Одноосный гиростабилизатор

 

Изобретение относится к гироскопической технике и может бычь использовано в системах наведения и управления летательных аппаратов. Цель изобретения - повышение точности стабилизации. Одноосный гиростабилизс1тор содержит двустепенный гироскоп 1 с датчиком 2 угла прецессии и датчиком 7 момента, усилитель 3 стабилизации , двигатель 4 стабилизации, акселерометр 5, усилитель 6 коррекции, оптимальный линейный фильтр 8 и переключатель 9. Оптимальный линейный фильтр 8 включает в себя первый и второй сумматоры, интегратор, первый, второй и третий масштабирующие элементы. В гиростабилизаторе осуществляется разгрузка оси прецессии от действия вредных моментов за счет оптимального оценивания линейным фильтром ухода гиростзбилизатора и последующей его компенсации путем выработки управляющих сигналов на датчик момента. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО: СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888133/22

{22) 06.12.90 (46) 07.12.92. Бюл. ЬЬ 45 (72) Н.Г.Гаманюк, Д.Н.Гаманюк и Ю.А.Погрешаев (56) Каргу Л.И. Измерительные устройства летательных аппаратов. М,: Машиностроение, 1988, с. 158-159. (54) ОДНООСНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР . (57) Изобретение относится к гироскопической технике и может бы;.ь использовано в системах наведения и управления летательных аппаратов. Цель изобретения — повышение точности стабилизации. Одноосный гиростабилизатор содержит двустепенный,,5U„, 1779930 А1 (51)5. G 01 С 21/18 гироскоп 1 с датчиком 2 угла прецессии и датчиком 7 момента, усилитель 3 стабилизации, двигатель 4 стабилизации, акселерометр 5, усилитель 6 коррекции, оптимальный линейный фильтр 8 и переключатель 9. Оптимальный линеййый фильтр 8 включает в себя первый и второй сумматоры, интегратор, первый, второй и третий масштабирующие элементы. В гиростабилизаторе осуществляется разгрузка оси прецессии от действия вредных моментов эа счет оптимального оценивания линейным фильтром ухода гиростабилиэатора и последующей его компенсации путем вйработки управляющих сигналов на датчик момента. 2 ил.

1779930

30

° мх

Я

Н

E =-pE+426 p ы, 40

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в системах наведения и управления летательных аппаоатов.

Известны одноосные гиростабилизаторы, которые обеспечивают заданную ориентацию стабилизируемого элемента (платформы) относительно одной оси, например адноосный гиростабилизатор силового типа, типовая схема которого включает в себя двухстепенной гироскоп и стабилизируемый объект, расположенные на платформе.

Процесс стабилизации в таком гиростабилизаторе сопровождается погрешностями, под которыми понимают отклонение стабилизируемой платформы от заданного в некоторой опорной системе координат положения. Причем влияние вредных моментов, действующих по оси прецессии гироскопа, приводит к нарастающему уходу (дрейфу) платформы от первоначального положения.

Основными причинами дрейфа являются инструментальные погрешности. Уменьшение этих погрешностей в настоящее время обеспечивается как использованием различных конструктивно-технологических методов, так и использованием внешней информации о формировании управляющих моментов, Прототипом предполагаемого изобретения является одноосный гиростабилизатар. Основными его элементами являются двухстепенной гироскоп, датчик угла прецессии, акселерометр, усилитель-преобразователь, усилитель, стабилизирующий двигатель, датчик момента. При этом элементы образуют две системы: систему стабилизации и систему коррекции. В системе стабилизации последовательно соединены датчик угла прецессии, усилитель-преобразователь и стабилизирующий двигатель. 8 системе коррекции последовательно соединены аксеиерометр, усилитель и датчик момента.

О и редел я ющим недостатком такой схемы является то, что с момента старта летательного аппарата система коррекции отключается и начинает проявляться некомпенсируемый систематический уход платформы относительно оси стабилизации.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности.

Это достигается тем, что выходная обмотка датчика угла прецессии дополнительно электрически соединена с оптимальным линейным фильтром, выход которого соединен с датчиком момента, размещенным на оси внутренней оамки двухстепенного гироскопа.

На фиг.1 приведена кинематическая схема предлагаемого устройства, Основными ее элементами является двухстепенной гироскоп 1, датчик 2 угла прецессии, усилитель 3 стабилизации, двигатель 4 стабилизации, акселерометр 5, усилитель 6 коррекции, датчик 7 момента, оптимальный линейный фильтр 8 и переключатель 9. Двухстепенной гироскоп 1 является общим элементом для системы стабилизации и системы коррекции. Система стабилизации представляет собой последовательное соединение датчика 2 угла прецессии, усилитель-преобразователь 3 и стабилизирующий двигатель 4. Система коррекции состоит из двух цепей, первая из которых, состоящая из последовательно соединенных акселерометра 5, усилителя коррекции 6, переключателя 9 и датчика 7 момента, работает при начальной выставке одноосного гиростабилизатора, а вторая, состоящая из последовательно соединенных датчика 2 угла прецессии, оптимального линейного фильтра 8, переключателя 9 и датчика 7 момента, работает после старта летательного аппарата. Срабатывание переключателя 9 происходит в момент старта летательного аппарата, Для пояснения принципа работы предлагаемого устройства рассмотрим уравнение движения одноосного гиростабилизатора. Причем уравнение моментов по оси стабилизации не рассматривается, так как считается, что работает система стабилизации и суммарный момент по оси стабилизации равен. нулю. С учетом случайного характера моментов вредных сил, действующих по оси прецессии гироскопа, рассматриваемые уравнения имеют вид где Н вЂ” кинематический момент гироскопа, Мх — возмущающий момент, действующий по оси прецессии гироскопа;

a = e — угловая скорость собственного дрейфа, которая представлена случайным процессом с корреляционной функцией

« ис

K(z) -0 е и реализуется с помощью формирующего фильтра, на выходе которого белый шум ш.

Система уравнений (1) с учетом сигнала измерения в векторно-матричной форме запишется следующим образом

X = Fy. +643 (2)

Z= Н +ч где х -I lail I — вектор состояния системы

1779930

К(1)=Р(1) Н R (4) со- входной белый шум единичной интен- 5 сивности, т.е, М(e> ) - QB(t-ф 0-1

Ч вЂ” помеха измерения, представляющая собой белый шум, интенсивность которого равна R = a

2 — вектор измерения (сигнал, снимаемый с датчика угла прецессии гироскопа).

Задача оптимального фильтра состоит в определении наилучшей оценки дрейфа измерителя е, на основании измерения Z(t).

В соответствии с положениями оптимальной фильтрации Калмана (ОФК) уравнение оптимального фильтра имеет вид

20 л

x(t) - Fx(t) + K(t) (z(t) - Hx(t)), (3) где K(t) — матрица коэффициентов усиления фильтра, x(o)-, Р(о) =

0 Gg 0

0 0 0 2 рг

»2» Р»2 д2 г»2 22

62

22 2» 2 н а цг

H 2 2

»»гс»г

0 0

22»" »2

Р2» 12

0 26P

Р22 РР2» 2/Р22

25 Таким образом на вход оптимального линейного фильтра поступает сигнал, пропорциональный углу jg, а с выхода — сигна. 44 лы, пропорциональные оценкам а и е, Система уравнений (8) позволяет по30 строить структурную схему оптимального фильтра, которая приведена на фиг.2 и состоит из первого 10 и второго 11 сумматоров, интегратора 12, первого 13, второго 14 и.третьего 15 масштабирующих элементов, 35 отображающих соответственно постоянные коэффициенты, равные

-PH а +»о

H"а

Ь н, 2 и

Ь

S 0 2=-P „K>=

° 40

„Роз

Р

Н С»г 22

В структурной схеме первый неинвертирующий вход первого сумматора 10 является входом фильтра, а выход первого сумматора 10 через первый масштабирую45 щий элемент 13 соединен с неинвертирующим входом второго сумматора 11, выход которого соединен с интегратором 12, выход которого соединен через второй масш. табирующий элемент 14 с инвертирующим

50 входом второго сумматора 11 и через третий масштабирующий элемент 15 с инвертирующим входом первого сумматора 10 и является выходом фильтра, н2Q1 (8) 1 0 Ь

;6=,;H= O —, а -» Я*»А

Из последнего выражения с учетом симметричности матрицы P можно записать

Ь 2

2Р»г Нг z Р2=0

62

)»» Р»2»»гог Р»2Р22 =0 (6)

Ьг 2

- 2 » Р22- Нг г P22 i 20 )ц =О, а

Система уравнений (6) позволяет найти значения Р12 и Р,2 корреляционной матрицы Р, тогда коэффициенты матрицы усиления оптимального линейного фильтра будут равны (7)

На основании результатов (7) уравнение оптимального фильтра (3) можно записать в виде системы двух дифференциальных уравнений первого порядка, связывающих компоненты вектора оценки x(t) л л (1 )-н ) k = pE „* и((л <» 1

Коэффициент усиления K(t) выражается через ковариационную матрицу Р(т):

В свою очередь, P(t) является решением матричного дифференциального уравнения

P - F P + PFò P HòR-1 Hl + GQGò (5) Для решения уравнений (3) и (5) необходимо значение начальных условий, которые в данном случае имеют вид

Анализ уравнения (5) показывает, что в настоящем случае, т.к, система (1) является стационарной, данное дифференциальное уравнение выражается в алгебраическое

1779930

Редактор И.Савина

Составитель А.Терехов

Техред М.Моргентал

Корректор Н.Слободяник

Заказ 4429 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ QC .p

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Сигнал, пропорциональный оценке поступает на управляющие обмотки датчика момента, последний прикладывает к оси прецессии гироскопа компенсирующий момент, который и ликвидирует собственный уход гиростабилиэатора относительно оси стабилизации..

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства заключается в уменьшении собственного дрейфа гиростабилиэатора (практически с точностью до ошибок оценок) благодаря разгрузки оси прецессии гироскопа от действия вредных моментов за счет оптимального оценивания линейным фильтром ухода гиростабилиэатора и последующей его компенсацией путем выработки управляющих сигналов на датчик момента.

Формула изобретения

Одноосный гиростабилизатор, содержащий двустепенный гироскоп с датчиком момента и датчиком угла прецессии, выход которого через усилитель сгабилизации соединен с двигателем стабилизации, последовательно соединенные акселерометр и усилитель коррекции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности. в него дополнител ьно введены перекл юча5 тель и оптимальный лийейный фильтр, включающий первый и второй сумматоры, интегратор. первый. второй и третий масштабирующие элементы, прй этом выход датчика угла прецессии дополнительно

10 соединен с неинвертирующим входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен через первый масштабирующий .элемент с неинвертирующим входом второго сумматора, выход которого соединен с.

15 интегратором, выход интегратора соединен через второй масштабирующий элемент с инвертирующим входом второго сумматора, через третий масштабирующий элемент соединен с инвертирующим входом первого

20 сумматора и соединен с первым входом переключателя, выход усилителя коррекции соединен с вторым входом переключателя, а выход переключателя соединен с входом датчика момента,