СПОСОБ НАСТРОЙКИ ГИРОСКОПА Российский патент 2005 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопическим приборам.

Известен способ настройки и проверки гироскопов [1], при котором корпус гироскопа устанавливают в различные положения относительно сторон света и плоскости горизонта, измеряют составляющие скоростей прецессии, по результатам измерений определяют коэффициенты моделей погрешностей гироскопа.

Известен способ проверки трехстепенного гироскопа в вертикальном положении [2], при котором главная ось гироскопа (ось вращения ротора) расположена вертикально, а измерительные оси расположены в плоскости горизонта, включающий измерение параметра измерительными осями гироскопа, например измерение входной угловой скорости, обработку результатов измерений с целью определения систематической составляющей скорости дрейфа гироскопа, случайной составляющей скорости дрейфа гироскопа в запуске, изменения систематической составляющей скорости дрейфа от запуска к запуску и сравнение их с заданными значениями (эталоном).

Недостатком известных способов настройки и проверки гироскопов является недостаточная точность работы гироскопа.

Указанное связано с тем, что выбор рабочей оси задается разработчиком гироскопа или особенностями разрабатываемой на базе данного гироскопа конструкции и носит произвольный по отношению к точности рабочей оси характер.

В то же время практика работы с гироскопами, имеющими несколько измерительных осей, например две, в частности с динамически настраиваемыми гироскопами (ДНГ), показывает, что обычно одна из измерительных осей при одинаковых условиях работы, например расположение относительно сторон света и плоскости горизонта, обеспечивает лучшие точностные характеристики.

Изобретение направлено на повышение качества настройки гироскопа путем обеспечения выбора точной рабочей оси при одинаковых условиях работы его измерительных осей и как следствие повышение точности работы устройств на базе гироскопов.

Это достигается тем, что в известном способе настройки гироскопа в вертикальном положении, при котором главная ось гироскопа расположена вертикально, а измерительные оси расположены в плоскости горизонта, включающем измерение параметра измерительными осями гироскопа, после первого измерения параметра измерительными осями гироскопа фиксируют положение вертикальной плоскости, содержащей одну из измерительных осей, проводят разворот корпуса гироскопа в положение, при котором другая измерительная ось расположена в зафиксированной вертикальной плоскости, и проводят второй замер параметра измерительными осями гироскопа или проводят серию последовательных разворотов корпуса, при которых каждая из измерительных осей последовательно располагается в зафиксированной вертикальной плоскости, и в каждом положении проводят измерение параметра измерительными осями гироскопа, после чего сравнивают результаты измерений параметра во всех положениях с эталоном для данного положения или обрабатывают результаты измерений параметра для определения показателя точности его измерения разными измерительными осями в каждом положении, после чего сравнивают показатели точности измерения во всех положениях между собой и по результатам сравнения параметра с эталоном или показателей точности между собой измерительную ось, имеющую лучшие точностные показатели, фиксируют как точную рабочую ось, а последующее измерение параметра гироскопом проводят точной рабочей осью.

Возможность реализации предлагаемого способа поясняется таблицей, на которой представлены данные замеров случайной составляющей скорости дрейфа в запуске гироскопов в вертикальном положении.

Сущность предлагаемого способа рассмотрим на примере настройки трехстепенного гироскопа, например ДНГ.

В соответствии с моделью погрешностей ДНГ [3] его уходы определяются точностью и качеством изготовления ротора и его карданова подвеса.

При наличии геометрических погрешностей изготовления ротора и карданова подвеса, неравножесткости упругих торсионов карданова подвеса уходы гироскопа возникают в результате воздействия линейных и угловых вибраций и ускорений по его осям.

Причинами возникновения линейных и угловых вибраций могут быть геометрические погрешности шарикоподшипниковых опор вала карданова подвеса, осевой и радиальный дисбаланс ротора, воздействие линейных и угловых вибраций со стороны объекта, в составе которого эксплуатируется гироскоп.

В общем случае уходы ДНГ по его измерительным осям являются некоторой функцией факторов линейных ускорений a_x, a_y, a_z, линейных a_x ^nΩ, a_y ^nΩ, a_z ^nΩ и угловых θ_х ^nΩ, θ_у ^nΩ, θ_z ^nΩ вибраций, осциллирующего момента m^nΩ, действующих по осям х, у, z гироскопа, на частотах, кратных частоте вращения Ω ротора и их фазовых характеристик ε_х ^nΩ, ε_y ^nΩ, ε_z ^nΩ, ϕ_х ^nΩ, ϕ_у ^nΩ, ϕ_z ^nΩ, w^nΩ, причем коэффициентами пропорциональности указанных факторов являются факторы точности δА_х, δА_у, δA_z и качества δK_x, δK_y, δK_z изготовления ротора и карданова подвеса гироскопа по осям х, у, z.

Часть указанных факторов при работе гироскопа на объекте может быть детерминированными функциями времени, например величины ускорения свободного падения g и осциллирующего момента m^nΩ, вибрации со стороны шарикоподшипниковых опор вала карданова подвеса, что приводит к формированию систематических уходов по осям гироскопа.

Часть факторов является случайными функциями от запуска к запуску, но детерминированными в запуске гироскопа, например фазовые характеристики ε_х ^nΩ, ε_у ^nΩ, ε_z ^nΩ, ϕ_х ^nΩ, ϕ_у ^nΩ, ϕ_z ^nΩ вибраций, что приводит к изменению систематических уходов гироскопа от запуска к запуску.

Случайными функциями времени могут быть факторы внешних линейных ускорений a_x, a_y, a_z, линейных a_x ^nΩ, a_y ^nΩ, a_z ^nΩ и угловых θ_х ^nΩ, θ_y ^nΩ, θ_z ^nΩ вибраций на частотах, кратных частоте вращения Ω ротора, и их фазовых характеристик ε_х ^nΩ, ε_y ^nΩ, ε_z ^nΩ, ϕ_х ^nΩ, ϕ_у ^nΩ, ϕ_z ^nΩ, действующих со стороны объекта, или их изменение из-за действия неучтенных факторов. Воздействие случайных факторов приводит к формированию случайных уходов гироскопа.

Ввиду того что изменение факторов точности δA_x, δA_y, δA_z и качества δК_х, δК_у, δK_z изготовления ротора и карданова подвеса гироскопа в пределах технологических допусков носит случайный характер, их случайная комбинация может приводить к тому, что одна из осей гироскопа в одинаковых условиях их работы будет иметь лучшие характеристики либо по систематическому уходу, либо по изменению систематического ухода от запуска к запуску, либо по случайному уходу.

Для идентификации оси, имеющей лучшие точностные характеристики, в предлагаемом способе трехстепенной гироскоп устанавливается в семейство вертикальных положений, например (1,...4), характеризуемых тем, что главная ось, перпендикулярная измерительным, расположена вертикально, а измерительные оси расположены в плоскости горизонта. Для роторных гироскопов главная ось совпадает с осью вращения ротора. В указанных вертикальных положениях производится измерение параметра гироскопом, например входной угловой скорости (ω₁,...ω₄), разными измерительными осями в одинаковых условиях их работы.

Одинаковые условия работы измерительных осей гироскопа при настройке обеспечиваются их фиксированным расположением относительно сторон света и плоскости горизонта, что достигается фиксацией положения вертикальной плоскости, содержащей одну из измерительных осей, и разворотами корпуса гироскопа в положения, в которых измерительные оси последовательно располагаются в зафиксированной вертикальной плоскости.

Одинаковые условия работы измерительных осей, в которых они одинаково ориентированы относительно сторон света, обеспечивают лучшую достоверность сравнения результатов измерений с эталоном или между собой и, следовательно, повышают качество предлагаемой настройки гироскопа.

Выбор точной рабочей оси гироскопа может производиться на основании сравнения как прямых, так и косвенных измерений параметра, например напрямую измеряемой гироскопом угловой скорости (ω₁,...ω₄) с ее известным в заданном положении эталонным значением ω_эт, либо путем обработки измерений (ω₁,...ω₄) с определением показателей точности гироскопа, например систематических составляющих ухода (ω_сист1,...ω_сист4), изменения систематических составляющих ухода от запуска к запуску (Δω_сист1,...Δω_сист4), случайных составляющих ухода (ω_сл1,...ω_сл4) и сравнения их между собой. Косвенным параметром для выбора точной оси может быть, например, угол курса, вырабатываемый с помощью гироскопа. Измерительную ось, для которой разница с эталоном или ω_сист, или Δω_сист, или ω_сл, или ошибка в определении угла курса имеют наименьшее значение, выбирают в качестве рабочей, а дальнейшие измерения гироскопом проводят выбранной точной рабочей осью.

В качестве экспериментальной проверки предлагаемого способа использованы результаты замеров случайной составляющей скорости дрейфа динамически настраиваемых гироскопов ГВК-6 в вертикальном положении при приемосдаточных испытаниях, приведенные в таблице.

Из результатов замеров следует, что в подавляющем числе запусков одна из измерительных осей гироскопа ГВК-6 обладает лучшими точностными характеристиками, что позволяет выбрать ее в качестве точной рабочей оси. Использование для измерений в составе прибора точной рабочей оси позволяет повысить общую точность работы гироскопического устройства.

Реализация способа возможна как непосредственно при работе гироскопа в составе гироскопического прибора путем обеспечения в конструкции возможности разворотов гироскопа вокруг вертикальной оси, организации соответствующего алгоритма управления и обработки данных с гироскопа, так и на этапе изготовления гироскопического прибора при предварительной настройке и проверке гироскопа в составе технологической контрольно-проверочной аппаратуры путем паспортизации точной оси.

Необходимо отметить, что заявляемый способ может применяться не только к ДНГ, но и к другим типам гироскопических чувствительных элементов, например, твердотельным гироскопам, многоосным измерительным блокам на лазерных, волоконно-оптических гироскопах.

Библиографические данные

1. Ригли У., Холлистер У. М., Денхард У. Дж. Теория, проектирование и испытания гироскопов. Пер. с англ. под ред. канд. физ.-мат. наук С.А.Харламова. М.: Мир, 1972.

2. Гироскоп с внутренним карданом ГБ-6С. Технические условия ПИКВ.408111.008 ТУ, ОАО ПНППК, 1998.

3. Брозгуль Л.И. Динамически настраиваемые гироскопы: Модели погрешностей для систем навигации. - М.: Машиностроение, 1989. - 232 с.

Значения случайной составляющей скорости дрейфа в запуске гироскопов ГВК-6 в вертикальном положенииГироскоп (запуск)Случайная составляющая скорости дрейфа, град/часТочная ось в запускеИзмерительная ось121+0.009+0.00722+0.009+0.00623-0.018+0.00324-0.015-0.02215(1)+0.010+0.00225(2)+0.013+0.00826-0.013-0.00327+0.004+0.00228+0.048-0.05019+0.028-0.005210-0.029-0.001211-0.007+0.0071,2

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопическим приборам. Технический результат - повышение точности работы устройств на базе гироскопов. Для достижения технического результата при настройке гироскопа в вертикальном положении проводится идентификация оси, имеющей лучшие точностные характеристики, по результатам измерений параметра, например входной угловой скорости, в семействе вертикальных положений разными измерительными осями в одинаковых условиях их работы. 1 табл.

Способ настройки гироскопа в вертикальном положении, при котором главная ось гироскопа расположена вертикально, а измерительные оси расположены в плоскости горизонта, включающий измерение параметра измерительными осями гироскопа, отличающийся тем, что после первого измерения параметра измерительными осями гироскопа фиксируют положение вертикальной плоскости, содержащей одну из измерительных осей, проводят разворот корпуса гироскопа в положение, при котором другая измерительная ось расположена в зафиксированной вертикальной плоскости, и проводят второй замер параметра измерительными осями гироскопа или проводят серию последовательных разворотов корпуса, при которых каждая из измерительных осей последовательно располагается в зафиксированной вертикальной плоскости, и в каждом положении проводят измерение параметра измерительными осями гироскопа, после чего сравнивают результаты измерений параметра во всех положениях с эталоном для данного положения или обрабатывают результаты измерений параметра для определения показателя точности его измерения разными измерительными осями в каждом положении, после чего сравнивают показатели точности измерения во всех положениях между собой и по результатам сравнения параметра с эталоном или показателей точности между собой измерительную ось, имеющую лучшие точностные показатели, фиксируют как точную рабочую ось, а последующее измерение параметра гироскопом проводят точной рабочей осью.