Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа

Реферат

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров двигающихся объектов.

Известен резонансный способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. П.И.Малеев. Новые типы гироскопов, Л.: Судостроение, 1971 г., стр.17). Элементами подвеса при этом является емкость силового электрода и индуктивность катушки, которые образуют последовательный резонансный контур. При этом запитывается контур переменным синусоидальным напряжением с частотой, лежащей выше резонансной частоты резонансного контура. В случае увеличения расстояния от ротора до силового электрода уменьшается емкость силового электрода, возрастает резонансная частота контура, растет амплитуда переменного напряжения на силовом электроде, растет сила, действующая со стороны электрода на ротор, и ротор возвращается в первоначальное положение.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. там же, стр.15), взятый за прототип, согласно которому преобразуют смещение ротора из центра подвеса в постоянное напряжение, производят частотную коррекцию полученного напряжения для создания опережения по фазе, усиливают результат коррекции, затем складывают результат усиления с опорным напряжением, результат сложения подают на один силовой электрод подвеса, также результат усиления вычитают из опорного напряжения и результат вычитания подают на другой силовой электрод подвеса.

Недостатком перечисленных способов является отсутствие возможности уменьшения влияния на точность гироскопа заряда ротора.

Известно, что один из параметров, влияющих на величину скорости ухода ротора ЭСГ - потенциал ротора (см. журнал «Гироскопия и навигация», 1994 г., №2, стр.7-10; 2003 г., №3, стр.37-40). Составляющим потенциала ротора является напряжение от заряда, возникающего при взвешивании ротора, а также в результате натекания (или утечки) электронов из-за несовершенства вакуумного зазора, посторонних частиц и т.д. Нестабильность заряда ротора служит источником случайной составляющей скорости ухода ротора ЭСГ.

Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить влияние заряда ротора на точность гироскопа.

Для решения поставленной задачи в способ управления подвесом ЭСГ, согласно которому вдоль каждой из осей подвеса преобразуют смещение ротора из центра подвеса в постоянное напряжение, которое подвергают частотной коррекции, результат которой складывают или вычитают из постоянного опорного напряжения, затем усиливают два напряжения и подают их на соответствующие силовые электроды подвеса, введена последовательность действий, согласно которой результат сложения инвертируют и периодически производят операцию усиления то с результатом сложения, то с его инвертированным значением, аналогично результат вычитания инвертируют и периодически, синхронно с результатом сложения производят операцию усиления то с результатом вычитания, то с его инвертированным значением.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение влияния заряда ротора на точность гироскопа.

Работа по предложенному способу происходит следующим образом.

Вначале по каждой оси подвеса определяют в виде постоянного напряжения величину смещения ротора из среднего положения между силовыми электродами подвеса, причем знак полученного напряжения определяет смещение ротора в направлении оси или против нее. Затем полученное напряжение подвергают частотной коррекции, при этом проводят операцию дифференцирования для создания опережения по фазе, что обеспечивает устойчивость системе управления подвесом. Кроме того, производят операцию интегрирования для создания режима астатизма, когда постоянные внешние ускорения, действующие на гироскоп, не смещают ротор из центра зазора. Интегрирование производят на частотах на порядок меньших, чем при операции дифференцирования, для исключения их взаимовлияния.

После чего результат коррекции складывают с опорным напряжением, величина которого больше максимально возможного значения напряжения коррекции. Затем результат сложения подвергают операции инвертирования, т.е. меняют знак напряжения. После чего усиливают результат сложения или его инвертированное значение, периодически меняя во времени эти операции. Полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса.

Кроме того, результат коррекции вычитают из опорного напряжения. Затем результат вычитания аналогично подвергается операции инвертирования, после чего усиливают результат вычитания или его инвертированное значение, периодически меняя во времени эти операции синхронно с операциями по переключению результатов сложения.

Полученное усиленное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса.

При этом замыкается отрицательная обратная связь в подвесе, когда при смещении ротора в положительном направлении оси создают силовые напряжения на электродах подвеса, которые возвращают ротор в центр подвеса. При нахождении ротора в центре подвеса напряжения на силовых электродах равны между собой при условии отсутствия внешнего ускорения, действующего вдоль этой оси подвеса.

Обычно подвес ротора имеет три ортогональные оси, причем по первой оси подвеса силовые электроды имеют площадь в два раза большую, чем по двум другим осям. При этом в один и тот же момент времени на первой оси подвеса знак опорного напряжения устанавливают противоположным знаку опорных напряжений на двух других осях подвеса. При взвешивании ротора, в момент отрыва ротора от упоров подвеса, ротор приобретает заряд, близкий к нулевому. Однако в процессе взвешивания ротор может коснуться других упоров подвеса, приобретая значительный заряд, создающий напряжение на роторе. Напряжение на роторе ухудшает свойства подвеса и гироскопа.

Так при отсутствии напряжения на роторе обычный подвес создает ускорение согласно выражению:

Ап=B[(U₀+ΔU)²-(U₀-ΔU)²]=4BU₀ΔU,

где В - постоянная;

U₀ - опорное напряжение;

ΔU - напряжение коррекции.

При наличии напряжения на роторе имеем:

Ап=В{[(U₀+ΔU)+Up]²-[(U₀-ΔU)+Up]²}=4BΔU(U₀+Up),

где Up - напряжение на роторе.

Данное выражение показывает, что произошло изменение опорного подвеса на величину напряжения на роторе. Напряжение на роторе является нестабильной величиной, в результате чего опорное напряжение подвеса становится нестабильным, изменяются во времени напряжения на силовых электродах при постоянном внешнем ускорении, создаются дополнительные уводящие моменты, действующие на ротор. При этом ухудшается точность гироскопа.

При организации подвеса ротора согласно предлагаемого способа имеем:

Ап=B{[±(U₀+ΔU)+Up]²-[±(U₀-ΔU)+Up]²}=4BΔU(U₀±Up)

Среднее значение ускорения, создаваемое подвесом по отношению к ротору, составит:

Ап=4BΔUU₀

Из выражения видно, что заряд ротора не меняет среднего значения опорного напряжения и параметры гироскопа остаются стабильными во времени, что способствует повышению точности гироскопа.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, при этом величину результата частотной коррекции складывают с величиной постоянного опорного напряжения и вычитают из величины постоянного опорного напряжения, затем усиливают величины полученных результатов сложения и вычитания, отличающийся тем, что полученный результат сложения инвертируют и усиливают, периодически меняя во времени операции усиления результата сложения и его инвертированного значения, и полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, аналогично инвертируют и усиливают полученный результат вычитания, периодически меняя во времени операции усиления результата вычитания и его инвертированного значения, и полученное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса.