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

Описание патента на изобретение RU2106601C1

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:
Ioc1•Kдм= Hωпл+Mp+Mн+A•icp+f(Ω), (1) ,
где
Iос1 - ток обратной связи в датчике момента ПИГ;
Kдм - крутизна характеристики датчика момента ПИГ;
H - кинетический момент гироскопа,
ωпл - угловая скорость гироплатформы (определяемая величина);
Mн-момент, обусловленный постоянными тяжениями между поплавком и корпусом ПИГ (токоподводы, реактивные моменты в датчиках угла и т.д.);
Mр - момент, обусловленный разбалансировкой поплавка;
A • iср- момент, вызванный тяжением между постоянными магнитами ротора и током (iср) 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:
Ioc2•Kдм= H1ωпл+Mp+Mн+A•(icp-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 (Mр) и тяжений (Mн), в полезном сигнале (разность токов обратной связи) отсутствуют. Однако, полезный сигнал пропорционален не только искомой величине (ωпл) , 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 Δiэ , из уравнения (I) будем иметь:
Ioc3•Kдм= Hωпл+Mp+Mн+A(icp-Δiэ)+f(Ω), (4) .

Решая совместно (1) и (4), будем иметь:
(Ioc1-Ioc3)•Kдм= A•Δiэ .

Откуда

Изменяя затем ток правого статора на эталонную величину Δiэ , запишем уравнение (I) в виде:
Ioc4•Kдм= Hωпл+Mp+Mн-A(icp-Δiэ)+f(Ω), (6) .

Решая совместно (1) и (6), имеем:
.

Подставляя в (3) выражение (5), если разность Iос1 - Iос2 > 0, или выражение (7), если Iос1 - Iос2 <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 ωпл= u3•sinϕ (для азимутальной ориентации ПИГ), где Uз- 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.

Похожие патенты RU2106601C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ШАРОВЫХ ГИРОСКОПОВ 1996
  • Богомолов О.Д.
  • Волнянский В.Н.
  • Кищенков О.В.
  • Малышкин Н.Н.
  • Шашурин В.Ф.
RU2118794C1
ТРЕХСТЕПЕННЫЙ ГИРОСКОП 1996
  • Богомолов О.Д.
  • Волнянский В.Н.
  • Кищенков О.В.
  • Малышкин Н.Н.
  • Шашурин В.Ф.
RU2119146C1
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП 1999
  • Воскобойников Р.Л.
  • Иванова Н.С.
  • Колпаков А.И.
  • Максимов М.Г.
RU2173446C2
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ГИРОСКОПА 1996
  • Малышкина Л.К.
  • Малышкин Н.Н.
  • Шашурин В.Ф.
RU2118795C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ 2001
  • Скалон А.И.
  • Кучерков С.Г.
  • Лычев Д.И.
  • Шугаев М.А.
RU2206899C1
ГИРОИНТЕГРАТОР ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ 1995
  • Ромашов В.В.
  • Горский А.И.
  • Шаргина О.И.
RU2097701C1
ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМЫЙ ГИРОСКОП 1999
  • Вечтомов В.М.
  • Кочкин Е.Ф.
  • Малышкин Н.Н.
  • Черепанов В.А.
  • Люсин Ю.Б.
  • Попов Г.В.
RU2157965C1
ОСЕВОЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ЦИФРОВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР С НЕКОНТАКТНЫМ ПОДВЕСОМ ИНЕРЦИОННОЙ МАССЫ 1997
  • Ильин В.Н.
  • Никитин В.П.
  • Зайцев В.А.
  • Рубан Н.П.
  • Смоллер Ю.Л.
  • Чернышук А.Г.
RU2128345C1
ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ С ТРЕХКРАТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА НА БАЗЕ МОДУЛЯЦИОННОГО ГИРОСКОПА С ИНДУКЦИОННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЕМ МОДУЛЯЦИИ 2008
  • Андреев Алексей Гурьевич
  • Ермаков Владимир Сергеевич
  • Струк Валерий Константинович
  • Нестеров Иван Иванович
  • Максимов Александр Григорьевич
  • Середа Юрий Алексеевич
  • Чудинов Алексей Юрьевич
RU2389031C1
ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМЫЙ ГИРОСКОП 1999
  • Дзюба А.П.
  • Егоров В.Д.
  • Тульчинский А.А.
  • Храмов С.И.
RU2178142C2

Реферат патента 1998 года СПОСОБ 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.

Формула изобретения RU 2 106 601 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2106601C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
С.Ф.Фармаковский, К.А.Черноглазов
Развитие и современное состояние инерциальных навигационных систем РАПл ВМС США
Способ получения фтористых солей 1914
  • Коробочкин З.Х.
SU1980A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
И.Ширер (J.Shearer)
Оценка характеристик перспективного гироскопа при модуляции кинетического момента для точного определения азимута
Отчет фирмы "Ч.С.Дрейпер Лаборатории", США, явварь-сентябрь 1981 г.

RU 2 106 601 C1

Авторы

Малышкин Н.Н.

Юланов В.С.

Даты

1998-03-10Публикация

1996-05-16Подача