ГИРОГОРИЗОНТКОМПАС Российский патент 1995 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к навигации и может быть использовано для морских, воздушных и наземных объектов, а также для гравиметрических устройств в качестве стабилизированной в горизонте платформы.

Известен гирогоризонткомпас, содержащий гиростабилизированную платформу в кардановом подвесе, трехстепенной гироскоп с датчиками угла и датчиками момента, двигатели стабилизации по осям карданова подвеса и блок управления двигателями стабилизации, первый и второй акселерометры, установленные на гироплатформе, блок приема информации о скорости объекта, а также блок управления гироплатформой, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго акселерометров соответственно, третий вход соединен с выходом блока приема информации о скорости объекта, первый и второй выходы блока управления гироплатформы соединены с соответствующими датчиками момента гироскопа, первый и второй входы блока управления двигателями стабилизации соединены с выходами соответствующих датчиков углов гироскопа, а выходы блока управления двигателями стабилизации соединены с соответствующими двигателями стабилизации.

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

Недостатками известного устройства являются его сложность, малая надежность и значительные массогабаритные характеристики.

Задачей изобретения является сокращение массогабаритных характеристик устройства, его упрощение, повышение надежности при практическом сохранении точностных характеристик.

Для этого в предлагаемом гирогоризонткомпасе карданов подвес выполнен двухосным, ось кинетического момента гироскопа перпендикулярна осям чувствительности акселерометров, дополнительно введены блок аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости и блок аналитической выработки курса объекта, при этом первый и второй выходы блока управления гироплатформой дополнительно соединены с первым и вторым входами блока аналитической выработки курса объекта и блока аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости соответственно, третьи входы которых соединены с выходами блока приема информации о скорости объекта, выход блока аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости соединен с четвертым входом блока управления гироплатформой.

На чертеже представлена функциональная схема гирогоризонткомпаса.

Гирогоризонткомпас содержит гиростабилизированную платформу 1, блок 2 управления гироплатформой, на гиростабилизированной платформе 1 расположен трехстепенной гироскоп 7 с датчиками 8 и 9 момента и датчиками 10 и 11 углов, два акселерометра 12 и 13, оси чувствительности которых ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы, выходы акселерометров 12 и 13, выход блока 5 приема информации о скорости объекта и выход блока 3 аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости соединены с блоком 2 управления гироплатформой, выходы которого соединены с датчиками 8 и 9 момента гироскопа, блоком 3 аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости и блоком 4 аналитической выработки курса объекта, с блоками выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости и аналитической выработки курса объекта соединены также выходы блока 5 приема информации о скорости объекта, входы блока 6 управления двигателями стабилизации гироплатформы соединены с выходами датчиков 10 и 11 углов гироскопа, выходы блока 6 управления двигателями стабилизации гироплатформы соединены с соответствующими двигателями 14 и 15 стабилизации.

Позицией 16 обозначен датчик килевой качки объекта, позицией 17 датчик бортовой качки объекта.

Гирогоризонткомпас функционирует следующим образом.

Ось кинетического момента Н в исходном положении ортогональна плоскости чертежа, так что оси подвеса гироскопа и ось Н, когда нет наклона объекта относительно плоскости горизонта, составляют ортогональный трехгранник. Гироплатформа 1 с помощью двигателей 14 и 15 стабилизации по сигналам рассогласования датчиков 10 и 11 углов гироскопа все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа 7. Кожух гироскопа 7 вместе с гиростабилизированной платформой 1 приводится в горизонт и удерживается в горизонте с помощью моментов, накладываемых через датчики 8 и 9 моментов гироскопа 7 токами управления по сигналам, вырабатываемым в блоке 2 управления гироплатформой. 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 7, формируются в блоке 2 управления гироплатформой в результате обработки величин горизонтальных составляющих кажущихся ускорений вершины трехгранника Дарбу, измеренных акселерометрами 12 и 13, используя величину вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости приборного трехранника, вырабатываемую в блоке 3 аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости приборного трехгранника.

В качестве исходной системы координат выберем трехгранник Дарбу ζηζ, повернутый вокруг вертикальной оси 0ζ относительно географического трехгранника на угол К, соответствующий курсу объекта. С гироплатформой свяжем систему координат приборный трехгранник XYZ, которая образуется из системы координат ζηζ поворотом вокруг оси 0ζ на угол β и затем поворотом вокруг оси OY на угол γ. Составляющие абсолютной угловой скорости трехгранника ζηζ обозначим соответственно р, q, r, где p ω cosϕ sinK;
q= ω cosϕ cosK;
r ω cosϕ + sin K tgϕ-;
v путевая скорость объекта;
ω- угловая скорость Земли,
К курс объекта;
ϕ- широта места.

Тогда сигналы управления гироскопом будем формировать, например, следующим образом:
Ω_y= Ω_x= , (1) при этом S оператор Лапласа;
Ω_х р + ΔΩ_х;
Ω_у q + ΔΩ_y;
Ω_z r + ΔΩ_z;
R радиус Земли;
ε₁ и ε₂ корректирующие сигналы, где ΔΩ_х, ΔΩ_у, ΔΩ_z погрешности определения составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника;
Q_х, Q_у показания акселерометров, причем +rp-ω2o

Вертикальная составляющая абсолютной угловой скорости гироплатформы Ω_z формируется следующим образом:
Ω_z= r₁-,
r₁= ω sinϕ_пр1,2+ sin K_прtgϕ, (3) где V^л скорость объекта от лага из блока 5;
К_пр приборное значение курса объекта;
ϕ_пр1,2 приборные значения широты места.

По известным сигналам Ω_х и Ω_у с использованием информации от лага V^л находим приборные значения курса объекта и широты места
= F+ cos K_пр+ Ω_ysin K,
= arccos .

Широта места может также определяться как счислимое значение с использованием информации о скорости от лага и значения приборного курса объекта
= cosK_прdt+ϕ_o.

Корректирующие сигналы ε₁, ε₂ выполняют традиционные функции демпфирования систем и в качестве опорного сигнала используют информацию от лага. Подборка передаточных функций демпфирующих сигналов и значения F обеспечивают надлежащий переходной процесс системы.

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано в навигации морских, воздушных и наземных объектов, а также для гравиметрических устройств в качестве автономной стабилизированной в горизонте платформы. Цель изобретения: упрощение, повышение надежности и снижение массогабаритных характеристик. Гирогоризонткомпас реализован на одном трехстепенном гироскопе, а гироплатформа, на которой размещены гироскоп и акселерометры, связана с объектом через двухосный карданов подвес. Курс объекта вычисляется аналитически, для чего в устройстве используются блок аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости и блок аналитической выработки курса объекта. 1 ил.

ГИРОГОРИЗОНТКОМПАС, содержащий гидростабилизированную платформу в кардановом подвесе, трехстепенной гироскоп с датчиками угла и датчиками момента, двигатели стабилизации по осям карданова подвеса и блок управления двигателями стабилизации, первый и второй акселерометры, установленные на гироплатформе, блок приема информации о скорости объекта, а также блок управления гироплатформой, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго акселерометров соответственно, третий вход соединен с выходом блока приема информации о скорости объекта, первый и второй выходы блока управления гироплатформой соединены с соответствующими датчиками момента гироскопа, первый и второй входы блока управления двигателями стабилизации с выходами соответствующих датчиков углов гироскопа, а выходы блока управления двигателями стабилизации с соответствующими двигателями стабилизации, отличающийся тем, что карданов подвес выполнен двухосным, ось кинематического момента гироскопа перпендикулярна к осям чувствительности акселерометров, дополнительно введены блок аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости и блок аналитической выработки курса объекта, при этом первый и второй выходы блока управления гироплатформой дополнительно соединены с первым и вторым входами блока аналитической выработки курса объекта и блока аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости соответственно, третьи входы которых соединены с выходами блока приема информации о скорости объекта, выход блока аналитической выработки вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости соединен с четвертым входом блока управления гироплатформой.