СПОСОБ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРЕХСТЕПЕННОГО ГИРОСКОПА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРУЖИНОЙ Российский патент 1998 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к системам управления и ориентации космического аппарата (КА), в частности к бесплатформенным гироориентаторам.

При выводе на орбиту гироскопические блоки, входящие в состав системы управления и ориентации космического аппарата, подвергаются воздействию значительных линейных и центробежных ускорений, а также других механических воздействий. В этой связи перед началом работы указанных систем управления и ориентации необходимо осуществить проверку функционирования электронных и электромеханических устройств гироскопических приборов, входящих в состав гироблоков, осуществляющих измерение угловой скорости КА в режиме успокоения колебаний и рабочем режиме.

В составе гироскопических блоков системы управления и ориентации КА проверяют следующие электронные и электромеханические устройства (узлы): гиромотор, датчики углов и моментов, установленные по координатным осям гироскопов, блок стабилизаторов питания, преобразователи напряжения, генератор опорной частоты, а также усилители обратной связи.

Наиболее близким аналогом изобретения является комплексный контроль трехстепенного гироскопа. Согласно этому способу подают напряжение питания на блок стабилизаторов напряжения, преобразователи напряжения, генератор опорной частоты, гиромотор, датчики угла и момента, установленные по координатным осям гироскопа, усилители обратной связи, систему обогрева и выводят гироскоп на рабочий режим, затем переводят его в режим свободного гироскопа путем размыкания цепей обратных связей и определяют в этом режиме возникновение обкатки втулки ограничителя поворота гироузла по штырю или штыря по втулке путем фиксирования возникновения периодического изменения выходных сигналов датчиков угла и при наличии обкатки качество сигналов датчиков угла, величину и форму рабочей зоны в произвольном направлении, наличии контактов штыря не только с втулкой ограничителя поворота гироузла (ГУ), но и с другими элементами ГУ, качество газодинамической опоры ротора, величину его динамического дебаланса и др.

Этот способ полезен и применяется при наземных испытаниях для проверки качества гироскопов перед их установкой в какую-либо систему управления движением, но использовать этот способ проверки на борту КА не представляется возможным по следующей причине.

При известном способе контроля необходимо подать напряжение питания на гиромотор и обеспечить достижение номинального числа оборотов ротора. После вывода на орбиту КА имеет большие угловые скорости вращения относительно своих координатных осей, и если на гиромотор подать номинальное напряжение питания, то при скоростях, превосходящих диапазон измерения, ГУ достигнет упора (штыря). Если же подать на гиромотор напряжение питания пониженной частоты, то гироскоп становится измерителем угловой скорости вращения КА в расширенном диапазоне измерений.

В обоих случаях при подаче напряжения питания на гиромотор как номинальной, так и пониженной частоты информация с датчиком угла не будет характеризовать работоспособность гироскопа и обслуживающих его электронных устройств. Дело в том, что и при отсутствии напряжения питания, при обрыве провода и других неисправностях в каком-либо электронном или электромеханическом устройстве, сигнал с датчика угла может меняться от нулевого значения до соответствующего границе рабочей зоны гироскопа в режиме свободного гироскопа, т.е. при разомкнутой обратной связи. В этом случае не проверяется работоспособность датчиков момента и усилителей обратной связи.

Только убедившись в исправном функционировании каждого электромеханического узла и электронного устройства, можно затем использовать трехстепенной гироскоп как двухосный измеритель угловой скорости КА.

Технический результат изобретения - создание способа контроля трехстепенного гироскопа, обеспечивающего быструю и надежную комплексную проверку работоспособности электромеханических узлов гироскопа и обслуживающих его электронных устройств.

Указанный результат достигается следующим образом. В предлагаемом способе контроля трехстепенного гироскопа с электрической пружиной, содержащего ограничитель поворота ГУ относительно корпуса, выполненный в виде втулки и размещенного в ее отверстии штыря, разность радиусов которых определяет величину рабочей зоны гироскопа, подают напряжение питания на обслуживающие гироскоп электронные устройства: преобразователи напряжения, генератор опорной частоты, блок стабилизаторов напряжения, - на электромеханические узлы гироскопа: датчики угла и момента, установленные по координатным осям гироскопа, усилители обратной связи и определяют по выходным сигналам датчиков момента исправность электромеханических узлов гироскопа и обслуживающих его электронных устройств.

Кроме того, одновременно с подачей напряжения питания на электромеханические узлы гироскопа и обслуживающие его электронные устройства дают вращательный импульс гироузлу (например путем кратковременной подачи напряжения питания на гиромотор или он возникает из-за наличия возмущающих моментов относительно оси, совпадающей с осью вращения ротора гиромотора, в частности, моментов тяжения токоподводов, моментов статической неуравновешенности ГУ и др.) фиксируют колебания ГУ путем определения возникновения периодического знакопеременного изменения выходных сигналов датчиков момента, при этом, если разность максимального и минимального значений выходных сигналов датчиков момента соответствует величине рабочей зоны гироскопа, и если на интервалах времени O < t < T/2 и T/2 < t < T, где T - период колебаний ГУ, выходной сигнал изменяется плавно, переходя через экстремальное значение так, что скорость его изменения (произвольная) близка к нулю, в моменты времени вблизи T/2 n, где n - номер полупериода колебаний, соответствующие смене знака выходного сигнала, его величина изменяется скачкообразно так, что скорость его изменения (производная) близка к бесконечности, то фиксируют исправность блока стабилизатора напряжения, генератора опорной частоты, преобразователей напряжения, датчиков угла и момента, усилителей обратной связи, замыкания цепей обратной связи, отсутствие затирания контактирующих поверхностей в опорах карданова подвеса.

Работа по предлагаемому способу заключается к следующем.

Подают напряжение питания на обслуживающие трехстепенной гироскоп электронные устройства: преобразователи напряжения, генератор опорной частоты, блок стабилизаторов напряжения, а также на электромеханические узлы гироскопа: датчики угла и момента, установленные по координатным осям гироскопа, и усилители обратной связи. Одновременно с этим дают вращательный импульс ГУ, например, путем кратковременной подачи напряжения питания на гиромотор, или он возникает из-за наличия возмущающих моментов относительно оси вращения гиромотора.

В обесточенном состоянии гиромотора "апекс" гироскопа - точка пересечения оси вращения ротора с фазовой плоскостью, параллельной плоскости карданных осей, - может занимать произвольное положение в пределах рабочей зоны, находясь равновероятно в любой из четырех четвертей. Когда под действием вращательного импульса "апекс" гироскопа попадает в I или III четверти на фазовой плоскости, то под действием моментов, создаваемых датчиками моментов при замкнутых цепях обратной связи и нулевом кинематическом момента, возникает устойчивый процесс колебаний гироузла, которые фиксируют по возникновению периодического знакопеременного изменения выходных сигналов и сравнивают их с параметрами эталонной характеристики. С этой целью измеряют размах колебаний IV, т.е. разность максимального и минимального значений выходных сигналов датчиков момента, и оценивают скорость изменения выходных сигналов на различных участках периода колебаний. Если разность выходных сигналов соответствует величине рабочей зоны гироскопа и если на интервалах времени O < t < T/2 и T/2 < t < T, где T - период колебаний гироузла, выходной сигнал изменяется плавно, переходя через экстремальное значение, так что его производная близка к нулю, а в моменты времени, соответствующие смене знака выходного сигнала, происходит скачкообразное изменение его величины, так что производная близка к бесконечности, то фиксируют исправность блока стабилизаторов напряжения, генератора опорной частоты, преобразователей напряжения, датчиков угла момент, усилителей обратной связи, замыкание цепей обратной связи, отсутствие затирания контактирующих поверхностей в опорах карданова подвеса.

Использование предлагаемого способа обеспечивает быструю и надежную комплексную проверку работоспособности электромеханических узлов гироскопа и обслуживающих его электронных устройств.

Использование: в системах управления и ориентации косметического аппарата. Сущность изобретения: одновременно с подачей напряжения питания на электромеханические узлы гироскопа и его электронные устройства дополнительно воздействуют вращательным импульсом на гироузел в плоскости карданных осей гироскопа, фиксируют на гироузел в плоскости карданных осей гироскопа, фиксируют колебания гироузла путем определения возникновения периодического знакопеременного изменения выходных сигналов датчиков момента, по которым судят о работоспособности элементов трехстепенного гироскопа с электрической пружиной.

Способ контроля исправности трехстепенного гироскопа с электрической пружиной, содержащего гироузел в кардановом подвесе, ограничитель поворота гироузла, относительно корпуса, выполненный в виде втулки, и размещенного в ее отверстии штыря, разность радиусов которых определяет величину рабочей зоны гироскопа, включающий подачу напряжения питания на обслуживающие гироскоп электронные устройства и электромеханические узлы гироскопа и осуществление контроля по выходным сигналам гироскопа, отличающийся тем, что одновременно с подачей напряжения питания на электромеханические узлы гироскопа и обслуживающие его электронные устройства воздействуют вращательным импульсом на гироузел в плоскости карданных осей гироскопа, контролируют колебания гироузла по возникновению периодического знакопеременного изменения выходных сигналов датчиков момента и устанавливают исправность электромеханических узлов гироскопа и обслуживающих его электронных узлов, если разность максимального и минимального значений выходных сигналов датчиков момента соответствует величине рабочей зоны гироскопа и если на интервалах времени 0 < t < T/2 < T/2 < t < T, где T - период колебаний гироузла, выходной сигнал меняется плавно, переходя через экстремальное значение так, что скорость изменения выходного сигнала близка к нулю, а в моменты времени вблизи T/2 n, где n номер полупериода колебаний, соответствующие смене знака выходного сигнала, его величина изменяется скачкообразно так, что скорость изменения выходного сигнала близка к бесконечности.