, вызванное моментами трения в осях карданного подвеса и наличием зоны нечувствительности датчика угла, описывается следующими уравнениями:

Выражения в скобках представляют собой статические погрешности следящей системы, α_ст, β_ст.

Координаты оси корпуса в данном случае совпадают с координатами оси ротора:

Отсюда

Учитывая, что скорость видимого движения осей ротора электростатического гироскопа - медленно меняющиеся функции времени (с периодом на уровне суток), величины α(t), β(t) практически постоянные и скорости ухода ротора определяются из выражений:

где τ - постоянная времени гироскопа по рассогласованию.

Из (5) видно, что при способе автокомпенсации согласно прототипу существуют вековые составляющие ухода ротора.

Задачей изобретения является повышение точности выработки навигационных параметров. Эта задача в способе автокомпенсации решается двойным угловым движением чувствительного элемента гироскопа: вращением корпуса гироскопа с постоянной угловой скоростью ω вокруг оси, перпендикулярной плоскости внутреннего кольца карданного подвеса, и колебательным коническим движением чувствительного элемента гироскопа вокруг оси кинетического момента ротора. Коническое движение чувствительного элемента гироскопа обеспечивается путем установки чувствительного элемента в корпусе с наклоном оси симметрии относительно оси вращения корпуса на угол А, величину которого выбирают из условия (где Ω - угловая скорость вращения Земли).

В этом случае выражения (4) примут вид:

где ω - угловая скорость вращения корпуса гироскопа,

ρ - начальное значение угла поворота корпуса.

Из (6)

Если за время оборота корпуса угловые скорости меняют знак, то средние значения погрешностей становятся значительно меньше значений α_ст, β_ст. Эффективность компенсации тем выше, чем больше отношение

и

На чертеже представлен график отношения среднего значения погрешности по координате α за период автокомпенсации Т к значению статической погрешности α_ст от параметра Из чертежа видно, что компенсация статических погрешностей будет эффективной при

Для ЭСГ имеют порядок Ω, поэтому из выражения (6) получается, что наклон А чувствительного элемента гироскопа относительно оси вращения корпуса гироскопа должен быть больше

Способ автокомпенсации уходов электростатического гироскопа, содержащего чувствительный элемент с расположенным на нем оптикоэлектронным датчиком угла, оптическая ось которого совпадает с осью симметрии чувствительного элемента, включающий установку электростатического гироскопа в гироустройство, содержащее карданный подвес, следящие системы, управляющие кольцами карданного подвеса от сигналов оптикоэлектронного датчика угла, придание вращения корпусу гироскопа с угловой скоростью ω вокруг оси, перпендикулярной плоскости внутреннего кольца карданного подвеса, отличающийся тем, что чувствительному элементу дополнительно придается коническое движение за счет установки чувствительного элемента в корпусе гироскопа с наклоном оси симметрии относительно оси вращения корпуса на угол А, выбираемый из условия , где Ω - угловая скорость вращения Земли.