Способ определения погрешности двухстепенного гироблока Российский патент 2019 года по МПК G01C25/00 G01C19/02 

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 погрешности двухстепенного гироблока [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард // Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, стр. 367-371], заключающийся в выполнении следующих технологических операций:

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

2. Выставка гироблока путем разворота платформы поворотного основания (вместе с гироблоком) в положение, при котором измерительная ось гироблока перпендикулярна плоскости меридиана, а его продольная ось направлена по вертикали.

3. Включение гироблока в режим обратной связи по моменту. При этом выходной сигнал датчика угла гироблока, через усилитель-преобразователь, подается на датчик момента гироблока.

4. Включение источника питания гиромотора гироблока.

5. Разгон ротора гиромотора до номинальной (рассчитанной при проектировании) частоты вращения (далее - скорости вращения).

6. Измерение, после разгона ротора гиромотора, тока протекающего в обмотке датчика момента, величина которого пропорциональна действующему относительно оси подвеса гирокамеры гироблока моменту.

7. Выключение источника питания гиромотора.

8. Изменение параметров источника питания, определяющих скорость вращения ротора гиромотора.

9. Повторение операций по пп. 4-8 при нескольких фиксированных значениях скорости вращения ротора гиромотора.

10. Построение графика зависимости измеренных значений тока в обмотке датчика момента от скорости вращения ротора гиромотора.

11. Определение составляющей погрешности гироблока, обусловленной наличием резонансов в конструкции гироблока, по изменению формы графика, в частности, по наличию/отсутствию на графике отдельных участков с увеличенным/уменьшенным значением тока.

Недостатками способа являются:

1. Малая достоверность. При дискретном изменении скорости вращения ротора имеется вероятность пропуска задаваемых скоростей вращения ротора гиромотора, совпадающих с резонансными частотами конструкции.

2. Значительная трудоемкость, обусловленная необходимостью проведения многократных изменений параметров источника питания гиромотора, определяющих скорость вращения ротора и, соответственно, необходимостью проведения многократных измерений тока в обмотке датчика момента гироблока.

Известен также способ определения погрешности двухстепенного гироблока [Патент РФ №2638176], заключающийся в выполнении следующих технологических операций:

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

2. Выставка гироблока путем разворота платформы поворотного основания (вместе с гироблоком) в положение, при котором измерительная ось гироблока перпендикулярна плоскости меридиана, а его продольная ось направлена по вертикали.

3. Включение гироблока в режим обратной связи по моменту. При этом выходной сигнал датчика угла гироблока, через усилитель-преобразователь, подается на датчик момента гироблока.

4. Включение источника питания гиромотора.

5. Разгон ротора гиромотора до скорости вращения на 10-30% выше определенной при проектировании гиромотора гироблока.

6. Выключение источника питания гиромотора. После выключения начнется процесс выбега ротора гиромотора, в течение которого скорость вращения ротора будет непрерывно изменяться в сторону уменьшения.

7. Одновременное непрерывное измерение в процессе выбега ротора гиромотора тока в обмотке датчика момента и измерение скорости вращения ротора гиромотора.

8. Построение графика зависимости тока измеряемого в обмотке датчика момента гироблока от скорости вращения ротора гиромотора.

9. Определение составляющей погрешности гироблока, обусловленной наличием резонансов в конструкции гироблока, по изменению формы графика, в частности, по наличию/отсутствию на графике отдельных участков с увеличенным/уменьшенным значением тока.

Недостатком способа является низкая точность. Указанный недостаток обусловлен наличием в результатах измерений тока в обмотке датчика момента переменной составляющей, на фоне которой определяется составляющая, обусловленная проявлением ре-зонансов конструкции гироблока (по наличию участков с увеличенным/уменьшенным значением тока). Причиной появления переменной составляющей является гироскопический момент, возникающий из-за погрешности угла выставки измерительной оси гироблока перпендикулярно плоскости меридиана. Погрешности угла выставки, в свою очередь, определяется технологическими погрешностями изготовления гироблока, в частности, технологическими погрешностями устройства установки гироблока на поворотном основании.

Решаемой технической проблемой настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса изготовления двухстепенных гироблоков.

Достигаемый технический результат - повышение точности (достоверности) определения составляющей погрешности гироблока, обусловленной резонансом его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения погрешности двухстепенного гироблока, заключающемся в установке гироблока на неподвижном основании, выставке его продольной оси в вертикальное положение, измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана, включении в режим обратной связи по моменту, путем замыкания цепи датчик угла усилитель-преобразователь датчик момента, включении питания гиромотора, разгоне его ротора до скорости вращения на 10-30% выше номинальной, выключении питания гиромотора, непрерывном измерении тока в обмотке датчика момента и скорости вращения ротора гиромотора на его выбеге:

после остановки ротора разворачивают гироблок вокруг продольной оси на угол α, определяемый из соотношения:

где:

Н_о - кинетический момент ротора гиромотора в момент выключения питания гиромотора;

I_o - значение тока в обмотке датчика момента гироблока, измеренное в момент выключения питания гиромотора,

ω_Г - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

К - коэффициент передачи гироблока по току в обмотке датчика момента,

затем при такой ориентации производят дополнительный запуск гиромотора и измерение тока в обмотке датчика момента гироблока и скорости вращения ротора гиромотора непрерывно на его выбеге со скорости вращения, равной скорости вращения в предыдущем запуске.

Реализация предлагаемого способа осуществляется при выполнении следующей последовательности технологических операций:

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

2. Выставка гироблока путем разворота платформы поворотного основания (вместе с ги-роблоком) в положение, при котором измерительная ось гироблока перпендикулярна плоскости меридиана, а его продольная ось направлена по вертикали. При этом, вследствие наличия технологических погрешностей изготовления гироблока, в частности, устройства его установки на поворотном основании, измерительная ось перпендикулярно плоскости меридиана выставляется с погрешностью. Появляется проекция горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли на измерительную ось гирокамеры.

3. Включение гироблока в режим обратной связи по моменту. При этом выходной сигнал датчика угла гироблока, через усилитель-преобразователь, подается на датчик момента гироблока. Датчик момента создает момент, приводящий гирокамеру в положение при котором уравновешиваются действующие на гирокамеру возмущающие моменты.

4. Включение питания гиромотора.

5. Разгон ротора гиромотора до скорости вращения на 10-30% выше номинальной скорости, определенной при проектировании гиромотора. При этом относительно оси подвеса гирокамеры действует гироскопический момент, величина которого определяется кинетическим моментом ротора гиромотора и значением проекции угловой скорости вращения Земли на измерительную ось.

6. Выключение питания гиромотора. При этом ротор гиромотора начнет выбегать с изменением скорости вращения и соответственно кинетического момента.

7. Одновременное непрерывное измерение в процессе выбега ротора гиромотора тока в обмотке датчика момента и измерение скорости вращения ротора гиромотора. При этом в результатах измерения тока в обмотке датчика момента будет присутствовать переменная составляющая от воздействия переменного гироскопического момента и составляющая обусловленная проявлением резонансов конструкции гироблока.

8. Определение, после остановки ротора, значения погрешности угла выставки измерительной оси гироблока относительно плоскости меридиана из соотношения

9. Разворот гироблока вокруг его продольной оси на угол α. В уточненной ориентации проекция горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли на измерительную ось гироблока равна нулю.

10. Дополнительный запуск гиромотора с разгоном ротора до скорости вращения равной скорости вращения в предыдущем запуске.

11. Выключение источника питания гиромотора. При этом ротор гиромотора начнет выбегать.

12. Одновременное непрерывное измерение в процессе выбега ротора гиромотора тока в обмотке датчика момента гироблока и скорости вращения ротора гиромотора. При этом в результатах измерения тока в обмотке датчика момента составляющая, обусловленная действием переменного гироскопического момента, будет отсутствовать.

13. Построение графика зависимости тока в обмотке датчика момента гироблока от скорости вращения ротора гиромотора.

14. Определение составляющей погрешности гироблока, обусловленной наличием резонансов в конструкции гироблока, по изменению формы графика, наличию/отсутствию на графике отдельных участков с увеличенным/уменьшенным значением тока.

По сравнению со способом принятым за прототип предлагаемый способ позволяет повысить точность (достоверность) определения составляющей погрешности гироблока, обусловленной резонансом его конструкции. Точность повышается за счет исключения из результатов измерений тока в обмотке датчика момента гироблока переменной составляющей от действия гироскопического момента, путем уточнения выставки измерительной оси перпендикулярно плоскости меридиана. 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. Достигаемый технический результат - повышение точности (достоверности) определения составляющей погрешности гироблока, обусловленной резонансом его конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения погрешности двухстепенного гироблока, заключающемся в установке гироблока на неподвижном основании, выставке его продольной оси в вертикальное положение, измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана, включении в режим обратной связи по моменту, путем замыкания цепи датчик угла усилитель-преобразователь датчик момента, включении питания гиромотора, разгоне его ротора до скорости вращения на 10-30% выше номинальной, выключении питания гиромотора, непрерывном измерении тока в обмотке датчика момента и скорости вращения ротора гиромотора на его выбеге, после остановки ротора дополнительно разворачивают гироблок вокруг продольной оси на угол α, определяемый из соотношения:

где Н_о - кинетический момент ротора гиромотора в момент выключения питания гиромотора;

I_o - значение тока в обмотке датчика момента гироблока, измеренное в момент выключения питания гиромотора;

ω_Г - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

К - коэффициент передачи гироблока по току в обмотке датчика момента,

а затем при такой ориентации производят дополнительный запуск гиромотора и измерение тока в обмотке датчика момента гироблока и скорости вращения ротора гиромотора непрерывно на его выбеге со скорости вращения, равной скорости вращения в предыдущем запуске.

Способ определения погрешности двухстепенного гироблока, заключающийся в установке гироблока на неподвижном основании, выставке его продольной оси в вертикальное положение, измерительной оси в положение, перпендикулярное плоскости меридиана, включении в режим обратной связи по моменту, путем замыкания цепи датчик угла усилитель-преобразователь датчик момента, включении питания гиромотора, разгоне его ротора до скорости вращения на 10-30% выше номинальной, выключении питания гиромотора, непрерывном измерении тока в обмотке датчика момента и скорости вращения ротора гиромотора на его выбеге, отличающийся тем, что после остановки ротора разворачивают гироблок вокруг продольной оси на угол а, определяемый из соотношения:

где Н_o - кинетический момент ротора гиромотора в момент выключения питания гиромотора;

I_o - значение тока в обмотке датчика момента гироблока, измеренное в момент выключения питания гиромотора;

ω_Г - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

К - коэффициент передачи гироблока по току в обмотке датчика момента,

а затем при такой ориентации производят дополнительный запуск гиромотора и измерение тока в обмотке датчика момента гироблока и скорости вращения ротора гиромотора непрерывно на его выбеге со скорости вращения, равной скорости вращения в предыдущем запуске.