СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА Российский патент 1997 года по МПК G01P9/00 

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано
в инклинометрии, в том числе в гидроскопических инклинометрах, в раскатчиках траектории в грунте,
в навигации, в том числе в бесплатформенных курсовертикалях в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.

Известен способ определения угловой скорости объекта, включающий жесткое закрепление на объекте трехкоординатного измерителя ускорения и двух двухкоординатных гидроскопических датчиков угловой скорости, реализованных на базе динамически настраиваемых гироскопов, при этом первая и вторая измерительные оси первого датчика связаны соответственно с осями Х и У объекта, вторая измерительная и первая резервная оси второго датчика связаны соответственно с осями Z и X объекта, определение параметров основной и квадратурной составляющих дрейфов датчиков от ускорения силы тяжести Земли, измерение при произвольном положении объекта величин линейного ускорения во взаимно перпендикулярных осях X, Y, Z объекта величин угловой скорости в тех же осях, вычисление истинных значений угловой скорости объекта в осях X, Y, Z [1]
Недостатком известного способа является наличие ошибок в определении угловой скорости объекта от влияния дрейфов гироскопов от ускорения при реализации его в устройствах, не имеющих стабилизированной в плоскости горизонта и в азимуте платформы, т.е. в бесплатформенных курсовертикалях и в инклинометрах.

Технический результат изобретения повышение точности определения угловой скорости объекта за счет устранения погрешности от дрейфов гироскопов от ускорения.

Указанный результат достигается тем, что перед использованием датчиков в объекте в режиме калибровки каждый датчик последовательно устанавливают так, что первая и вторая измерительные оси датчика совпадают соответственно с вертикальной и горизонтальной составляющими угловой скорости Земли, и измеряют угловую скорость по двум осям, затем каждый датчик последовательно устанавливают так, что вторая и первая измерительные оси датчиков совпадают соответственно с вертикальной и горизонтальной составляющими угловой скорости Земли, измеряют угловую скорость по двум осям, а затем при использовании датчиков в объекте одновременно с измерением линейного ускорения и угловой скорости вычисляют истинные значения угловой скорости объекта в осях X, Y, Z по формулам
,
где ω_x, ω_y, ω_z, ω_xизм, ω_yизм, ω_zизм истинные и измеренные значения угловой скорости объекта в осях X, Y, Z.

A_x, A_y, A_z измеренные значения ускорения в тех же осях X, Y, Z.

измеренные значения основной и квадратурной составляющих дрейфов датчиков (дрейфов гироскопов) от ускорения силы тяжести Земли в тех осях X, Y, Z.

g значение ускорения силы тяжести Земли.

Предлагаемый способ осуществляется посредством трехкоординатного измерителя ускорения, двух двухкоординатных гироскопических датчиков угловой скорости, причем измеритель и датчики жестко связаны с объектом, причем первая и вторая измерительные оси первого датчика связаны соответственно с осями X, Y объекта, вторая измерительная и первая резервная оси второго датчика связаны соответственно с осями Z и X объекта, причем каждый датчик реализован на базе динамически настраиваемого гироскопа.

При установке первой измерительной оси гироскопа (назовем ее ось X) вдоль вектора ускорения силы тяжести при установке второй измерительной оси (назовем ось Y) в произвольное положение по обеим измерительным осям наблюдаются дрейфы, а именно по оси X значение дрейфа равно ω_xосн., на оси Y значение дрейфа равно ω_yкв.
При установке второй измерительной оси гироскопа (ось Y) вдоль вектора ускорения силы тяжести, первой измерительной оси (ось X) в произвольное положение по обеим измерительным осям наблюдаются дрейфы, а именно по оси значение дрейфа равно ω_yосн.., по оси X значение дрейфа равно
При установке гироскопа, плоскость измерительных осей которого перпендикулярна вектору ускорения силы тяжести, значения основной и квадратурной составляющих дрейфов гироскопов равны нулю, т.е.

При наличии ускорения с перегрузкой, равной

или равной

при повторении операций, изложенных выше, дрейфы по осям X и Y будут иметь значения

При повторении вышеприведенных операций для второго гироскопа, назвав первую измерительную ось X, вторую измерительную ось Z, величины дрейфов от перегрузки по оси X и от перегрузки по оси Z будут соответственно равны

При действии ускорения на гироскопе в произвольном направлении проектируют полный вектор ускорения по осям X, Y и Z (ось Z совпадает с линией вектора кинетического момента гироскопа и совпадает с перпендикуляром к плоскости осей чувствительности).

При осуществлении операций над датчиками, аналогичных операциям над гироскопами, по осям X, Y, Z наблюдаются дрейфы, аналогичные дрейфам гироскопов.

Пусть на объект действует ускорение, величина которого в осях X, Y, Z равна A_x, A_y, A_z.

При этом величины перегрузки по осям X, Y, Z будут соответственно равны

Измеренные значения угловой скорости по измерительным осям X и Y первого датчика будут равны

где ω_xизм, ω_yизм -
измеренные значения угловой скорости по осям X и Y:
ω_x, ω_y значения угловой скорости объекта по осям X и Y;
Δω_xосн, Δω_xкв, Δω_yосн, Δω_yкв добавки основной и квадратурной составляющих дрейфа.

В соответствии с вышеизложенным добавки основной и квадратурной составляющих будут равны

Таким образом, измеренные значения угловой скорости по измерительным осям X, Y первого датчика будут равны

Рассуждая аналогично, получим выражения для измеренных значений угловой скорости по измерительным осям X, Z второго датчика

Использование: в инклинометрии, в навигации, в том числе в бесплатформенных курсовертикалях. Сущность изобретения: способ включает в себя алгоритм определения угловой скорости объекта в осях X, Y, Z объекта, использующий три значения измеряемого ускорения, три значения измеряемой угловой скорости в тех же осях и использующих технологические параметры основной и квадратурной составляющих дрейфов гироскопов от ускорения силы тяжести.

Способ определения угловой скорости объекта, включающий жесткое закрепление на объекте трехкоординатного измерителя ускорения и двухкоординатных гироскопических датчиков угловой скорости, реализованных на базе динамически настраиваемых гироскопов, при этом первая и вторая измерительные оси первого датчика связаны соответственно с осями X и Y объекта, вторая измерительная и первая резервная оси второго датчика связаны соответственно с осями Z и X объекта, определение параметров основной и квадратурной составляющих дрейфов датчиков от ускорения силы тяжести Земли, измерение при произвольном положении объекта величин линейного ускорения во взаимно перпендикулярных осях X, Y, Z объекта и величин угловой скорости в тех же осях, вычисление истинных значений угловой скорости объекта в осях X, Y, Z, отличающийся тем, что перед использованием датчиков в объекте в режиме калибровки каждый датчик последовательно устанавливают так, что первая и вторая измерительные оси датчика совпадают соответственно с вертикальной и горизонтальной составляющими угловой скорости Земли, и измеряют угловую скорость по двумя осям, затем, каждый датчик последовательно устанавливают так, что вторая и первая измерительные оси датчика совпадают соответственно с вертикальной и горизонтальной составляющими угловой скорости Земли и измеряют угловую скорость по двум осям, а затем при использовании датчиков в объекте одновременно с измерением линейного ускорения и угловой скорости вычисляют истинные значения угловой скорости объекта в осях X, Y, Z по формулам



где истинные и измеренные значения угловой скорости объекта в осях X, Y, Z;
A_X, A_Y, A_Z измеренные значения линейного ускорения объекта в тех же осях X, Y, Z;
измеренные в режиме калибровки значения основной и квадратурной составляющих дрейфов первого датчика от ускорения силы тяжести Земли соответственно по первой и второй измерительным осям;
измеренные в режиме калибровки значения основной и квадратурной составляющих дрейфов второго датчика от ускорения силы тяжести Земли по второй измерительной оси;
g значение ускорения силы тяжести Земли.