Способ определения погрешности двухстепенного гироблока Российский патент 2017 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных гироблоков.

Известно, что с механической точки зрения, такие гироблоки представляют собой многомассовые динамические системы, функционирующие в условиях различных (внешних и внутренних) периодических воздействий [Е.А. Никитин, С.А. Шестов, В.А. Матвеев. Гироскопические системы, часть III // М.: Высшая школа, 1988, стр. 117]. К источникам внутренних периодических воздействий можно отнести: несбалансированность ротора гиромотора, наличие дефектов в элементах газодинамической опоры. При частотах воздействий, близких к частотам собственных колебаний конструкции гироблока, появляются резонансы, приводящие к увеличению его погрешности.

Известен способ определения погрешностей двухстепенного гироблока [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, стр. 358-367], заключающийся в выполнении следующих технологических операций:

1. Установка гироблока на платформе одноосного гиростабилизатора.

2. Выставка платформы в положение, при котором измерительная ось гироблока перпендикулярна плоскости меридиана, ось прецессии направлена по вертикали.

3. Включение гироблока в качестве чувствительного элемента одноосного гиростабилизатора. При этом датчик угла гироблока через усилитель-преобразователь замыкается на обмотку управления электродвигателя, установленного на оси стабилизации платформы.

4. Включение источника питания гиромотора. При этом ротор гиромотора разгоняется до рабочей (начальной) скорости вращения, равной номинальной, рассчитанной при проектировании гиромотора.

5. Измерение сигнала датчика угла гиростабилизатора (пропорционального скорости ухода гироблока) при номинальной скорости вращения ротора гиромотора.

6. Определение погрешности гироблока сравнением результатов измерений с эталонным значением. В данной ориентации за эталонное значение скорости ухода принимается значение, равное нулю.

7. Повторение операций по пп. 5 и 6 при нескольких фиксированных значениях скорости вращения ротора гиромотора. Фиксированные значения скорости вращения ротора задавались установкой значения частоты напряжения источника питания гиромотора.

8. Выключение гироблока, выключение его гиромотора, выключение гиростабилизатора.

9. Определение составляющей погрешности гироблока, обусловленной наличием резонансных частот в конструкции гироблока, по ее изменению (увеличению/уменьшению) в результатах измерений.

Недостатками способа являются:

1. Малая достоверность. При дискретном изменении частоты вращения ротора имеется вероятность пропуска частот, совпадающих с резонансными частотами конструкции.

2. Значительная трудоемкость, обусловленная необходимостью проведения многократных изменений параметра (частоты) источника питания гиромотора, необходимостью многократного включения/выключения гиромотора, проведения многократных измерений сигнала датчика угла гиростабилизатора.

3. Необходимость при проведении испытаний в сложном дорогостоящем оборудовании - гиростабилизаторе.

Известен также способ определения погрешности двухстепенного гироблока [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, стр. 367-371], который принимаем за прототип, заключающийся в выполнении следующих технологических операций:

1. Установка гироблока на платформе неподвижного относительно Земли поворотного устройства (например, делительной головки).

2. Выставка платформы поворотного устройства в положение, при котором измерительная ось гироблока перпендикулярна плоскости меридиана, а ось прецессии направлена по вертикали.

3. Включение гироблока в режим обратной связи по току датчика момента. При этом датчик угла гироблока через усилитель-преобразователь замыкается на датчик момента.

4. Включение источника питания гиромотора. При этом ротор гиромотора разгоняется до номинальной (начальной), рассчитанной при проектировании гиромотора скорости (частоты) вращения.

5. Измерение тока в цепи датчика момента обратной связи (пропорционального скорости ухода) при заданной частоте вращения ротора гиромотора.

6. Определение погрешности гироблока сравнением результатов измерений с эталонным значением. В данной ориентации за эталонное значение скорости ухода принимается значение, равное нулю.

7. Повторение операций по пп. 5 и 6 при нескольких фиксированных значениях скорости вращения ротора гиромотора.

8. Выключение гироблока, его обратной связи, выключение гиромотора.

9. Определение составляющей погрешности гироблока, обусловленной наличием резонансных частот в конструкции гироблока, по ее изменению (увеличению/уменьшению) в результатах измерений.

Недостатками способа являются:

1. Малая достоверность. При дискретном изменении частоты вращения ротора имеется вероятность пропуска частот, совпадающих с резонансными частотами конструкции.

2. Значительная трудоемкость, обусловленная необходимостью проведения многократных изменений параметра (частоты) источника питания гиромотора, необходимостью многократного включения/выключения гиромотора, проведения многократных измерений выходного сигнала (тока в цепи датчика момента) гироблока.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса разработки и изготовления двухстепенных гироблоков.

Достигаемый технический результат:

- повышение достоверности результатов определения погрешности гироблока,

- уменьшение трудоемкости определения погрешности гироблока.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения погрешности двухстепенного гироблока, заключающемся: в установке гироблока на неподвижном основании; выставке оси прецессии в вертикальное положение; выставке измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана; замыкании цепи обратной связи датчик угла - усилитель-преобразователь - датчик момента; включении гиромотора; разгоне ротора до начальной скорости вращения; измерении тока в цепи датчика момента и измерении скорости вращения ротора, выключении гиромотора; начальное значение скорости вращения ротора гиромотора устанавливают на 10-30% выше значения его номинальной скорости, а ток в цепи обратной связи и скорость вращения ротора измеряют непрерывно на его выбеге.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема включения двухстепенного поплавкового гироблока для проведения испытаний.

На фиг. 2 приведен график зависимости погрешности выходного сигнала гироблока от частоты вращения ротора гиромотора, полученный экспериментальным путем (ΔIдм=f(F)).

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - двухстепенной (поплавковый) гироблок;

2 - платформа поворотного основания (далее - платформа);

3 - поворотное основание;

4 - гиромотор;

5 - источник питания гиромотора (далее - источник питания);

6 - датчик угла гироблока (далее - датчик угла);

7 - усилитель-преобразователь обратной связи (далее - усилитель - преобразователь);

8 - датчик момента гироблока (далее - датчик момента);

9 - график зависимости погрешности выходного сигнала гироблока ΔIдм=f(F);

10 - участок графика зависимости погрешности ΔIдм=f(F) с резонансом конструкции;

ΔIдм=(Iдм-Iдмэ) - погрешность выходного сигнала гироблока;

Iдм - измеряемое в цепи датчика момента 8 обратной связи значение тока;

Iдмэ - эталонное значение тока;

F - частота вращения ротора гиромотора;

Fн - начальная частота вращения ротора гиромотора;

Fo - резонансная частота конструкции гироблока;

ОХ - ось прецессии гироблока;

OY - измерительная ось гироблока;

OZ - ось вращения ротора гиромотора.

Реализация предлагаемого способа осуществляется при выполнении следующей последовательности технологических операций:

1. Установка гироблока 1 (фиг. 1) на платформе 2 неподвижного относительно Земли поворотного основания 3 (например, делительной головки).

2. Выставка поворотного основания 3 в положение, при котором измерительная ось OY гироблока 1 перпендикулярна плоскости меридиана, ось ОХ прецессии - ориентирована по вертикали.

3. Включение гироблока 1 в режим обратной связи. При этом датчик угла 6 гироблока 1 через усилитель-преобразователь 7 замыкается на датчик момента 8. Через датчик момента 8 начнет протекать ток Iдм.

4. Включение источника питания 5 гиромотора 4.

5. Разгон ротора гиромотора 4 до начальной скорости (частоты Fн) вращения на 10-30% больше номинальной скорости. Необходимость в разгоне выше номинальной скорости обусловлена тем, что резонанс конструкции, который влияет на точность гироблока 1, может находиться как ниже, так и выше номинальной скорости вращения ротора.

6. Выключение источника питания 5 гиромотора 4. При этом ротор гиромотора 4 начнет выбегать.

7. Одновременное непрерывное измерение в процессе выбега ротора гиромотора 4 выходного сигнала гироблока 1 (тока Iдм в цепи датчика момента 8, пропорционального скорости ухода гироблока) и измерение частоты F вращения ротора гиромотора 4.

8. Определение погрешности ΔIдм выходного сигнала гироблока 1 путем вычитания из измеренных значений Iдм эталонного значения Iдмэ. За эталонное значение Iдмэ в данной ориентации принимается значение тока равное нулю.

9. Построение графика 9 зависимости погрешности выходного сигнала гироблока 1 от частоты вращения ротора гиромотора (фиг. 2).

10. Определение на графике 9 участка 10 с резким изменением значений погрешности выходного сигнала ΔIдм.

11. Определение соответствующих этим участкам резонансных частот Fo конструкции гироблока 1.

При реализации способа:

Нижний предел повышения начального значения скорости вращения ротора гиромотора, равный 10%, устанавливается с целью исключения влияния переходного процесса, возникающего в результате выключения гиромотора, на результаты определения погрешности в заданном диапазоне скоростей.

Верхний предел, равный 30%, повышения скорости вращения ротора ограничивается конструктивными особенностями опоры ротора гиромотора. В гироблоках, например, с газодинамическими опорами ротора гиромотора, дальнейшее повышение скорости вращения ротора повышает вероятность потери устойчивости и, соответственно, ведет к увеличению времени испытаний.

По сравнению со способом, принятым за прототип, предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Более высокая достоверность результатов измерений. Непрерывное изменение выходного сигнала гироблока с одновременным измерением скорости вращения ротора на его выбеге исключает возможность пропуска резонансных явлений.

2. Меньшая трудоемкость. Это обусловлено тем, что при измерении выходного сигнала гироблока на выбеге ротора гиромотора исчезает необходимость в проведении многократных изменениях параметров источника питания гиромотора, в многократных включениях/выключениях гиромотора, необходимость в длительных многократных измерениях выходного сигнала гироблока.

Таким образом, поставленная цель достигнута.

На предприятии АО «Концерн ЦНИИ «Электроприбор» предлагаемый способ проверен на двухстепенных поплавковых гироблоках. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого технического решения в производстве.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных гироблоков. Предложенный способ определения погрешности двухстепенного гироблока заключается: в установке гироблока на неподвижном основании; выставке оси прецессии в вертикальное положение; выставке измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана; замыкании цепи обратной связи датчик угла - усилитель-преобразователь - датчик момента; включении гиромотора; разгоне ротора до начальной скорости вращения; измерении тока в цепи датчика момента и измерении скорости вращения ротора, выключении гиромотора; начальное значение скорости вращения ротора гиромотора устанавливают на 10-30% выше значения его номинальной скорости, а ток в цепи обратной связи и скорость вращения ротора измеряют непрерывно на его выбеге. От реализации заявленного способа достигается технический результат, заключающийся в повышении достоверности результатов определения погрешности гироблока, уменьшении трудоемкости определения погрешности гироблока. 2 ил.

Способ определения погрешности двухстепенного гироблока, заключающийся в установке гироблока на неподвижном основании, выставке оси прецессии в вертикальное положение, измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана, замыкании цепи обратной связи датчик угла - усилитель-преобразователь - датчик момента, включении гиромотора, разгоне ротора до начальной скорости вращения, измерении тока в цепи датчика момента и измерении скорости вращения ротора, выключении гиромотора, отличающийся тем, что начальное значение скорости вращения ротора гиромотора устанавливают на 10-30% выше значения его номинальной скорости, а ток в цепи обратной связи и скорость вращения ротора измеряют непрерывно на его выбеге.