Малогабаритная инерциальная система управления движением
Использование: в системах навигации подвижных объектов, в беспилотных летательных аппаратах, в автопилотах авиамоделей и мобильных комплексах авианаблюдений.
Сущность изобретения: Малогабаритная инерциальная система управления движением содержит микромеханический инерциальный измерительный блок, включающий микромеханические гироскопы и акселерометры, и блок управления, включающий плату вычислителя, источник вторичного электропитания, плату аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, плату автономного контроля, первую и вторую платы интерфейсов, несущие рамки, крышки, корпус и рулевой привод. Корпус выполнен в виде несущего кронштейна, имеющего форму куба с базовыми плоскостями по его граням, на которых с помощью несущих рамок и крышек крепятся плата вычислителя, источник вторичного электропитания, плата аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, плата автономного контроля, первая и вторая платы интерфейсов. Во внутренней полости, расположенной в центре несущего кронштейна, крепится микромеханический инерциальный измерительный блок. Микромеханические гироскопы и акселерометры выполнены в капсульном исполнении.
Обеспечивается существенное уменьшение массогабаритных характеристик и достигается повышенная надежность и стойкость к внешним воздействиям 1 н.п.и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения, и может найти применение в системах навигации подвижных объектов, в беспилотных летательных аппаратах, в автопилотах авиамоделей и мобильных комплексах авианаблюдений.
Известно техническое решение [Патент РФ, №2162203 GO1C 21/00, приоритет от 13.03.2000 г.], в котором бесплатформенный инерциальный измерительный блок содержит микромеханические гироскопы и акселерометры, размещенные на основании, закрепленном на подложке, на которой установлены микросборки сервисной электроники. Основание выполнено в виде правильной шестиугольной усеченной пирамиды, на боковых гранях которой размещены чувствительные элементы, а микросборки сервисной электроники установлены вокруг основания по периферии подложки.
Недостатком этого решения является ограничение по функциональным возможностям, а также сложность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является универсальный навигационный прибор управления движением на основе микромеханических чувствительных элементов и унифицированная интегрированная бесплатформенная инерциальная навигационная система для этого прибора [Патент РФ, №2263282, G01C 21/00, приоритет от 29.11.2004 г.]. Навигационная система содержит размещенные в корпусе микромеханические гироскопы и акселерометры, плату чувствительных элементов, схему обработки информации с чувствительных элементов, платы микроконтроллера.
Недостатком подобного устройства является невысокая надежность и стойкость к внешним воздействиям, а также сравнительно большая масса и габариты.
Задачей настоящего изобретения является разработка малогабаритной инерциальной системы управления движением, позволяющей повысить надежность и стойкость к внешним воздействиям, а также достичь минимальных массогабаритных характеристик.
Технический результат получен за счет того, что в малогабаритной инерциальной системе управления движением, содержащей микромеханический инерциальный измерительный блок, включающий микромеханические гироскопы и акселерометры, микросборки сервисной электроники, и блок управления, включающий
плату вычислителя, источник вторичного электропитания, плату аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, плату автономного контроля, первую и вторую платы интерфейсов, несущие рамки, крышки, рулевой привод и корпус, который может быть выполнен в виде несущего кронштейна, имеющего форму куба с внутренней полостью и базовыми плоскостями по его граням, на которых с помощью несущих рамок и крышек могут крепиться входящие в состав блока управления плата вычислителя, источник вторичного электропитания, плата аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, плата автономного контроля, первая и вторая платы интерфейсов. Микромеханический инерциальный измерительный блок может крепиться во внутренней полости в центре несущего кронштейна. Микромеханические гироскопы и акселерометры, входящие в микромеханический инерциальный измерительный блок, могут быть выполнены в капсульном исполнении.
На чертеже представлен общий вид малогабаритной инерциальной системы управления движением.
Малогабаритная инерциальная система управления движением содержит микромеханический инерциальный измерительный блок 1, включающий микромеханические гироскопы и акселерометры, а также микросборки сервисной электроники. Плата вычислителя 2, источник вторичного электропитания 3, плата аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей (АЦП/ЦАП) 4, плата автономного контроля 5, первая плата интерфейса 6, вторая плата интерфейса 7, несущие рамки 8, крышки 9 образуют блок управления. Корпус 10 выполнен в виде несущего кронштейна, имеющего форму куба с внутренней полостью и базовыми плоскостями по его граням, на которых с помощью несущих рамок 8 и крышек 9 крепятся плата вычислителя 2, источник вторичного электропитания 3, плата АЦП/ЦАП 4, плата автономного контроля 5, первая плата интерфейса 6, вторая плата интерфейса 7. Микромеханический инерциальный измерительный блок 1 закреплен во внутренней полости в центре несущего кронштейна 10.
Предложенная система управления движением работает следующим образом. При движении подвижного объекта микромеханический инерциальный измерительный блок (МИИБ) 1 вырабатывает параметры движения, а именно, проекции угловой скорости и линейного ускорения на оси OX, OY и OZ приборной системы координат. Эти параметры, а также параметры навигации и ориентации, передаются в блок управления по последовательному интерфейсу в виде пакетов данных. При наличии на борту подвижного объекта приемника спутниковой навигации (ПСН) данные от ПСН
поступают в МИИБ 1 также по последовательному интерфейсу в виде пакетов данных. Блок управления (БУ) принимает данные от штатных источников информации, реализует алгоритмы и циклограммы законов управления подвижным объектом, формирует сигналы управления и передает их на рулевой привод (РП). Функционирование БУ может осуществляться в трех режимах:
- режим ожидания;
- режим управления;
- режим контроля работоспособности.
При подаче питания БУ входит в режим ожидания. Переход от режима ожидания к режиму управления производится по внешней команде. Режим контроля работоспособности производится при нахождении БУ в режима ожидания и по команде от внешней контрольно-проверочной аппаратуры (КПА), транслируемой в модуль вычислителя (MB) 2 через модуль встроенного контроля (МВК) 5. MB может быть выполнен в виде платы вычислителя 2 в формате PC-104 и реализует алгоритмы и циклограммы законов управления подвижным объектом на основе данных, получаемых от МИИБ 1. Источник вторичного питания 3, реализованный в виде двух плат, преобразует входные напряжения, поступающие как из вне, так и от источника бортового напряжения, в требуемые уровни вторичного напряжения питания всех составных частей малогабаритной инерциальной системы управления движением (МИСУД). Модуль аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, изготовленный в виде платы АЦП/ЦАП 4 в формате PC-104, осуществляет преобразование входных аналоговых сигналов в цифровую форму для последующей их обработки в MB, а также обеспечивает преобразование цифровых данных, получаемых из MB, в аналоговые сигналы для управления РП по линиям аналогового интерфейса. МВК также может быть реализован в виде платы автономного контроля 5 в формате PC-104 и организует интерфейс между КПА и МИСУД при проведении регламентных работ и встроенного контроля перед стартом подвижного объекта. Модуль канала двуполярного кода и аналоговых интерфейсов может быть выполнен в виде первой 6 и второй 7 платы интерфейсов в формате PC-104, осуществляет информационный обмен двуполярным кодом и обеспечивает дополнительный цифровой интерфейс связи с внешним устройством. Модуль реализует аналоговый интерфейс для передачи из MB сигналов-команд по аналоговым линиям связи.
Микромеханические гироскопы и акселерометры в капсульном исполнении представляют собой герметично закрытые микромеханические элементы.
Предложенный вариант конструкции микромеханических гироскопов и акселерометров позволяет повысить их надежность и создать дополнительные возможности для интеграции с микросборками сервисной электроники.
Таким образом, заявленная МИСУД позволяет достичь существенного уменьшения массогабаритных характеристик за счет интегрирования МИИБ и БУ в единый конструктивный модуль и обеспечить повышенную надежность и стойкость к внешним воздействиям.
1, Малогабаритная инерциальная система управления движением, содержащая микромеханический инерциальный измерительный блок, включающий микромеханические гироскопы и акселерометры, микросборки сервисной электроники, и блок управления, включающий плату вычислителя, источник вторичного электропитания, плату аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей, плату автономного контроля, первую и вторую платы интерфейсов, несущие рамки, крышки, рулевой привод и корпус, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде несущего кронштейна, имеющего форму куба с внутренней полостью и базовыми плоскостями по его граням, на которых с помощью несущих рамок и крышек крепятся входящие в состав блока управления плата вычислителя, источник вторичного электропитания, плата аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей, плата автономного контроля, первая и вторая платы интерфейсов.
2, Система по п.1, отличающаяся тем, что микромеханический инерциальный измерительный блок крепится во внутренней полости в центре несущего кронштейна.
3, Система по п.1, отличающаяся тем, что микромеханические гироскопы и акселерометры, входящие в микромеханический инерциальный измерительный блок, выполнены в капсульном исполнении.
