СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВЕСОМ РОТОРА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА Российский патент 2008 года по МПК G01C19/24 

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров двигающихся объектов.

Известен резонансный способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. П.И.Малеев. Новые типы гироскопов. - Л.: Судостроение, 1971, стр.17). Элементами подвеса при этом является емкость силового электрода и индуктивность катушки, которые образуют последовательный резонансный контур. При этом запитывается контур переменным синусоидальным напряжением с частотой, превышающей резонансную частоту резонансного контура. В случае увеличения расстояния от ротора до силового электрода уменьшается емкость силового электрода, возрастает резонансная частота контура, растет амплитуда переменного напряжения на силовом электроде, растет сила, действующая со стороны электрода на ротор, и ротор возвращается в первоначальное положение, таким образом, подвес ротора осуществляется автоматически.

Недостатком такого способа является малая точность поддержания положения ротора в подвесе, зависящая от величины добротности резонансного контура.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. там же, стр.15), согласно которому преобразуют смещение ротора из центра подвеса в постоянное напряжение, производят частотную коррекцию полученного напряжения для создания опережения по фазе, усиливают результат коррекции, затем складывают результат усиления с опорным напряжением. Результат сложения подают на один силовой электрод подвеса, также результат усиления вычитают из опорного напряжения и результат вычитания подают на другой силовой электрод подвеса.

Недостатком такого способа является наличие операций сложения и вычитания высоковольтных напряжений, которые подают на силовые электроды. Данные напряжения составляют по величине 1-2 кВ, что трудно реализовать на современной электронике.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. Теория и применение электромагнитных подвесов. - М.: Машиностроение, 1980, стр.51, 52, 245), согласно которому вдоль каждой из осей подвеса преобразуют смещение ротора из центра подвеса в электрическое напряжение. Напряжение для обеспечения опережения по фазе подвергают операции дифференцирования. Результат складывают или вычитают из постоянного опорного напряжения. Результат сложения усиливают и подают на один силовой электрод, а результат вычитания усиливают и подают на другой силовой электрод.

Недостатком такого способа является зависимость положения ротора в подвесе от величины и направленности действия внешнего ускорения (силы тяжести). При смещении ротора меняются моменты сил, действующие на ротор, ухудшается точность гироскопа.

Заявляемое изобретение решает задачу создания способа управления подвесом ЭСГ, которое обеспечивает повышение точности гироскопа.

Для решения поставленной задачи предлагается способ управления подвесом ЭСГ, согласно которому вначале при взвешивании ротора вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают операции дифференцирования, при этом величину результата дифференцирования складывают или вычитают из величины постоянного опорного напряжения, затем усиливают величины двух два напряжений и подают их на соответствующие силовые электроды подвеса и вводится последовательность действий, согласно которой после взвешивания ротора в подвесе создают временную паузу, после окончания которой результат операции дифференцирования электрического напряжения подвергают операции интегрирования.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение взвешивания без возбуждения подвеса, а при работающем подвесе обеспечение астатизма, когда положение ротора в подвесе не зависит от величины и направления действия внешнего ускорения.

Работа по предложенному способу происходит следующим образом.

Вначале при взвешивании ротора по каждой оси подвеса определяют в виде электрического напряжения величину смещения ротора из среднего положения между силовыми электродами подвеса, причем знак полученного напряжения определяет смещение ротора в направлении оси или против нее. Затем полученную величину напряжения подвергают операции дифференцирования для создания опережения по фазе, что обеспечивает устойчивость системе управления подвесом.

После чего величину результата дифференцирования складывают с опорным напряжением, величина которого больше максимально возможного значения напряжения дифференцирования. Затем усиливают результат сложения. Полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса.

Кроме того, результат дифференцирования вычитают из опорного напряжения. Затем усиливают результат вычитания. Полученное усиленное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса.

При этом замыкается отрицательная обратная связь в подвесе, когда при начальном смещении ротора из центра подвеса создают напряжения на силовых электродах подвеса, которые перемещают ротор в центр подвеса. При нахождении ротора в центре подвеса напряжения на силовых электродах равны между собой при условии отсутствия внешнего ускорения, действующего вдоль этой оси подвеса.

Однако в условиях воздействия на подвес внешнего ускорения (силы тяжести) ротор смещается из центра подвеса на такую величину, при которой создают на силовых электродах не равные между собой напряжения, разница которых компенсирует внешние ускорения.

Смещение ротора из центра создает уводящие моменты, действующие на ротор, что снижает точность работы гироскопа. Однако взвешивание ротора из начального положения на упорах в центр подвеса происходит плавно без возбуждения, без ударов о противоположные упоры.

После окончания процесса взвешивания ротора в течение определенного промежутка времени (паузы) в подвесе заканчиваются переходные процессы. После окончания паузы начинают дополнительно производить операцию интегрирования над результатом операции дифференцирования. Причем интегрирование производят в диапазоне частот на порядок меньших, чем операции дифференцирования. В результате чего после операции интегрирования образуют постоянный сигнал, с помощью которого на силовых электродах создают постоянную разницу напряжений, которая компенсирует действующее на подвес постоянное внешнее ускорение. При этом ротор перемещают в центр подвеса. При нахождении ротора в центре подвеса уводящие моменты, действующие на ротор, минимизируются.

Включение операции интегрирования одновременно с началом процесса взвешивания ротора часто приводит к самовозбуждению подвеса, при котором ротор ударяется об упоры, расположенные равномерно по всей поверхности сферы подвеса с целью недопущения касания ротора силовых электродов. Возбуждение подвеса происходит за счет сочетания низкочастотных свойств операции интегрирования и ограничения упорами диапазона свободного перемещения ротора.

При ударах об упоры ротор в вакуумной камере гироскопа могут появляться продукты износа как ротора, так и упоров и, как следствие, нестабильность электрического заряда ротора. Поэтому в заявляемом способе вводят паузу между началом взвешивания ротора и началом операции интегрирования. В результате чего взвешивание ротора осуществляют плавно без возбуждения, а при последующем включении операции интегрирования повышают точность гироскопа путем размещения ротора в центре подвеса.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов. Способ заключается в том, что вначале при взвешивании ротора вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают операции дифференцирования. Величину результата складывают или вычитают из величины постоянного опорного напряжения, затем усиливают величины двух напряжений и подают их на соответствующие силовые электроды подвеса. После взвешивания ротора в подвесе создают временную паузу, после окончания которой результат операции дифференцирования электрического напряжения подвергают операции интегрирования. Изобретение позволяет взвешивать ротор без возбуждения подвеса, при этом обеспечивается расположение ротора точно в центре между силовыми электродами, что повышает точность гироскопа.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому вначале при взвешивании ротора вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают операции дифференцирования, величину результата дифференцирования складывают с опорным напряжением, величина которого больше максимально возможного значения напряжения дифференцирования, усиливают результат сложения, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, кроме того, результат дифференцирования вычитают из опорного напряжения, усиливают результат вычитания и полученное усиленное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, отличающийся тем, что после взвешивания ротора создают временную паузу, в течение которой в подвесе заканчиваются переходные процессы, после окончания которой результат операции дифференцирования подвергают операции интегрирования, причем частоты диапазона, в котором производят интегрирование, на порядок меньше, чем при дифференцировании, в результате чего образуют постоянный сигнал, с помощью которого на силовых электродах создают постоянную разницу напряжений, которая компенсирует действующее на подвес постоянное внешнее ускорение.