Модуляционный гироскоп

Полезная модель относится к гироскопии и может быть использовано в системах инерциального управления объектами. Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является повышение точности гироскопа и устранение тренда за счет исключения магнитного гистерезиса в статоре датчика момента Для устранения гистерезиса в генератор с внешним возбуждением введена дополнительная третья размагничивающая статорная обмотка, на которую подается переменное напряжение, промодулированное по амплитуде.

Полезная модель относится к гироскопии и может быть использована в системах инерциального управления объектами.

Известен динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ), содержащий корпус, ротор и датчик угла, закрепленные во вращающейся герметичной ампуле, электропривод, высокоскоростные газодинамические опоры, опорные поверхности которых выполнены в корпусе полусферическими, устройство передачи информации от датчика к корпусу и устройства передачи энергии от корпуса [Патент на изобретение RU 2101679, G 01 C 19/56]. Во внутренней полости первого фланца установлена герметичная ампула и преобразователь сигнала датчика угла в код, а во внутреннюю полость второго фланца установлены элементы электропривода и генератора опорных импульсов. В указанном ДНГ реализован ампульный вариант герметизации ротора, съем сигнала с ротора и управление ротором во вращающейся системе координат, а также применение газодинамических сферических опор, которое стало возможным вследствие разделения полостей, содержащих ротор и газодинамическую опору (опора работает на воздухе, а ротор в вакууме или сильно разряженной среде) и модуляционный (колебательный) принцип работы ротора гироскопа.

При управлении ротором во вращающейся системе координат с помощью синусно-косинусного преобразователя (генератора с внешним возбуждением) статорное железо генератора намагничивается при прохождении по обмоткам статора тока управления датчиком момента. В этом случае помимо полезного сигнала в роторную обмотку трансформируется вредный сигнал, вследствие намагниченности статора. При изменении тока управления в статорной обмотке, намагниченность статора также меняется, что приводит к гистерезису статорной обмотки генератора с внешним возбуждением.

В этом случае точность гироскопа снижается за счет возникновения тренда (накапливающего дрейфа), который присущ всем без исключения гироскопам.

Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является повышение точности гироскопа за счет устранения тренда (медленного изменения точностного параметра со временем) путем устранения магнитного гистерезиса.

Указанный результат достигается тем, что в модуляционный гироскоп, содержащий ротор с неравными экваториальными моментами инерции, выполненный монолитным, в виде параллелепипеда на упругом равножестком подвесе с торсионами крестообразного сечения, помещенный в герметизированную, вакуумированную, вращающуюся вместе с ротором камеру, газодинамические сферические опоры, двигатель вентильного типа, датчик момента, вынесенные из вакуумированного

объема, устройство съема информации и управления ротором, выполненное во вращающейся системе координат в виде емкостно-частотного преобразователя и синусно-косинусного преобразователя (генератора с внешним возбуждением) с целью повышения точности и исключения тренда за счет устранения магнитного гистерезиса в генератор конструктивно введена дополнительная третья размагничивающая статорная обмотка, на которую подается переменное напряжение, промодулированное по амплитуде.

На фиг.1 представлена конструкция модуляционного гироскопа. На фиг.2 показана блок-схема обработки информации с ротора гироскопа. На фиг.3 показана блок-схема управления ротором во вращающейся системе координат. Конструктивно третья обмотка укладывается на статоре (помимо двух обмоток управления) и показана на фиг.4. На третью статорную обмотку подается переменное напряжение, промодулированное по амплитуде, которое имеет вид, показанный на фиг.3.

Ротор 1, имеющий неравные экваториальные моменты инерции и равножесткий упругий подвес крестообразного профиля сечения торсионов с вырожденным промежуточным кольцом, помещен в вакуумированную вращающуюся вместе с ротором ампулу 2, приводимую во вращение с помощью торцевого электрического вентильного двигателя 3 с резонансной угловой скоростью . Устройство съема информации с ротора выполнено во вращающейся вместе с ротором системе координат в виде емкостного датчика угла 4, емкостно-частотного преобразователя

(ЕЧП) 5, токоподвода-токосъема 6, служащего для запитки ЕЧП и съема информации с ротора. Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) 7 вместе с двумя электронными диодами, конструктивно входящими в ЕЧП и двумя электромагнитами 8 служит для управления ротором во вращающейся системе координат. Электромагнитные датчики момента гироскопа не чувствительны к знаку управления, поэтому на их входе стоят электронные диоды, которые одну половину синусоиды подают на один электромагнит, а другую половину синусоиды на другой. Генераторы опорных импульсов (ГОИ) 9, формируют опорное напряжение для разложения сигнала на две составляющие. Такой гироскоп имеет две оси чувствительности и может заменить собой два классических гироблока.

Колебания ротора от действия входной угловой скорости или угла поворота основания в инерциальном пространстве преобразуются емкостным дифференциальным датчиком угла и емкостно-частотным преобразователем, включающим в себя два автогенератора 10 и 11, смеситель 12, блок питания 13, в девиацию частоты 2f, идущей на частоте вращения ротора . Девиация частоты передается с вращающейся части прибора на неподвижную с помощью индуктивного токосъема. Питание блока питания осуществляется через аналогичный индуктивный токоподвод, питающийся напряжением 20 В и частотой 20 кГц от автономного источника питания. Информация с токосъема поступает на вход частотного детектора 14 и далее на вход двух фазовых демодуляторов

15 и 16, опорным напряжением которых является импульсное напряжение sin u₁ и cos u₁, вырабатываемое двумя катушками генераторов опорных импульсов (ТОЙ). С выходов фазовых демодуляторов поступает сигнал в виде постоянного тока или напряжения о двух составляющих входной угловой скорости или угла поворота гироскопа в инерциальном пространстве.

Блок схема управления ротором включает в себя синусно-косинусный преобразователь 17 (он же генератор с внешним возбуждением ГВВ), состоящий из трех статорных обмоток 18,19,20 и одной роторной обмотки 21, находящейся на вращающемся валу, двух электронных диодов 22 и 23 (условно показанных как диоды), конструктивно входящих в емкостно-частотный преобразователь и двух электромагнитов 24 и 25, расположенных на вращающемся валу за стенкой герметизированной ампулы. При подаче управляющего постоянного или медленно меняющегося сигнала на одну из статорных обмоток управления 18 или 19 при вращении ротора с резонансной скоростью О, в роторной обмотке 21 наводится соответствующее (синусное или косинусное) напряжение, которое поступает на входы электронных диодов и далее к исполнительным электромагнитам, управляющих ротором. Третья обмотка 20, которая непрерывно задействована в момент работы прибора, служит для снятия намагниченности статорного железа, при прохождении тока по обоим или одной обмоткам управления.

На третью статорную обмотку подается переменное напряжение, промодулированное по амплитуде. В этом случае дополнительный, вредный сигнал в роторной обмотке, связанный с намагниченностью железа статора, не наводится.

Во всех известных гироскопах использован позиционный принцип накопления энергии быстро вращающегося маховика и его неизменность ориентации в инерциальном пространстве. В модуляционном гироскопе использован другой принцип получения неизменного положения в инерциальном пространстве. Реакцией ротора модуляционного гироскопа на изменение положения в инерциальном пространстве являются его резонансные колебания, что является принципиальным отличием такого гироскопа от всех, известных на сегодняшний день гироскопов. Для модуляционного гироскопа не нужна «абсолютная» точка отсчета (носитель кинетического момента), относительно которой идет фиксация дрейфа, поскольку он измеряет колебания, которые не зависят от «сползания» этой «абсолютной» точки отсчета. В первом приближении точность заявляемого гироскопа не зависит от его кинетического момента. К тому же в эксплуатации эта точка отсчета меняется и, чтобы компенсировать это, вся гироскопия идет по пути увеличения кинетического момента или по пути уменьшения уводящих моментов как, например, в поплавковых или электростатических гироскопах. Однако переход на колебания, как в модуляционном гироскопе, несущие информацию об изменении положения в инерциальном пространстве,

влечет за собой также ряд уводящих моментов, но уже не постоянных, а переменных, величина которых на несколько порядков меньше (по результатам экспериментов), чем постоянные моменты.

Модуляционный гироскоп основан на модуляционном принципе действия, который заключается в формировании прикладываемых к ротору модуляционного гироскопа модулированных внешних моментов с помощью неравенства экваториальных моментов инерции ротора. Точность модуляционного гироскопа в составе трехосного (четырехосного) индикаторного гиростабилизатора аналогична точности в автономном режиме, так как нет влияния магнитных и электромагнитных полей, а также нет влияния «корпусного» дрейфа, поскольку съем информации идет во вращающейся системе координат, где есть модуляция обкладок датчика угла, который вращается как одно целое с ротором прибора.

Предлагаемая конструкция гироскопа позволяет решить проблему гистерезиса в статорной обмотке генератора с внешним возбуждением, и, как следствие, проблему тренда.

Модуляционный гироскоп, содержащий ротор с неравными экваториальными моментами инерции, выполненный монолитным, в виде параллелепипеда на упругом равножестком подвесе с торсионами крестообразного сечения, помещенный в герметизированную, вакуумированную, вращающуюся вместе с ротором камеру, газодинамические сферические опоры, двигатель вентильного типа, датчик момента, вынесенные из вакуумированного объема, устройство съема информации и управления ротором, выполненное во вращающейся системе координат в виде емкостно-частотного преобразователя и синусно-косинусного преобразователя (генератора с внешним возбуждением), отличающийся тем, что в генератор конструктивно введена дополнительная третья размагничивающая статорная обмотка, на которую подается переменное напряжение, промодулированное по амплитуде.