СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДРЕЙФА ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ПРИБОРА Российский патент 1998 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к способам контроля дрейфера гироприборов (одноосного гиростабилизатора - ОГС) на подвижном основании.

При эксплуатации подвижное основание (летающий аппарат - ЛА), на котором установлен одноосный гиростабилизатор, совершает периодические колебания вокруг центра тяжести.

Если разложить вектор угловой скорости ЛА, например, самолета, вокруг центра тяжести на связанные оси координат, то это движение можно представить как колебание, происходящее одновременно вокруг трех взаимно перпендикулярных осей. При этом боковые колебания ЛА вокруг продольной оси (по крену) и нормальной оси (по рысканию) происходят с одной частотой, а вокруг оси, лежащей в плоскости симметрии - в другой (по тангажу) (Пельполр Д.С. Гироскопические системы, ч. 1. -М.: Высшая школа, 1971, с. 376 - 277).

Известно, что гироскопические приборы, в том числе и одноосные гиростабилизаторы, при таких колебаниях основания накапливают уход (дрейф), который необходимо определить (Пельпор Д.С. Гироскопические системы, ч. 1, Высшая школа. -М.: 1971, с. 377).

Известно также, что, если основание, на котором установлен одноосный гиростабилизатор, движется по поверхности сферы, то имеет место уход одноосного гиростабилизатора вокруг оси стабилизации на угол, равный мере телесного угла, описываемого основанием относительно центра сферы (Пельпор Д.С. Гироскопические системы, ч.1. -M.: Высшая школа 1971, с. 420 - 422, Ишлинский А.Ю. Механика гироскопических систем. -М.: Наука, 1963).

Известен способ контроля одноосного гиростабилизатора на подвижном основании, совершающем гармонические колебания вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, а также на основании, совершающем коническое движение, который может быть определен как аналитический.

Он заключается не в испытаниях реального одноосного гиростабилизатора, а в создании его математической модели на подвижном основании, вводе в ЦВМ параметров ОГС и конических движений подвижного основания и вычисление дрейфа ОГС при колебаниях вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, затем при конических движениях основания в соответствии с алгоритмами, приведенными, например, в книге Пельпора Д.С., Гироскопические системы, ч.1. -М.: Высшая школа 1971, с. 389 - 392.

Способ имеет недостаток, который заключается в том, что параметры контролируемого ОГС заранее не могут быть известны точно, что дает погрешность в определении дрейфа ОГС.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ контроля ОГС на испытательном стенде, получившим название Скорсби (Пельпор Д.С. Гироскопические системы, ч.1. -М.: Высшая школа, 1971, с. 385).

Способ испытаний на столе Скорсби (на сферическом пространственном механизме) содержит установку испытуемого одноосного гиростабилизатора (ОГС) на платформе сферического пространственного механизма (стол Скорсби) таким образом, что ось стабилизации ОГС ориентирована вдоль стержня стола Скорсби, проходящего через центральный сферический шарнир, включение приводного двигателя стола, обеспечивающего вращение шестерни, которая при вращении перемещает вкладыш со сферическим шарниром, вследствие чего ось платформы стенда Скорсби описывает в пространстве круглый конус или осуществляет гармонические колебания.

Возможно обеспечение двух режимов испытаний на столе Скорсби, для чего обеспечивают измерение расстояния (Пельпор Д.С. Гироскопические системы, ч. 1. -М. : Высшая школа, 1971, с. 385) между центром центрального шарнира и плоскостью, перпендикулярной оси стержня стола Скорсби и содержащей в себе центр дополнительного шарнира, закрепленного на специальной шпоре (перпендикулярной оси стержня стола).

Если дополнительный шарнир шпоры устанавливают так, что он лежит в плоскости, перпендикулярной оси стержня и проходящей через центральный шарнир ( δ₀ = 0), то платформа осуществляет колебания по круглому конусу вокруг оси стола. Если дополнительный шарнир смещают от указанного положения ( δ₀ ≠ 0), то возникают гармонические колебания платформы, амплитуда которых изменяется при изменении размера δ₀ . Таким образом способ испытаний ОГС на столе Скорсби состоит в задании одновременных колебаний вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, затем в здании конических движений вокруг неподвижной точки и измерении дрейфа ОГС при каждом из задаваемых режимов, в соответствии с описанием этого известного способа. (Пельпор Д.С. Гироскопические системы, ч. 1. -М.: Высшая школа, 1974, с. 386), режим одновременных колебаний вокруг трех взаимно перпендикулярных осей получается, когда ось стабилизации контролируемого ОГС составляет угол γ₀ с вертикальной осью, а шпора отодвинута от центрального шарнира на расстояние δ₀ . Коническое движение имеет место при δ₀ = 0. Способ имеет недостатки, заключающиеся в следующем: способ не отражает реального движения самолета, т.к. реальное движение самолета содержит колебания по тангенсу с частотами, отличными от частот колебания по крену и рысканию.

То же касается колебаний других ЛА, у которых колебания по трем осям имеют различные частоты и различные сдвиги фаз.

Стенд Скорсби принципиально отличается тем, что он обеспечивает колебания по всем осям с одинаковой частотой и равным сдвигом фаз.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности контроля ОГС путем приближения условий контроля к условиям эксплуатации. Поставленная задача решается посредством того, что в способе определения дрейфа гироскопического прибора (например одноосного гиростабилизатора), включающем закрепление гироскопического прибора на подвижном основании, задание основанию механических колебательных движений с фиксированными амплитудой и частотой вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, связанных с основанием, задание конического движения основанию вокруг точки пересечения трех осей и определение дрейфа гироскопического прибора при каждом режиме воздействий, в качестве подвижного основания используют стабилизируемую платформу трехосного гиростабилизатора, устанавливают гироскопический прибор на стабилизируемую платформу трехосного гиростабилизатора так, что его ось стабилизации перпендикулярна плоскости стабилизируемой платформы, а ось кинетического момента параллельна промежуточной оси стабилизации трехосного гиростабилизатора, задают механические колебательные движения с амплитудой и частотой, соответствующие воспроизводимым механическим колебаниям основания, путем подачи тока соответствующей амплитуды и частоты в цепь обратной связи чувствительного элемента по каждой оси стабилизации трехосного гиростабилизатора, задают режим стабилизации по трем осям стабилизации трехосного гиростабилизатора, при котором устанавливают платформу в исходное положение, формируют постоянное по величине воздействие по промежуточной оси подвеса трехосного гиростабилизатора, в результате чего происходит разворот стабилизируемой платформы на угол γ , определяют величину данного угла между осью стабилизации гироскопического прибора (одноосного гиростабилизатора) и наружной осью трехосного гиростабилизатора по информации датчика угла на промежуточной оси стабилизации, в момент времени, когда вышеозначенный угол достигает расчетного значения, задают режим стабилизации промежуточной оси, формируют постоянное воздействие по наружной оси стабилизации трехосного гиростабилизатора и определяют по информации датчика угла наружной оси угловую скорость вращения вокруг наружной оси, сравнивают полученную скорость с расчетным значением скорости вращения объекта по траектории вокруг Земли в условиях эксплуатации.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в качестве подвижного основания используют стабилизируемую платформу трехосного гиростабилизатора, устанавливают гироскопический прибор на стабилизируемую платформу трехосного гиростабилизатора так, что его ось стабилизации перпендикулярна плоскости стабилизируемой платформы, а ось кинетического момента параллельна промежуточной оси стабилизации трехосного гиростабилизатора, задают механические колебательные движения с амплитудой и частотой, соответствующие воспроизводимым механическим колебаниям основания, путем подачи тока соответствующей амплитуды и частоты в цепь обратной связи чувствительного элемента по каждой оси стабилизации трехосного гиростабилизатора, задают режим стабилизации по трем осям стабилизации трехосного гиростабилизатора, при котором устанавливают платформу в исходное положение, формируют постоянное по величине воздействие по промежуточной оси подвеса трехосного гиростабилизатора, в результате чего происходит разворот стабилизируемой платформы на угол γ , определяют величину данного угла между осью стабилизации гироскопического прибора (одноосного гиростабилизатора) и наружной осью трехосного гиростабилизатора по информации датчика угла на промежуточной оси стабилизации, в момент времени, когда вышеозначенный угол достигает расчетного значения, задают режим стабилизации промежуточной оси, формируют постоянное воздействие по наружной оси стабилизации трехосного гиростабилизатора и определяют по информации датчика угла наружной оси угловую скорость вращения вокруг наружной оси, сравнивают полученную скорость с расчетным значением скорости вращения объекта по траектории вокруг Земли в условиях эксплуатации.

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое техническое решение, позволяет в сравнении с прототипом достигнуть технический результат, состоящий в повышении точности определения дрейфа гироскопического прибора. Это обусловлено следующим: при проведении операции предлагаемым способом становится возможным определять дрейф гироскопического прибора, например, одноосного гиростабилизатора, возникающий в реальных эксплуатационных условиях на качающемся основании и основании, описывающем коническую поверхность, который относится к неголономным движениям ОГС и в настоящее время практически не имеет достаточно точных способов определения. Таким образом предлагаемый способ обеспечивает высокую точность в условиях, полностью имитирующих реальные условия эксплуатации. Таким образом, заявляемое техническое решение представляет собой новую совокупность признаков по сравнению с известными решениями поставленной задачи, явно не следует из уровня техники и может быть признано соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ включает следующие операции:
1. Устанавливают гироскопический прибор, например, ОГС на гиростабилизированную платформу трехосного гиростабилизатора так, что его ось стабилизации перпендикулярна плоскости стабилизируемой платформы, а ось кинетического момента параллельна промежуточной оси стабилизации трехосного стабилизатора, предварительно состыкованного через цифроаналоговые преобразрователи (ЦАП) по каждой оси стабилизации с процессором.

2. Подключают контролируемый ОГС к процессору.

3. Задают от процессора по трем его выходам (работающим каждый с соответствующим каналом стабилизации трехосного гиростабилизатора) коды, соответствующие задаваемым по каждой оси периодическим выходным воздействиям, которые через ЦАП вырабатывают периодические воздействия, вызывающие колебания по трем осям стабилизации одновременно.

4. Считывают с процессора информацию о заданных по трем осям колебаниях и величину дрейфа ОГС.

5. Переключают системы на режим стабилизации по трем осям, при котором устанавливают платформу в исходное состояние, для чего снимают воздействие, подаваемое с входом ЦАП (т.е. подается код, соответствующий нулевой входной скорости).

6. Сохраняя по внутренней и наружной осям стабилизации режим стабилизации, подают в цепь промежуточной оси стабилизации постоянное входное воздействие, чему соответствует разворот вокруг промежуточной оси стабилизации с некоторой постоянной угловой скоростью (т.е. на вход ЦАП промежуточной оси поступает соответствующий код) процессор сравнивает величину текущего угла разворота вокруг промежуточной оси путем отработки информации с информационного датчика угла по этой оси с заданной по программе величиной угла разворота и в момент совпадения двух значений углов выдает команду на ЦАП (в виде кода) на включение режима стабилизации по этой оси.

7. Затем в цепь стабилизации наружной оси аналогичным путем подается постоянное входное воздействие, обеспечивающее вращение рам трехосного гиростабилизатора вместе с контролируемым ОГС с постоянной угловой скоростью вокруг наружной оси, причем скорость контролируется процессом по информации датчика угла наружной оси.

8. В результате проведения операций по пунктам 6 и 7 производится задание режима конического движения основания. По результатам обработки информации с ОГС определяется величина дрейфа ОГС в режиме конического движения основания.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ на гироскопических чувствительных элементах; на фиг. 2 - гиростабилизатор на волоконно-оптических гироскопах; на фиг. 3 - схема, поясняющая эксплуатационное воздействие на ОГС.

Устройство (стенд для реализации способа, фиг. 1) представляет собой трехосный гиростабилизатор 1, трехканальный электронный блок 2 и процессор 3. Трехосный гиростабилизатор 1 содержит наружную раму 4, которая на оси 5 подвешена в корпусе (не показан); промежуточную раму 6, которая на оси 7 подвешена в наружной раме 4 и стабилизируемую платформу 8, которая на оси 9 (внутренней оси) подвешена в промежуточной раме 6. Контролируемый ОГС 10 установлен на стабилизируемой платформе 8 в соответствии с фиг. 1.

На оси стабилизации ОГС 10 имеется информационный датчик угла 11. Трехосный гиростабилизатор 1 в качестве чувствительных (управляющих) элементов содержит датчики угловой скорости (ДУС) 12, 13 и 14, при этом чувствительным элементом по каналу наружной оси стабилизации является ДУС 12, промежуточной оси - ДУС 13, внутренней оси - ДУС 14. Каждый из ДУС (12, 13 и 14) содержит датчик угла 15, гиромотор 16, и датчик момента 17, при этом, датчик угла 15, датчик момента 17 и усилитель обратной связи, входящий в состав электронного блока 2, образуют электрическую пружину каждого из ДУС 12, 13 и 14. ДУСы 12, 13 и 14 ориентированы на гиростабилизаторе так, что ось чувствительности каждого ДУС параллельна соответствующей оси стабилизации (5, 7 и 9).

Трехосный гиростабилизатор построен на ДУСах, а не на традиционно применяемых в трехосных гиростабилизаторах интегрирующих гироскопах по следующей причине: интегрирующий гироскоп принципиально точнее ДУСа, но имеет маломощный датчик момента, с помощью которого по осям стабилизации можно имитировать весьма малые угловые скорости (0,1 - 0,2^o/с). Попытки создания интегрирующего гироскопа с мощным датчиком момента приводят к резкому возрастанию дрейфа ДУС с таким же диапазоном задаваемых угловых скоростей.

Поэтому в трехосном гиростабилизаторе, работающем в качестве стенда, целесообразно применение ДУСов в качестве чувствительных элементов.

Целесообразно также разрабатывать специальные гиромоторы ДУС с частотой питания не кратной стандартной (500 Гц, 1000 Гц).

На каждой оси стабилизации закреплены информационный датчик угла (фотоэлектрический муаровый датчик угла):
на оси 5 - датчик 18, на оси 7 - датчик 19, на оси 9 - датчик 20.

На каждой оси стабилизации закреплен контактный двигатель постоянного тока:
на оси 5 - двигатель 21, на оси 7 - двигатель 22, на оси 9 - двигатель 23.

Трехосный гиростабилизатор, построенный на ДУСах в качестве чувствительных элементов, известен и описан в литературе (Назаров Б.И. Гироскопические устройства. -М.: Мин.Обороны 1970.).

Электронный блок 2 состоит из трех идентичных каналов "A", "B", "C" и канала "D". При этом канал "A" является электронной частью канала промежуточной оси стабилизации, канал "B" - внутренней оси стабилизации, канал "C" - внешней оси стабилизации, канал "D" предназначен для обработки информации контролируемого ОГС 10.

Каждый из каналов "A", "B", "C" состоит из: усилителя обратной связи 24 с выходным каскадом 25, сумматора 26, усилителя системы стабилизации 27, интерполятора фазового 28, преобразователя 29, цифроаналогово преобразователя 30 и преобразователя аналог-код 31. При этом усилитель обратной связи 24 своим входом связан с датчиком угла 15, а выходом - с датчиком момента 17 соответствующего ДУС (12, 13 и 14).

Таким образом, осуществляется электрическая обратная связь для каждого ДУС. Сумматор 26 имеет два входа и один выход, первый вход сумматора 26 соединен с выходным каскадом 25 усилителя обратной связи 24 ДУС, второй вход сумматора 26 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 30, выход сумматора соединен с входом усилителя системы стабилизации 27, выход последнего соединен с входом двигателя стабилизации 27, по соответствующей оси (23, 22 и 21).

Вход цифроаналогового преобразователя 30 канала "A" связан с входом 1 электронного блока 2, вход такого же цифроаналогового преобразователя 30 канала "B" связан с входом II электронного блока 2, вход цифроаналогового преобразователя канала "C" связан с входом III электронного блока 2. Вход интерполятора фазового 28 связан с выходом информационного датчика угла соответствующего канала стабилизации, выход интерполятора фазового 28 связан с входом преобразователя 29 того же канала. Выход преобразователя 29: канала "A" связан с выходом IV электронного блока 2, канала "B" - с выходом VII электронного блока 2, канала "C" - с выходом IX электронного блока 2.

Вход преобразователя аналог-код 31 каждого канала связан с выходом выходного каскада 25 усилителя обратной связи 24 того же канала.

Выход преобразователя аналог-код 31: канал "A" связан с выходом V электронного блока 2, канала "B" - с выходом VI электронного блока 2 канала "B" - с выходом VI электронного блока 2, канала "C" - с выходом VIII электронного блока 2.

Канал "D" электронного блока 2 содержит интерполятор фазовый 32 и преобразователь 33, при этом вход интерполятора 32 связан с выходом информационного датчика угла 11 контролируемого ОГС 10, выход интерполятора 32 связан с входом преобразователя 33, а выход последнего - с выходом X электронного блока 2.

Таким образом электронный блок 2 имеет три входа (I, II и III) и семь выходов (IV - X). Поскольку гиростабилизатор 1 и электронный блок 2 выполнены в одном корпусе, то связи между ними не показаны как входы-выходы и последние отнесены к электронному блоку 2.

Входы I, II и III электронного блока 2 соединены с выходами I, II и III процессора 3, а выходы IV - X электронного блока 2 соединены с выходами IV - X процессора 3. Схемотехнические решения элементов, входящих в трехосный гиростабилизатор 1, широко известны и изложены в литературе. По фотоэлектрическим муаровым датчикам угла 18, 19 и 20, интерполятору фазовому 28, преобразователю 29 - Высокоточные преобразователи угловых перемещений. /Под общ. ред. Ахмаджанова. -М: Энергоатомиздат, 1986, с. 77 - 92. Сумматор 25 выполнен на основе операционного усилителя. Цифроаналоговый преобразователь выполнен на основе микросхемы, например, 572 ПВ1. Устройство (фиг. 2) представляет собой аналогичный трехосный гиростабилизатор 1, но выполненный на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) 34. Поэтому на фиг. 2 не изображены все общие для фиг. 1 и фиг. 2 элементы, а условно показана ориентация ВОГ относительно осей стабилизации и отличительные блоки в составе электронного блока 2 (для одного канала "A").

Назначение и нумерация всех входов и выходов прежние. Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) 34, конструкция и принципы, действия которых известны (Шереметьев А.Г. Волоконно-оптический гироскоп. -М.: Радио и связь, 1987 г. ), расположены на внутреннем кольце 8 так, что ось контура (ось чувствительности) параллельна соответствующей оси стабилизации.

ВОГ 34 в данном случае работает в режиме интегрирующего гироскопа, но в силу своих особенностей имеет ряд преимуществ, повышающих технические характеристики стенда: по отношению к случаю построения трехосного гиростабилизатора на интегрирующих гироскопах в случае применения ВОГ обеспечиваются большие значения задаваемых угловых скоростей (десяти о/с против 0,1 - 0,2 о/с).

По отношению к стенду (фиг. 1), построенному на ДУСах, в случае применения ВОГ нет вибраций, возбуждаемых чувствительными элементами стенда, следовательно, не нужны специальные меры виброзащиты контролируемого ОГС; исключается дрейф вследствие разбалансировки гироскопов чувствительных элементов трехосного гиростабилизатора; уменьшается энергопотребление и стоимость стенда. В электронном блоке 2 в этом случае имеют место следующие изменения (фиг. 2); выход 34 связан с входом первого интегратора 36, а выход первого интегратора 36 связан с входом второго интегратора 37, один выход которого связан с усилителем мощности 38, а второй - с преобразователем аналог-код 31.

Выход усилителя мощности 38 связан с входом двигателя стабилизации (для промежуточной оси - 22 и т.д.).

Первый интегратор 36 предназначен для преобразования информации по скорости, поступающей с ВОГ, в интегральную информацию по углу.

Второй интегратор 37 предназначен для придания системе астатизма.

Выходная информация с ВОГ поступает на выходы V, VI, VIII электронного блока 2 с выходов вторых интеграторов 37 каждого канала (A, B и C) через преобразователи аналог-код 31. В каждом из каналов "A", "B" и "C" по-прежнему имеются интерполятор фазовый 28 и преобразователь 29, связанные с информационными фотоэлектрическими датчиками угла по соответствующей оси стабилизации, поэтому с выходов IV, VI и IX электронного блока 2 по-прежнему поступает информация с фотоэлектрического датчика угла по каждой оси. В каждом из каналов "A", "B" и "C" также содержатся цифроаналоговые преобразователи 30, связанные по входу с теми же входами электронного блока 2 (I, II и III), а по выходу - со вторыми входами первого интегратора 36, соответствующего канала. Состав канала "D" тот же, что и на фигуре 1.

Связи процессора 3 с электронным блоком 2 также сохраняются по отношению к фиг. 1.

Контроль ОГС в рамках предлагаемого способа на устройстве по фиг. 1 осуществляется следующим образом:
1. На стабилизируемой платформе 8 трехосного гиростабилизатора 1 закрепляют контролируемый ОГС 10, при этом ориентируют его ось стабилизации перпендикулярно стабилизируемой платформе 8, а вектор кинетического момента параллельно промежуточной оси стабилизации 7 трехосного гиростабилизатора 1 (ТГС).

Необходимость установки ОГС на стабилизируемой платформе 8 ТГС обусловлена тем, что в рамках способа ОГС является элементом контроля и стабилизации. Это означает, что ОГС должен быть закреплен на той раме ОГС, которая имеет возможность либо сохранять неподвижность в инерционном пространстве (в режиме стабилизации), либо участвовать во всех задаваемых движениях. Таким условиям удовлетворяет только гидростабилизированная платформа, если ОГС закрепить, например, на промежуточной раме, то при колебаниях стабилизированной платформы ОГС не воспримет этих колебаний. Наконец режим конического движения, который необходимо задавать в рамках предлагаемого способа, возможно произвести только при закреплении ОГС на стабилизированной платформе.

2. Механические колебательные движения основания (стабилизированной платформы 8) с фиксированной амплитудой и частотой одновременно вокруг трех осей стабилизации 6, 7 и 9 задают путем подачи периодических воздействий в каждую цепь стабилизации. Закон колебаний, задаваемый по каждой оси стабилизации, известен из условий эксплуатации и обычно задается таким образом, как представлено на таблице.

При этом, если одноосный гиростабилизатор предназначен для самолета, у которого по двум осям (крен и рыскание) колебания имеют одинаковые характеристики, то в две цепи стабилизации задают периодические воздействия с одинаковой амплитудой и частотой, без сдвига фаз, а в третью цепь стабилизации задают периодическое воздействие, соответствующее таблице эксплуатационных воздействий по оси тангажа, при этом фазовый сдвиг отличен от нуля по отношению к колебаниям двух предыдущих осей. Если ОГС 10 предназначен для эксплуатации на других ЛА, то, как правило, во все цепи стабилизации подают периодические воздействия с различными амплитудой и частотой и нулевыми сдвигами фаз друг относительно друга. Колебания с разными частотами по трем осям возможно получить, если в каждую цепь стабилизации подавать воздействие, вызывающее протекание по цепи обратной связи ДУС тока, изменяющегося по гармоническому закону с необходимой частотой и амплитудой. Это обеспечивается заданием от ЦВМ через ЦАП соответствующих кодов, ЦАП выдает на сумматоры напряжения, изменяющиеся по гармоническому закону, а на выходе УСТ формируется по такому закону ток, управляющий двигателем. По цепям ДУСов протекают токи обратной связи, изменяющиеся по тем же законам.

Поскольку все цепи (три) стабилизации - независимые системы регулирования, то возможно получить колебания по трем осям разной частоты, в отличие от прототипа, являющегося связанной механической системой, задающей одинаковые частоты по осям.

В ряде случаев, когда это оговорено условиями эксплуатации, периодические колебания по двум или всем осям могут совпадать. Число вариантов, задаваемых по всем осям законов колебаний может быть сколь угодно велико и закладывается в программу в процессор 3.

Колебания возбуждаются следующим образом: с выходов процессора I, II и III на входе I, II и III электронного блока 2 поступают коды, преобразуя которые цифроаналоговый преобразователь 3 каждого канала "A", "B" и "C" выдает на вход соответствующего сумматора 26 напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплитуде колебаний, задаваемых вокруг соответствующей оси стабилизации, а частота равна частоте задаваемых колебаний. Поскольку на второй вход сумматора 26 (связанный с выходом ДУС 12, 13 и 14) напряжение еще не поступило, то это напряжение с выхода сумматора поступает на вход усилителя системы стабилизации 24 соответствующего канала, двигатель (21 или 22, или 23) развивает момент, изменяющийся по периодическому закону, вследствие чего возникают колебания по соответствующей оси стабилизации. Угловая скорость колебаний действует вокруг оси чувствительности ДУС этой же оси стабилизации, гироскоп ДУСа процессирует вокруг своей оси подвеса и по цепи обратной связи ДУСа течет ток, пропорциональный входной угловой скорости, действующей вокруг оси чувствительности ДУС, которая параллельна соответствующей оси стабилизации. На выходном каскаде 25 усилителя обратной связи 24 формируется напряжение, которое поступает на вход сумматора 26.

Напряжение на одном входе сумматора (от цифроаналогового преобразователя) и на втором входе (с выхода ДУС) сравниваются в сумматоре и разностное напряжение через усилитель системы стабилизации 27 поступает на вход соответствующего двигателя, который изменяет свой момент, стремясь свести к нулю разностный сигнал на входе усилителя системы стабилизации, таким образом, осуществляя указанную операцию по заданию по всем осям трехосного гиростабилизатора одновременно механических колебаний, соответствующих любому закону, необходимому для точной имитации условий эксплуатации ОГС.

Построение стенда, реализующего способ на ДУСах, вызвано следующими причинами.

1. Повышается чувствительность системы, так как минимальная угловая скорость колебаний, которую можно задать вокруг оси стабилизации, определяется моментом трения вокруг оси процессии поплавкового ДУСа, который имеет малую величину.

2. ДУС, расположенный на стабилизированной платформе 8 при повороте вместе с ней вокруг промежуточной оси 7, измеряет проекцию задаваемой периодической угловой скорости на свою ось чувствительности, аналогично при повороте вокруг наружной оси 5 наружной рамы 4 происходит разворот промежуточной рамы с ДУС 13 и стабилизированной платформы 8 с ДУС 14, поэтому ДУСы 13 и 14 также будут измерять проекции угловых скоростей на свои оси чувствительности.

Информация с выхода ДУСов через преобразователи 31 каждого канала поступает в процессор с выходов V, VI и VIII и, таким образом, для обработки в процессоре имеем фактически значения абсолютных угловых скоростей колебаний, заданных вокруг осей чувствительности ДУС, т.е. вокруг соответствующих осей основания ТГС с учетом влияния составляющих угловой скорости Земли. Таким образом при выполнении данной операции, за счет наличия в устройстве ДУС, учитываются фактические периодические угловые скорости, задаваемые вокруг осей подвеса ТГС. С информационных датчиков угла 18, 19 и 20 по каждой оси стабилизации через интерполяторы фазовые 28 и преобразователи 29 поступает на выходы IV, VII и IX электронного блока 2 и на входы IV, VII и IX процессора 3 информация о заданных угловых скоростях колебаний, не содержащая информации о проекциях угловых скоростей Земли на оси чувствительности ДУС, и не учитывающая взаимный разворот рам трехосного ТГС. Информация с датчиков 18, 19 и 20 имеет разрешающую способность на порядок точнее, чем с выходов ДУС, в процессоре используют эту информацию для определения заданных угловых скоростей колебания, но для малых амплитуд, задаваемых колебаний, когда проекции угловых скоростей на оси чувствительности ДУС от взаимных разворотов рам и проекций угловых скоростей Земли можно не учитывать, когда же амплитуда задаваемых колебаний значительна, то для определения значений заданных угловых скоростей колебаний процессор использует информацию с выходов ДУС, которая позволяет учитывать взаимные развороты рам, периодическую составляющую за счет проекции угловых скоростей Земли на качающиеся оси чувствительности ДУС, но имеет меньшую чувствительность (ДУС измеряет угловые скорости, приведенные к выходу преобразователя 31 и переведенные в угловую меру 2 - 3 уг. сек/имп.: фотоэлектрические информационные датчики угла выдают информацию в угловой мере 0,31 уг.сек./имп.).

Таким образом, в рамках этой же операции способа осуществляют измерение заданных по трем осям амплитуд и частот угловых колебаний. В рамках этой же операции обрабатывают в процессоре 3 информацию с выхода ОГС 10, а именно, через интерполятор 32 и преобразователь 33 информацию датчика угла 11 на оси стабилизации контролируемого ОГС. Она поступает в виде импульсов на вход X процессора 3.

Таким образом, по результатам выполнения этой операции процессор 3 выдает в каждый момент времени информацию о заданных по трем осям трехосного гиростабилизатора колебаниях и соответствующей величине дрейфа испытуемого ОГС.

Следующая операция состоит в задании конического движения испытуемого ОГС 10. В рамках предлагаемого способа оно обеспечивается следующим образом. По всем трем осям стабилизации включают режим стабилизации трехосного гиростабилизатора, для чего снимают воздействия, подаваемые с выходов ЦАП, т.е. подают от процессора на входы ЦАП 30 коды, соответствующие нулевой входной скорости (на входы I, II, III - ноль). С информационных датчиков углов 5, 19 и 20 поступает информация, соответствующая нулевым угловым скоростям по осям стабилизации. Сохраняя режим стабилизации по внутренней и по внешней осям (т. е. нуль на входах I и II), подают на вход 1 электронного блока 2 от процессора код, соответствующий выработке на выходе цифроаналогового преобразователя 30 по промежуточной оси ("канал А") постоянного напряжения. Это напряжение поступает на вход сумматора 26, далее имеют место те же процессоры, которые описаны выше, но поскольку задаваемое от цифроаналогового преобразователя на вход сумматора напряжение постоянное, то возникает разворот вокруг промежуточной оси 7. Таким образом, в рамках этой операции задают разворот промежуточной оси трехосного гиростабилизатора на определенный угол, величина которого определяется по информационному датчику 19, выдающему через интерполятор фазовый 28 и преобразователь 29 канал "А" информацию в процессор 3. При достижении определенного (известного по условиям испытаний) угла разворота промежуточной оси, равного углу раствора конуса в задаваемом коническом движении, на вход 1 электронного блока 2 от процессора задают код, соответствующий выработке на выходе цифроаналогового преобразователя 30 канала "А" нулевого входного воздействия, т.е. включают режим стабилизации промежуточной оси. Затем в цепь внешней оси стабилизации аналогичным путем подается постоянное входное воздействие, обеспечивающее вращение рам трехосного гиростабилизатора с испытуемым ОГС с постоянной угловой скоростью. Контролируемый ОГС вместе с внутренней рамой трехосного гиростабилизатора описывает коническую поверхность с вершиной конуса в точке пересечения трех осей подвеса трехосного гиростабилизатора. Информацию о движениях заданных вокруг каждой оси стабилизации по-прежнему снимают с выходов V, VI и VIII ( с выходов ДУС) электронного блока 2 и с выходов IV, VIII и IX (с выходов фотоэлектрического датчика угла). При этом информация с выходов ДУС очень важна в этом режиме контроля по следующей причине. Поскольку внутренняя рама 8 со всеми чувствительными элементами и контролируемыми ОГС развернута на угол раствора конуса вокруг промежуточной оси и вращается вокруг наружной оси, то на оси чувствительности ДУС 14 и 12 будет проектироваться составляющая угловой скорости вращения вокруг наружной оси. Например, для ДУС 14 - это сигнал помехи, который мог бы привести к ложному включению двигателя по внутренней оси подвеса. Но, так как с выходов электронного блока в процессор поступает информация о фактическом значении проекции угловой скорости на ось чувствительности ДУС, то процессор вырабатывает компенсирующую поправку, которая через ЦАП 30 соответствующего канала подается как код нулевой уголовой скорости на входе соответствующего сумматора 26, с выхода X электронного блока 2 снимают информацию о дрейфе ОГС при коническом движении основания. Покажем более подобно, как связана величина постоянного воздействия, подаваемого в цепь промежуточной и наружной осей стабилизации, с углом, равным раствору конуса, и как выбирается этот угол.

Пусть ОГС, построенный на ДУСах, для эксплуатации на объекте (ЛА), совершающем полет по траектории (Т) вокруг Земли (З).

Для пояснения приведена схема на фиг. 3.

Радиус траектории R, траектория полета представлена в виде параллели сферы, имеющей радиус h, с центром, совпадающим с центром Земли "0". Объект описывает на поверхности сферы (C) замкнутую кривую (круг), которая ограничивает площадь πR². Из центра сферы, т.о. эта площадь видна под телесным углом, имеющим меру 2γ.

Если траектория полета объекта наклонена к плоскости экватора Земли, например, как траектория Т1, то ей будет соответствовать угол 2γ и т.д. Если на объекте ОГС расположен так, что его ось стабилизации направлена вдоль образующей конуса, то в соответствии с книгой Ишлинский А.Ю. Механика гироскопических систем. -М.: АН СССР. 1963, с. 112 (1) ОГС накопит угол (дрейф), т. е. вокруг оси стабилизации будет иметь место разворот α, равный мере телесного угла - 2γ или 2γ₁. Это чисто теоретическое соображение.

Для того, чтобы одноосный гиростабилизатор, предназначенный для эксплуатации на объекте, совершающем движение по траектории с заданными параметрами R и h был аттестован при изготовлении в том числе по величине дрейфа при конических движениях основания, должны быть проведены испытания, и только тогда величина дрейфа, измеренная при заданном коническом движении основания, может быть записана в паспорт прибора и учтена в виде компенсирующей поправки от бортовой ЦВМ.

Предлагаемый способ позволяет воспроизвести коническое движение вокруг неподвижной точки и измерить дрейф ОГС при этом движении.

При реализации способа точка "О" на фиг. 3 соответствует точке пересечения трех осей трехосного гиростабилизатора, наружная ось трехосного гиростабилизатора воспроизводит линию I - I на фиг. 3.

Ось стабилизации ОГС воспроизводит линию III-III на фиг. 3. Таким образом, в предлагаемом способе угол между осью стабилизации испытуемого ОГС и наружной осью трехосного ГС должен быть равен половине меры телесного угла на фиг. 3, т.е. γ (или γ₁), который связан с параметрами движения объекта - основания следующим образом. В соответствии с ([I] стр. 114) мера телесного угла, где S - площадь сферы, ограниченная траекторией объекта.

Для круговой траектории

где
h - радиус сферы (см. фиг. 3),
R и h известны из условий эксплуатации объекта и оговариваются в техническом задании на разработку ОГС в разделе "эксплуатационные условия работы ОГС".

Если ТГС выполнен на ДУСах, то для того, чтобы развернуть внутреннюю раму с ОГС вокруг промежуточной оси в положение, когда угол между осью стабилизации ОГС и наружной осью ТГС равен γ, необходимо в цепь стабилизации промежуточной оси подать воздействие (на вход сумматора), эквивалентное току i_пр, подаваемому в обмотку датчика момента ДУС промежуточной оси, определяемому соотношением:
,
где
K_дмпр - крутизна характеристики датчика момента ДУС, являющегося чувствительным элементом промежуточной оси стабилизации;
H - кинетический момент этого ДУС;
- угловая скорость разворота вокруг промежуточной оси.

Разворот со скоростью вокруг промежуточной оси длится определенное время T.

,
γ_пр отсчитывается от наружной оси до развернутого положения оси стабилизации ОГС).

откуда выражение (2) прижимает вид
,
Обозначим
,
константа, характеризующая траекторию движения основания в эксплуатации.

Тогда , подставив (1), получим
,
правило задания воздействия в цепь стабилизации промежуточной оси.

Произведение тока i_пр, характеризующего воздействие, задаваемое в цепь стабилизации промежуточной оси, на время Т его задания, пропорционально произведению коэффициента передачи H/K_дт.пр чувствительного элемента промежуточной оси стабилизации и константы А, характеризующей параметры траектории конического движения основания в эксплуатации. В цепь стабилизации наружной оси нужно задать воздействие, эквивалентное заданию тока i_нар в наружную обмотку датчика момента ДУС наружной оси, такой величины, чтобы угловая скорость α вокруг наружной оси была равна орбитальной скорости движения основания в условиях эксплуатации.

Тогда
,
,
- правило задания воздействия в цепь стабилизации наружной оси. Ток, характеризующий задаваемое в цепь стабилизации наружной оси воздействие, пропорциональное коэффициенту передачи H/K_дт.нор чувствительного элемента наружной оси и орбитальной скорости вращения основания в условиях эксплуатации.

Контроль ОГС в рамках предлагаемого способа на устройстве (фиг. 2) осуществляется путем проведения тех же операций. Отличия состоят в том, что при проведении каждой операции цифроаналоговый преобразователь 30, приняв на своем входе от процессора соответствующий код, вырабатывает на выходе напряжение, которое подается на второй вход первого интегратора соответствующего ВОГ. При этом двигатель (для канала "А" - двигатель 22) прикладывает к оси стабилизации парирующий момент до тех пор, пока не обнулится сигнал на втором входе первого интегратора. Если от цифроаналогового преобразователя сигнал на втором входе первого интегратора подается непрерывно по определенному закону, то двигатель будет обеспечивать непрерывное приложение момента к оси стабилизации, изменяющегося по тому же закону.

Способ предназначен для определения дрейфа гироприбора на подвижном основании. Прибор закрепляют на внутренней раме трехосного гиростабилизатора, которая служит подвижным основанием. Задают основанию механические колебательные движения с фиксированной амплитудой и частотой. Указанные движения создают путем формирования периодических воздействий по каждой оси стабилизации. Затем снимают воздействия. Задают режим стабилизации по трем осям гиростабилизатора. Формируют постоянное по величине воздействие по промежуточной оси гиростабилизатора. Определяют угол между осью стабилизации прибора и наружной осью гиростабилизатора. В момент времени, когда угол достигает расчетного значения, задают режим стабилизации промежуточной оси. Формируют постоянное воздействие по стабилизации наружной оси. Определяют угловую скорость рам вокруг наружной оси. Сравнивают полученную угловую скорость с расчетным значением скорости движения основания по его траектории в условиях эксплуатации. Способ обеспечивает повышение точности контроля путем приближения условий контроля к условиям эксплуатации. 3 ил.

Способ контроля дрейфа гироскопического прибора, включающий закрепление гироскопического прибора на подвижном основании, задание основанию механических колебательных движений с фиксированными амплитудой и частотой одновременно вокруг взаимно перпендикулярных осей, задание конического движения основанию вокруг точки пересечения трех осей и определение дрейфа гироскопического прибора при каждом режиме воздействий, отличающийся тем, что в качестве подвижного основания используют внутреннюю раму трехосного гиростабилизатора, включающего наружную, промежуточную и внутреннюю рамы, устанавливают гироскопический прибор на внутренней раме трехосного гиростабилизатора так, что его ось стабилизации параллельна наружной и перпендикулярна промежуточной осям трехосного гиростабилизатора, задают основанию механические колебательные движения с фиксированными амплитудой и частотой путем формирования периодических воздействий по каждой оси стабилизации трехосного гиростабилизатора, снимают воздействия и задают режим стабилизации по трем осям стабилизации трехосного гиростабилизатора, формируют постоянное по величине воздействие по промежуточной оси трехосного гиростабилизатора, определяют угол γ между осью стабилизации гироскопического прибора и наружной осью трехосного гиростабилизатора по информации датчика угла по промежуточной оси стабилизации и в момент времени, когда угол γ достигает расчетного значения, задают режим стабилизации промежуточной оси, формируют постоянное воздействие по стабилизации наружной оси и определяют по информации датчика угла наружной оси угловую скорость рам вокруг наружной оси, сравнивают полученную угловую скорость с расчетным значением скорости движения основания по его траектории в условиях эксплуатации.