Способ определения азимута платформы трёхосного гиростабилизатора по отклонению угла поворота гироскопа от расчётного значения Российский патент 2018 года по МПК G01C21/18 

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора, например, в навигационных системах различного назначения.

Известен способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора (ТГС) по углу прецессии гироблока [1]. Гироблок стабилизации платформы ТГС относительно одной из горизонтальных осей отключают от системы стабилизации, горизонтирование и стабилизацию платформы осуществляют с помощью акселерометра, отключаемого от датчика моментов гироблока и подключаемого к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации. Азимут платформы определяют путем обработки сигналов, снимаемых с широкодиапазонного кодового датчика углов поворота гироскопа этого гироблока. При измерениях платформа стабилизирована относительно вертикальной оси.

Основным недостатком этого способа является необходимость разработки гироблока с высокоточным широкодиапазонным датчиком углов поворота гироскопа.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения азимута платформы ТГС по углу поворота корпуса гироблока, лишенный этого недостатка [2]. При определении азимута платформы последнюю грубо приводят по азимуту к меридиану и в этом положении удерживают режимом "памяти", один из гироблоков системы стабилизации, вектор кинетического момента гироскопа которого направлен примерно на запад или на восток, используют в режиме двухстепенного гирокомпаса, а горизонтирование платформы также осуществляют с помощью акселерометра. Отличие заключается в том, что корпус гироблока системы стабилизации, работающего в режиме двухстепенного гирокомпаса, при измерениях вращают относительно платформы по азимуту вслед за поворотом гироскопа к меридиану. Поворот корпуса осуществляется следящей системой, состоящей из шагового двигателя, на вход которого поступают импульсы, частота следования которых пропорциональна сигналу, снимаемому с датчика углов гироблока. Угол поворота корпуса гироблока с точностью до погрешностей следящей системы соответствует углу поворота гироскопа. Поэтому отпадает необходимость применения широкодиапазонного датчика угла поворота гироскопа.

Однако использование следящей системы усложняет конструкцию ТГС. Кроме того, при работе системы в условиях действия возмущений возникают ошибки слежения. Систематические составляющие ошибок следящей системы непосредственно влияют на точность определения азимута платформы. Наличие случайных отклонений усложняет обработку измерительной информации и также влияет на точность.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков рассмотренных выше способов определения азимута платформы ТГС - повышение точности определения азимута, упрощение конструкции гироблока и упрощение алгоритмов определения азимута платформы. Задача решается тем, что корпус гироблока системы стабилизации, используемого в режиме двухстепенного гирокомпаса, при измерениях вращают шаговым двигателем в сторону меридиана по расчетной программе, соответствующей месту испытаний, а азимут платформы определяют путем обработки информации о сигналах, снимаемых с датчика углов гироблока, при этом платформу грубо приводят по азимуту к меридиану и в этом положении удерживают режимом "памяти", один из гироблоков отключают от системы стабилизации платформы и используют в режиме двухстепенного гирокомпаса, горизонтирование и стабилизацию платформы относительно соответствующей оси стабилизации осуществляют акселерометром путем отключения его от датчика моментов гироблока и подключения через усилитель к двигателю стабилизации.

Для пояснения сущности предложения рассмотрим динамическую модель движения гироскопа в компасном режиме, соответствующую модели, приведенной в прототипе:

где J - момент инерции гироскопа;

β - угол поворота гироскопа относительно платформы;

ƒ - коэффициент демпфирования;

Н - кинетический момент гироскопа;

Ω_Г, Ω_B - горизонтальная и вертикальная составляющие угловой скорости вращения Земли;

А₀ - азимут платформы;

δ^*, γ^* - статические ошибки системы горизонтирования платформы;

ω - скорость собственного ухода гироскопа.

При отсутствии возмущающих движение гироскопа факторов, то есть при А₀=δ^*=γ^*=ω=0, углы поворота гироскопа относительно платформы под действием гироскопического момента будут определяться уравнением

Зная параметры гироблока (J, ƒ, H) и горизонтальную составляющую Ω_Г угловой скорости вращения Земли в месте испытаний, можно заранее рассчитать углы β^* поворота гироскопа для всего времени измерений.

В реальных условиях функционирования ТГС при действии возмущений движение гироскопа будет незначительно отклоняться от расчетного движения на углы

Зависимость углов Δβ от возмущающих факторов можно установить из уравнения, которое получается после замены в уравнении (1) β=β^*+Δβ, учета малости углов Δβ, А₀, δ^*, γ^* и учета соотношения (2):

Знание этих углов в принципе дает возможность разработки алгоритмов определения точностных параметров ТГС, в том числе и азимута А₀. Для того чтобы использовать эту возможность, в новом способе предлагается реализовать углы Δβ, поворачивая корпус гироблока по азимуту с помощью шагового двигателя на расчетные углы β^*. Тогда с датчика углов гироблока будут сниматься сигналы, соответствующие углу Δβ, которые могут непосредственно использоваться в алгоритме определения азимута платформы.

В предлагаемом способе отпадает необходимость в применении широкодиапазонного датчика угла поворота гироскопа и в следящей системе. Конструкция гироблока практически не требует доработки. Шаговый двигатель реализует только плавно изменяющиеся углы поворота гироскопа к меридиану, а погрешности измерений, вносимые датчиком углов гироблока, меньше, чем погрешности широкодиапазонного датчика угла и следящей системы, что в конечном счете способствует повышению точности определения азимута платформы, которое так же упрощается, тем что отпадает необходимость расчета углов Δβ.

Таким образом, поставленная в предлагаемом способе цель достигается тем, что один из гироблоков системы стабилизации, установленный на горизонтируемой платформе, удерживаемой по азимуту режимом "памяти", используется как двухстепенный гирокомпас, корпус гироблока вращается шаговым двигателем в сторону меридиана по расчетной программе, соответствующей месту испытаний, а азимут платформы определяется путем обработки информации о сигналах, снимаемых с датчика углов гироблока.

Сравнительный анализ существенных признаков рассмотренных способов определения азимута и предлагаемого способа показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что не использует широкодиапазонный датчик углов в гироблоке, а также следящую систему, осуществляющую слежение корпуса гироблока за гироскопом, шаговый двигатель реализует повороты корпуса гироблока в сторону меридиана на заранее определенные расчетные углы, способ не требует доработок существующих двухстепенных гироблоков и ТГС, позволяет непосредственно использовать информацию о сигналах, снимаемых с датчика углов гироблока, для определения азимутального положения платформы ТГС.

Источники информации

1. RU №2324897, 2006 г.

2. RU №2513631, 2012 г.

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора, например, в навигационных системах различного назначения. Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора по отклонению угла поворота гироскопа от расчетного значения заключается в том, что платформу грубо приводят по азимуту к меридиану и в этом положении удерживают режимом "памяти", один из гироблоков отключают от системы стабилизации платформы и используют в режиме двухстепенного гирокомпаса. Горизонтирование и стабилизацию платформы относительно соответствующей оси стабилизации осуществляют акселерометром путем отключения его от датчика моментов гироблока и подключения через усилитель к двигателю стабилизации. При этом корпус гироблока системы стабилизации, используемого в режиме двухстепенного гирокомпаса, при измерениях вращают шаговым двигателем в сторону меридиана по расчетной программе, соответствующей месту испытаний, а азимут платформы определяют путем обработки информации о сигналах, снимаемых с датчика углов гироблока. Техническим результатом изобретения является повышение точности системы определения азимута платформы, упрощение конструкции и алгоритма определения азимута.

Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора по отклонению угла поворота гироскопа от расчетного значения, заключающийся в том, что платформу грубо приводят по азимуту к меридиану и в этом положении удерживают режимом "памяти", один из гироблоков отключают от системы стабилизации платформы и используют в режиме двухстепенного гирокомпаса, горизонтирование и стабилизацию платформы относительно соответствующей оси стабилизации осуществляют акселерометром путем отключения его от датчика моментов гироблока и подключения через усилитель к двигателю стабилизации, отличающийся тем, что корпус гироблока системы стабилизации, используемого в режиме двухстепенного гирокомпаса, при измерениях вращают шаговым двигателем в сторону меридиана по расчетной программе, соответствующей месту испытаний, а азимут платформы определяют путем обработки информации о сигналах, снимаемых с датчика углов гироблока.