Способ определения абсолютной угловой скорости основания роторным вибрационным гироскопом и устройство измерения абсолютной угловой скорости основания роторным вибрационным гироскопом

 

Использование: в системах инерциального управления объектами, в частности в гироскопии с достижением повышения точности. Сущность: последовательность операций - измерение частоты вращения вала гироскопа, создание двух пульсирующих взаимно перпендикулярных магнитных потоков, выявление электродвижущей силы, наведенной магнитными потоками, формирование тока управления в моментном датчике пропорционально наведенной электродвижущей силе и по суммарной длительности действия потоков за фиксированный промежуток времени суждение о величине абсолютной угловой скорости основания - реализуется устройством, содержащим ротор, пары упругих торсионов, кольцо, вал, основание, сквозные прорези, постоянные магниты, катушки датчика момента, диск, считывающие головки, емкостный датчик угла, подвижные кольца. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах инерциального управления.

Известны способы определения абсолютной угловой скорости, основанные на вращении вала роторного вибрационного гироскопа (РВГ), определении параметров углового движения ротора и приложения к ротору управляющих моментов [1] Известны также устройства для осуществления этих способов, содержащие РВГ и систему формирования информации о двух взаимно ортогональных составляющих абсолютной угловой скорости основания в плоскости приводного вращения ротора [1] Недостатком известных способа и устройства является низкая точность измерения.

Известен способ определения абсолютной угловой скорости основания путем вращения вала РВГ со скоростью определения углового отклонения ротора и приложения к ротору постоянных управляющих моментов, по току в датчике момента гироскопа судят о входной угловой скорости основания [2] Известно устройство, содержащее ротор, установленный с помощью упругого подвеса на валу, два датчика угла, два датчика момента, два усилителя, приводной двигатель вала [2] Недостатком известных способа и устройства является низкая точность измерения абсолютной угловой скорости основания, обусловленная следующей причиной. Для противодействия вредному влиянию возмущающих моментов в гироскопе обеспечивают большую величину кинетического момента. При этом для создания процессии гироскопа при измерении больших угловых скоростей устанавливают мощный датчик момента. В результате резко возрастают перепады температуры элементов гироскопа и уровень остаточного взаимодействия между датчиком момента и ротором гироскопа.

Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что в способе, заключающемся в формировании токов управления в моментном датчике, измеряют частоту вращения вала гироскопа, между корпусом и валом создают два пульсирующих взаимно перпендикулярных магнитных потока длительностью, не превышающей четверти периода оборота вала, выявляют со стороны вала электродвижущую силу, наведенную магнитными потоками, формируют ток управления в моментном датчике пропорционально наведенной электродвижущей силе и по суммарной длительности действия потоков за фиксированный промежуток времени судят о величине абсолютной угловой скорости основания.

Кроме того, цель достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные датчик угла блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа и электромагнитный датчик момента, расположенный на валу гироскопа, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа выполнен в виде последовательно соединенных генератора частоты вращения вала, выпрямителя и стабилизатора постоянного тока, двух модуляторов, двух сумматоров, трех пар концентричных оси вала колец, двух триггеров, двух ключей, при этом выход каждого модулятора через соответствующие кольца и последовательно соединенные триггер и ключ соединен с обмоткой датчика момента и входом соответствующего сумматора, а выход стабилизатора постоянного тока с вторыми входами ключей, при этом объединенные входы модуляторов являются входом блока преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа.

На фиг. 1 показан гироскоп, реализующий предлагаемый способ; на фиг. 2 блок-схема устройства, расположенного на валу гироскопа; на фиг. 3 блок-схема устройства, расположенного в основании гироскопа.

Устройство измерения абсолютной угловой скорости содержит ротор 1, пары упругих торсионов 2, 3, кольцо 4, вал 5, основание 6, сквозные прорези 7, 8, постоянные магниты 9, 10, катушки 11, 12 датчика момента, диск 13, постоянные магниты (ПМ) 14, 15 считывающие головки (СГ) 16, 17, статорную обкладку емкостного датчика 18 угла, подвижные кольца 19-21, триггеры 22, 23, генератор переменного тока (ГПТ) 24, выпрямитель 25, стабилизатор 26 постоянного тока, ключи 27, 28, неподвижные кольца 29-31, фазовые дискриминаторы (ФД) 32, 33, преобразователи 34, 35, сумматоры 36, 37, постоянный многополюсный магнит 38.

Способ определения абсолютной угловой скорости заключается в следующем. Вращают вал РВГ со скоростью динамической настройки определяют амплитуду колебаний ротора относительно вала на частоте для создания управляющих моментов формируют следующие с частотой 2 парные знакопеременные импульсы с интервалом между импульсами не более четверти периода оборота вала и фазовым запаздыванием середины каждой пары на четверть периода оборота вала относительно фазы колебаний ротора, генерируют на вращающемся валу переменный ток, длительность которого после выпрямления и стабилизации модулируют интервалом с частотой прикладывают к ротору моменты относительно вала, изменяющиеся в соответствии с законом модуляции выпрямленного тока, до обнуления угловых колебаний ротора, по суммарной длительности интервалов за фиксированный промежуток времени судят о величине абсолютной угловой скорости основания.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Вал 5 вместе с ротором 1, статорной обкладкой 18, диском 13, ГПТ 24 и катушками 11, 12 приведен во вращение со скоростью динамической настройки от двигателя, не показанного на фиг. 1. ПИ 14, 15, проходя под СГ 16, 17 генерируют в них короткие знакопеременные опорные импульсы с частотой причем импульсы СГ 16 и 17 взаимно сдвинуты на 90^о. Эти импульсы поступают на вторые входы блоков 32-35, четвертый и пятый входы блоков 36, 37.

Обмотка 24, вращаясь относительно неподвижного постоянного многополюсного магнита 38, генерирует переменный ток, который после выпрямления в блоке 25 и стабилизации по амплитуде в блоке 26 поступает на первые входы ключей 27 и 28.

При вращении основания с угловыми скоростями _{zo yo} в инерционном пространстве возникают колебания ротора на частоте 2 относительно основания. Синусная составляющая этих колебаний содержит информацию о величине _zo, конусная составляющая о величине _yo. Колебания ротора на частоте измеряются емкостным датчиком угла, статорная обкладка 18 которого расположена на валу. Выходной сигнал датчика угла с обкладки 18 поступает на первый вход ФД 32, 33, которые производят фазочувствительное выпрямление сигнала с выделением двух значений постоянного тока, пропорциональных _zo и _yo соответственно. Выходные сигналы ФД 32, 33 поступают на первые входы преобразователей 34, 35, формирующих интервалы между двумя знакопеременными импульсами, причем длительность не превышает четверти периода оборота вала. Парные знакопеременные импульсы с интервалами между импульсами поступают с частотой через емкости 29 и 19, 30 и 20, 31 и 21 на входы триггеров 22, 23. Триггер 22 формирует интервал времени , соответствующий положительному управляющему моменту. Триггер 23 формирует интервал времени для создания отрицательного управляющего момента. По суммарным длительностям интервалов , определяемым блоками 36, 37 в течение фиксированного промежутка времени, судят о величинах _{zo yo} соответственно.

Формула изобретения

1. Способ определения абсолютной угловой скорости основания роторным вибрационным гироскопом, включающим корпус, вал, подвес, ротор и вращающийся совместно с ротором моментный датчик, заключающийся в формировании токов управления в моментном датчике, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют частоту вращения вала гироскопа, между корпусом и валом создают два пульсирующих взаимно перпендикулярных магнитных потока длительностью, не превышающей четверти периода оборота вала, выявляют со стороны вала электродвижущую силу, наведенную магнитными потоками, формируют ток управления в моментном датчике пропорционально наведенной электродвижущей силе и по суммарной длительности действия потоков за фиксированный промежуток времени судят о величине абсолютной угловой скорости основания.

2. Устройство измерения абсолютной угловой скорости основания роторным вибрационным гироскопом, содержащее последовательно соединенные датчик угла, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа и электромагнитный датчик момента, расположенный на валу гироскопа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа выполнен в виде последовательно соединенных генератора частоты вращения вала, выпрямителя и стабилизатора постоянного тока, двух модуляторов, двух сумматоров, трех пар концентричных оси вала колец, двух триггеров, двух ключей, при этом выход каждого модулятора через соответствующие кольца и последовательно соединенные триггер и ключ соединен с обмоткой датчика момента и входом соответствующего сумматора, а выход стабилизатора постоянного тока с вторыми входами ключей, при этом объединенные входы модуляторов являются входом блока преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3