СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ГИРОПЛАТФОРМЫ Российский патент 1998 года по МПК G01C19/42 

Изобретение относится к области навигации, в частности к способу измерения угловой скорости гироплатформы.

Известен способ измерения угловой скорости гироплатформы трехосных гиростабилизаторов при помощи установки дополнительного контрольного поплавкового интегрирующего гироскопа (ПИГ), который охватывают отрицательной обратной связью [1]. Однако этот способ позволяет замерять вертикальную составляющую угловой скорости платформы только с точностью до погрешности контрольного ПИГ.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения угловой скорости платформы при помощи ПИГ с магнитоэлектрическим двигателем, охваченного отрицательной обратной связью, который работает в режиме модуляции кинетического момента [2].

Недостатком этого способа, сдерживающим дальнейшее увеличение точности, является появление помех, синхронных с модуляцией кинетического момента, вызванных изменением усилий, воздействующих на ротор гироскопа, при изменении его частоты вращения.

В частности, основными причинами являются изменение тяжений между постоянными магнитами ротора и статорами из-за изменения токов в обмотках статоров вследствие изменения нагрузки на валу двигателя и изменения индуктивного сопротивления, а также изменение параметров газовых потоков в двигателе.

Это видно из следующих рассуждений.

Уравнение моментов на выходной оси контрольного ПИГ, установленного на гироплатформе и работающего в режиме датчика угловой скорости, записывается следующим образом:
I_oc1•K_дм= Hω_пл+M_p+M_н+A•i_cp+f(Ω), (1) ,
где
I_ос1 - ток обратной связи в датчике момента ПИГ;
K_дм - крутизна характеристики датчика момента ПИГ;
H - кинетический момент гироскопа,
ω_пл - угловая скорость гироплатформы (определяемая величина);
M_н-момент, обусловленный постоянными тяжениями между поплавком и корпусом ПИГ (токоподводы, реактивные моменты в датчиках угла и т.д.);
M_р - момент, обусловленный разбалансировкой поплавка;
A • i_ср- момент, вызванный тяжением между постоянными магнитами ротора и током (i_ср) статоров;
A - коэффициент пропорциональности (неизвестная величина);
f(Ω) - момент, вызванный наличием аэродинамической асимметрии конструкции гиродвигателя (неизвестная величина);
Ω - угловая частота вращения ротора.

При изменении частоты вращения ротора с Ω на Ω₁ (модуляции кинетического момента) уравнение (I) перепишется в следующем виде:
I_oc2•K_дм= H₁ω_пл+M_p+M_н+A•(i_cp-Δi₁)+f(Ω₁), (2) ,
где
Δi₁ - изменение тока в статоре.

Из совместного решения (1) и (2) будем иметь:

Из уравнения (3) видно, что погрешности, обусловленные моментами разбалансировки (M_р) и тяжений (M_н), в полезном сигнале (разность токов обратной связи) отсутствуют. Однако, полезный сигнал пропорционален не только искомой величине (ω_пл) , но и синхронной погрешности (второй и третий члены правой части уравнения).

Для устранения указанных помех в известном способе, основанном на том, что в ПИГ с магнитоэлектрическим двигателем, установленном на гироплатформе, охваченной отрицательной обратной связью и работающей в режиме модуляции кинетического момента, ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя (МЭД), что позволяет определить синхронные помехи, обусловленные тяжением между постоянными магнитами ротора и статорами.

Это видно из следующего. При изменении, например, в левом статоре двухстаторного МЭД эталонного значения тока на величину Δi_э , из уравнения (I) будем иметь:
I_oc3•K_дм= Hω_пл+M_p+M_н+A(i_cp-Δi_э)+f(Ω), (4) .

Решая совместно (1) и (4), будем иметь:
(I_oc1-I_oc3)•K_дм= A•Δi_э .

Откуда

Изменяя затем ток правого статора на эталонную величину Δi_э , запишем уравнение (I) в виде:
I_oc4•K_дм= Hω_пл+M_p+M_н-A(i_cp-Δi_э)+f(Ω), (6) .

Решая совместно (1) и (6), имеем:
.

Подставляя в (3) выражение (5), если разность I_ос1 - I_ос2 > 0, или выражение (7), если I_ос1 - I_ос2 <0, будем иметь:
.

Из уравнения (8) видно, что неопределенная погрешность, обусловленная тяжением статора и ротора (A • Δi₁ - см. уравнение (3)), исчезла.

Для определения оставшейся составляющей синхронной помехи , обусловленной конструктивной асимметрией, проводим описанные операции (1) - (8) на неподвижном основании, когда ω_пл= u₃•sinϕ (для азимутальной ориентации ПИГ), где U_з- угловая скорость вращения Земли, ϕ - широта места.

Тогда из уравнения (8) находим:
.

Так как для конкретного гироскопа эта составляющая синхронной помехи является величиной постоянной, то ее можно, в частности, аттестовать заранее при изготовлении гироскопа и занести в сопроводительную документацию на него.

Таким образом, из уравнения (8) с учетом (9) можно определить вертикальную составляющую угловой скорости платформы без синхронных помех контрольного гироскопа, что повышает точность измерения угловой скорости гироплатформы.

Использование: в области навигации. Сущность изобретения: способ измерения угловой скорости гироплатформы, при котором поплавковый интегрирующий гироскоп с магнитоэлектрическим двигателем, охваченный отрицательной обратной связью, работает в режиме модуляции кинетического момента, ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя.

Способ измерения угловой скорости гироплатформы, при котором поплавковый интегрирующий гидроскоп с магнитоэлектрическим двигателем, охваченный отрицательной обратной связью, работает в режиме модуляции кинетического момента, отличающийся тем, что ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя.