Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа Российский патент 2017 года по МПК G01C19/24 

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

Известен резонансный способ управления подвесом ротора ЭСГ (П.И. Малеев. Новые типы гироскопов // Л.: Судостроение, 1971, стр. 17). Элементами подвеса при этом являются емкость силового электрода и индуктивность катушки, которые образуют последовательный резонансный контур. При этом контур запитывается 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 (П.И. Малеев. Новые типы гироскопов // Л.: Судостроение, 1971, 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 (патент РФ №233899), взятый за прототип, согласно которому в начале процесса взвешивания ротора создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из осей подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое в процессе паузы подвергают частотной коррекции. Результат коррекции складывают с опорным напряжением, сумму опорного напряжения и напряжения управления усиливают и подают на силовой электрод подвеса. Одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, разность опорного напряжения и напряжения управления усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса. При взвешенном роторе после окончания временной паузы в частотную коррекцию добавляют операцию интегрирования.

Недостатком способа является малая точность гироскопа, обусловленная появлением в рабочем зазоре подвеса посторонних частиц, нарушением формы ротора. Появление посторонних частиц, нарушение формы ротора происходит при ударах ротора, расположенного произвольным образом в зазоре между силовыми электродами, об упоры при подаче в момент взвешивания на силовые электроды одновременно опорного напряжения и напряжения управления. При этом за счет неравномерного распределения зазоров между ротором и электродами сила, сформированная подвесом, имеет две явно выраженные составляющие:

- составляющую, направленную по вектору силы тяжести, превышающую вес ротора (перемещает ротор вдоль вектора тяжести, компенсируя его вес);

- составляющую, направленную перпендикулярно вектору силы тяжести. Под действием этой составляющей ротор перемещается в зазоре в горизонтальном направлении до механического контакта с упором. При этом часто за счет сил, образованных подвесом, и сил упругости, возникающих при механическом контакте, происходит кратковременное самовозбуждение подвеса, происходят множественные удары ротора об упоры. При ударах ротора об упоры в вакуумной камере гироскопа могут появляться посторонние частицы, отделившиеся как от ротора, так и от упоров. Кроме того, при ударах ротора по упорам нарушается форма ротора. Особенно в гироскопах с тонкостенным ротором. Наличие этих возмущающих факторов уменьшает точность гироскопа.

Заявляемое изобретение решает задачу совершенствования способа управления подвесом ЭСГ.

Техническим результатом заявляемого изобретения являются обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

Для решения поставленной задачи в способе управления подвесом ротора ЭСГ, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции. Результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса. Одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса. Введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора, гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости.

Работа устройства по предлагаемому способу происходит следующим образом. Гироскоп перед взвешиванием ротора устанавливают в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна. При этом ротор ложится на упоры, расположенные вокруг нижнего силового электрода, и располагается симметрично в зазоре силовых электродов, оси которых лежат в плоскости горизонта. Создают временную паузу, в течение которой на силовые электроды подается только опорное напряжение. Со стороны подвеса формируется сила, определяемая величиной зазоров между ротором и силовыми электродами. По вертикальной оси подвеса на ротор действует составляющая силы, прижимающая его к упорам нижнего силового электрода, так как зазор между нижним электродом и ротором минимален. Составляющая силы со стороны электродов, оси которых расположены в плоскости горизонта, вследствие центрирования ротора в зазоре равна (близка) нулю. После окончания временной паузы начинается процесс взвешивания ротора. При этом измеряют смещение ротора из центра подвеса по каждой оси. Преобразуют это смещение в напряжение управления. Затем осуществляют частотную коррекцию измеренного напряжения. Результат частотной коррекции после окончания временной паузы складывают с опорным напряжением одного силового электрода и вычитают из опорного напряжения другого (противоположного) силового электрода. При этом сила, сформированная опорными напряжениями на силовых электродах вертикальной оси подвеса во время паузы, начинает плавно изменяться, поднимая ротор с нижнего электрода до центра подвеса. По другим осям ротор остается практически неподвижен вследствие того, что был отцентрирован во время паузы. В результате суммарная составляющая сил, перемещающая ротор в горизонтальном положении и являющаяся причиной появления процесса самовозбуждения, равна нулю. Удары ротора об упоры при взвешивании отсутствуют, что обеспечивает сохранность его формы, исключает вероятность образования и попадания в рабочий зазор посторонних частиц.

Таким образом, поставленная цель достигнута.

На предприятии предлагаемый способ экспериментально проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого технического решения при производстве гироскопов с электростатическим подвесом ротора.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости. Технический результат – обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, отличающийся тем, что перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазорах между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости.