Стабилизированная в плоскости горизонта гироплатформа

 

Использование: гидроскопия. Сущность: устройство содержит гироплатформу с трехстепенным (или двумя двухстепенными) гироскопами с датчиками углов и датчиками моментов, первый и второй акселерометры горизонтальных каналов, блок приема информации о скорости объекта, блок управления, карданный подвес гороплатформы выполнен двухстепенным, на гироплатформе установлен датчик абсолютной угловой скорости. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для морских, воздушных и наземных объектов, а также для гравиметрических устройств.

Известна стабилизированная в плоскости горизонта гироплатформа, чувствительный элемент которой имеет гиросферу с тремя степенями свободы, плавающую в поддерживающей жидкости [1] Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стабилизированная в плоскости горизонта платформа, содержащая трехстепенной гироскоп с датчиками углов и датчиками момента по осям рамок, установленный на гироплатформе, первый и второй акселерометры горизонтальных каналов, установленные на гироплатформе, карданный подвес гироплатформы, снабженный следящими двигателями по осям подвеса, блок приема информации о скорости объекта, а также блок управления и выработки выходных параметров и второй входы которого соединены с первым и вторым акселерометрами соответственно, третий вход с выходом блока приема информации о скорости объекта, только для случая косвенной стабилизации, четвертый и пятый входы с выходами датчиков углов соответственно первого и второго следящих двигателей, установленных по осям карданова подвеса, остальные входы блока управления и выработки выходных параметров, число которых соответствует числу датчиков углов гироскопа, соединены с выходами соответствующих датчиков углов гироскопа, выходы блока управления и выработки выходных параметров по сигналам управления, число которых соответствует числу датчиков момента гироскопов, соединены с соответствующими датчиками момента.

Карданный подвес, связывающий стабилизированную гироплатформу с объектом, выполнен в виде трехосного карданного подвеса. При этом одно карданное кольцо азимутальное, обеспечивающее свободу вращения гироплатформы вокруг вертикальной оси, имеет неограниченный угол поворота.

Для передачи электрических сигналов с неподвижной части прибора на гироплатформу и обратно на оси азимутального кольца монтируется специальная пароходная контактная колонка, кольца которой и контакты выполняются из золота, платины и иридия. При этом само азимутальное кольцо в значительной степени определяет конструктивы гироскопического модуля центрального прибора гироскопической навигационной системы.

Цель изобретения сокращение массогабаритных характеристик гироплатформы, ее упрощение, повышение надежности при сохранении точностных характеристик.

Достигается это тем, что в стабилизированной в плоскости горизонта гироплатформе, содержащей трехстепенной гироскоп с датчиками углов и датчиками моментов по осям рамок или два двухстепенных гироскопа с датчиками углов и датчиками моментов по осям рамок, установленные на гиростабилизированной платформе, первый и второй акселерометры горизонтальных каналов, установленные на гиростабилизированной платформе, причем карданный подвес гиростабилизированной платформы снабжен следящими двигателями по осям подвеса, блок приема информации о скорости объекта, а также блок управления и выработки выходных параметров, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым акселерометрами соответственно, третий вход с выходом блока приема информации о скорости, только для случая косвенной стабилизации, четвертый и пятый входы с выходами датчиков углов соответственно первого и второго следящих двигателей, установленных по осям карданова подвеса, остальные входы блока управления, число которых соответствует числу датчиков углов гироскопов, соединены с выходами соответствующих датчиков углов гироскопов, выходы блока управления и выработки выходных параметров по сигналам управления, число которых соответствует числу датчиков момента гироскопа, соединены с соответствующими датчиками момента, карданов подвес гироплатформы выполнен двухосным и дополнительно на гироплатформе установлен датчик абсолютной угловой скорости, ось чувствительности которого перпендикулярна плоскости гироплатформы, при этом дополнительный вход блока управления и выработки выходных параметров соединен с выходом датчика абсолютной угловой скорости.

На чертеже представлена функциональная схема стабилизированной в плоскости горизонта гироплафтормы.

Стабилизированная в плоскости горизонта гироплатформа 1 содержит блок 2 управления и выработки выходных параметров. На гироплатформе 1 расположены трехстепенной гироскоп 4 с датчиками момента 5 и 6 и датчиками углов 7 и 8, два акселерометра 9 и 10, оси чувствительности которых ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы, датчик абсолютной угловой скорости 11, выход которого связан с входом блока 2 управления и выработки выходных параметров, выходы акселерометров 9 и 10, датчиков углов следящих двигателей 14 и 15, датчиков углов 7 и 8 трехстепенного гироскопа 4 и блока приема информации о скорости объекта 3 соединены с блоком управления и выработки выходных параметров 2, выходы которого соединены со следящими двигателями стабилизации 12 и 13 и с датчиками момента 5 и 6 трехстепенного гироскопа 4.

Стабилизированная в плоскости горизонта гироплатформа функционирует следующим образом.

Ось кинетического момента Н в исходном положении ортогональна плоскости чертежа, так что оси подвеса гироскопа 4 и ось Н, когда нет наклона объекта относительно плоскости горизонта, составляют ортогональный трехгранник. Оси чувствительности акселерометров 9 и 10 ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы 1, при этом ось одного из акселерометров параллельна внутренней оси карданова подвеса гироплатформы 1.

Гироплатформа 1 с помощью следящих двигателей 12 и 13 по сигналам рассогласования датчиков углов 7 и 8 гироскопа 4 все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа 4. Кожух гироскопа 4 вместе с гироплатформой 1 приводится в горизонт и удерживается в горизонте с помощью моментов, накладываемых через датчики моментов 5 и 6 гироскопа 4 токами управления по сигналам, вырабатываемым в блоке 2 управления и выработки выходных параметров. Эти токи управления соответствуют горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу, повернутого на угол К курс объекта относительно географического трехгранника Дарбу. В свою очередь сигналы, по которым вырабатываются токи управления гироскопа 4, вырабатываются в блоке 2 управления и выработки выходных параметров в результате обработки величин горизонтальных составляющих кажущихся ускорений вершин трехгранника Дарбу, измеренных акселерометрами 9 и 10, используя величину вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. Следует отметить, что гироплатформа 1 может быть построена только на двухстепенных гироскопах. Для оценки влияния инструментальных погрешностей обозначим исходную систему координат трехгранник Дарбу, повернутый на угол К относительно географического трехгранника . С гироплатформой 1 свяжем систему координат приборный трехгранник XYZ, которая образуется из системы координат поворотом вокруг оси на угол и затем поворотом вокруг оси СY на угол . Составляющие абсолютной угловой скорости трехгранника обозначим соответственно р, q, r. Тогда сигналы управления гироскопом 4, вычисляемые в блоке 2 и подаваемые на входы датчиков момента 5 и 6 будут иметь следующий вид: _y и -_x. При этом S оператор Лапласа _x p + _{x y} q + _{y z} r + _z, где _x, _y, _z погрешности определения составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника a_x и a_y показания акселерометров 9 и 10, причем a_x= +rp-²_o a_y= -p+rq+_o, где _о частота Шуллера; суть ошибки вертикали места. Поскольку _y= +r+q
_x= -r+p где р и q дрейфы гироскопа 4, уравнения ошибок выработки горизонтальных составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника и вертикали места будут
+ sin _E+²_o 0
- sin _N+²_{o Z} cos (1)
_N- sin - q_N
-_E- sin + -p_E где cosK + sinK
cosK sinK
_{N y}cosK _xsinK
_{E x}cosK + _ysinK
угловая скорость Земли;
широта места.

Из системы уравнений (1) следует, что установившееся значение ошибки вертикали места определяются

Возьмем р_Е q_N 0,01 o/час инструментальная погрешность определения вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости трехгранника
_z r, где r дрейф датчика абсолютной угловой скорости 11.

Примем r 0,1 ^о/час.

Тогда ошибка вертикали места будет, имея в виду _о 4,5 1/час.

1/час =60^o порядка 5 угл.сек.

Таким образом, предлагаемая стабилизированная в горизонте гироплатформа может обеспечивать высокоточную непосредственную и косвенную стабилизацию объектов в плоскости горизонта, а также служить чувствительным элементом для выработки навигационных параметров, поскольку в соответствии с системой уравнений (1) и при наличии датчика абсолютной угловой скорости 11 вырабатывает необходимые для этого три составляющие абсолютной угловой скорости приборного трехгранника.

Указанные возможности предлагаемая стабилизированная в плоскости гироплатформа обеспечивает при существенном уменьшении массогабаритных характеристик.

Информация, поступающая в блок приема информации о скорости объекта, может иметь различный физический смысл, например, скорость объекта от лага или информация о текущих координатах объекта от радио или спутниковых систем. Ограниченное время устройство может работать без вступления информации о скорости объекта.

Особую ценность предлагаемое изобретение представляет для гравиметрических устройств при непосредственной установке гравиметрических чувствительных элементов на стабилизированной в плоскости горизонта гироплатформе или при косвенной стабилизации этих элементов по данным угла бортовой качки и килевой качки , поскольку обеспечивается автономная высокоточная стабилизация в двухосном карданном подвесе, не требующая внешней информации о курсе объекта.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗИРОВАННАЯ В ПЛОСКОСТИ ГОРИЗОНТА ГИРОПЛАТФОРМА, содержащая трехстепенной гироскоп с датчиками углов и датчиками моментов по осям рамок или два двухстепенных гироскопа с датчиками углов и датчиками моментов по осям рамок, установленные на гироплатформе первый и второй акселерометры горизонтальных каналов, причем карданный подвес гироплатформы снабжен следящими двигателями по осям подвеса, блок приема информации о скорости объекта, а также блок управления, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым акселерометрами соответственно, третий вход соединен с выходом блока приема информации о скорости объекта, остальные входы блока управления, число которых соответствует числу датчиков углов гироскопов, соединены с выходами соответствующих датчиков углов гироскопов, выходы блока управления по сигналам управления, число которых соответствует числу датчиков момента гироскопов, соединены с соответствующими датчиками момента, отличающаяся тем, что карданный подвес гироплатформы выполнен двухосным и дополнительно на гироплатформе установлен датчик абсолютной угловой скорости, ось чувствительности которого перпендикулярна плоскости гироплатформы, при этом дополнительный вход блока управления соединен с выходом датчика абсолютной угловой скорости.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.07.2007

Извещение опубликовано: 20.07.2007        БИ: 20/2007

---