Индикаторный гиростабилизатор Российский патент 2023 года по МПК G01C19/04 G01C19/56 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах стабилизации, навигации и наведения.

Известен индикаторный гиростабилизатор (патент РФ №2117915, G01C 19/44. Опубл. 20.08.1998. Бюл. №23), который состоит из платформы в одноосном подвесе, с осью которой кинематически связан стабилизирующий мотор, установленного на платформе трехстепенного гироскопа с датчиками угла и датчиками момента по каждой оси его подвеса, причем один из датчиков угла через усилитель арретирования подключен к соответствующему датчику момента, датчик угла, установленный на оси, параллельной оси подвеса платформы, подключен по типу отрицательной обратной связи к одному из входов усилителя стабилизации, выход которого соединен с обмоткой управления стабилизирующего мотора, последовательно с которой включен резистор, выход которого по типу положительной обратной связи подключен ко второму входу усилителя стабилизации.

Недостатком индикаторного гиростабилизатора является невысокая точность стабилизации, так как выбор коэффициента усиления с жесткой отрицательной обратной связью ограничен условием устойчивости системы. Для обеспечения устойчивости и точности стабилизации требуется значительный коэффициент передачи по разомкнутому контуру.

Наиболее близким по техническому решению является индикаторный стабилизатор, структурная схема которого приведена на стр. 97 в кн. "Расчет и проектирование гироскопических стабилизаторов" Д.С. Пельпор, Ю.А. Колосов, Е.Р. Рахтенко. М.: Машиностроение, 1972, с. 216. Индикаторный стабилизатор включает в себя стабилизированную платформу с установленным на ней гироскопом, содержащим датчик угла, соединенный с фазовым детектором, выход которого через отрицательную обратную связь и усилитель мощности соединен с приводом разгрузки.

Недостатком индикаторного стабилизатора является малая полоса пропускания, невысокая точность стабилизации и зависимость от зоны линейности фазового детектора.

Задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и повышение точности стабилизации.

Это достигается тем, что в индикаторный гиростабилизатор, содержащий платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, отрицательную обратную связь, введены аналоговая и дискретная отрицательные обратные связи, причем аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с насыщением, на один из его входов через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор и звено запаздывания, дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода компаратора на вход разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, и выход фазового детектора соединен с входом компаратора через последовательно соединенные широкополосный дифференцирующий фильтр и второй интегратор, кроме того, вход усилителя с насыщением соединен с выходом гироскопа, а один из выходов, с входом фазового детектора.

Введение в индикаторный гиростабилизатор усилителя с насыщением, местной отрицательной обратной связи, в которую включены первый интегратор и звено запаздывания, а также реализация дискретной отрицательной обратной связи с выхода фазового детектора на вход разгрузочного устройства, через последовательно соединенные по информационным входам второй интегратор, широкополосный дифференцирующий фильтр, компаратор, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, триггер и электронный ключ позволило повысить точность стабилизации и расширить полосу пропускания.

На чертеже изображена структурная схема индикаторного гиростабилизатора.

Индикаторный гиростабилизатор содержит стабилизированную платформу 1, на которой установлен гироскоп 2. Выход гироскопа 2 соединен с усилителем с насыщением 3. Выход усилителя с насыщением 3 соединен с одним из его входов через первый интегратор 4 и звено запаздывания 5. Выход усилителя с насыщением 3 соединен с одним из входов фазового детектора 6, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 7. Выход фазового детектора 6 соединен с входом широкополосного дифференцирующего фильтра 8, выход которого соединен с вторым интегратором 9. Выход второго интегратора 9 соединен с входом компаратора 10. Выход компаратора 10 соединен с входом преобразователя уровня 11, выход которого соединен с входами двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13. Выходы ждущих синхронных генераторов 12 и 13 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 14. Выход реверсивного двоичного счетчика 14 соединен с одним из входов схемы сравнения 15. Другой вход схемы сравнения 15 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 16. Выход схемы сравнения 15 соединен с входом триггера 17. Выход триггера 17 соединен с входом электронного ключа 18, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 19. Выход электронного ключа 18 соединен с входом разгрузочного устройства 20. Разгрузочное устройство 20 соединено кинематически с платформой 1. Дополнительные входы компаратора 10, двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13, реверсивного двоичного счетчика 14 и суммирующего двоичного счетчика 16 соединены с выходом генератора вспомогательной частоты 21.

Реализация усилителя с насыщением, фазового детектора, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, схемы сравнения, суммирующего двоичного счетчика, преобразователя уровня, интегратора, широкополосного дифференцирующего фильтра, и триггера описаны в книге: П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т. 1-3, 1993; Н.Т. Кузовков. Динамика систем автоматического управления. М.: Машиностроение, 1986 с-428.

Индикаторный гиростабилизатор работает следующим образом. При действии возмущения на стабилизированную платформу 1 происходит отклонение гироскопа 2. Сигнал с гироскопа 2 поступает на один из входов усилителя с насыщением 3. Выход усилителя с насыщением 3, через последовательно соединенные по информационным входам первого интегратора 4 и звено запаздывания 5, соединен с другим входом усилителя с насыщением 3. Другой выход усилителя с насыщением 3 соединен с входом фазового детектора 6, один из входов которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 7. Сигнал с выхода фазового детектора 6 поступает на вход широкополосного дифференцирующего фильтра 8, выход которого соединен с входом второго интегратора 9. Сигнал с выхода второго интегратора 9 поступает на вход компаратора 10. В компараторе 10 происходит сравнение сигнала с выхода второго интегратора 9 с сигналом, выделенного из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода генератора вспомогательной частоты 21. Если сигнал с выхода второго интегратора 9 будет больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 21, то на выходе компаратора 10 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 10 - низкий логический уровень. Уровень сигнала, с выхода компаратора 10, зависит от фазы отклонения платформы 1. Сигнал с выхода компаратора 10, в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 11, а затем на входы двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13, которые, с помощью генератора вспомогательной частоты 21, выдают сигналы в виде импульса, на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 11) равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 14 производит подсчет единичных импульсов поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 12 и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 13. Реверсивный двоичный счетчик 14 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 15 и суммирующим двоичным счетчиком 16. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 15, сигнал с выхода схемы сравнения 15 поступает на вход триггера 17, а затем, в виде уровня, на вход электронного ключа 18. Стабилизацию параметров электронного ключа 18 осуществляет генератор тока 19. На выходе электронного ключа 18 будут импульсы, число которых пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 15. На разгрузочное устройство 20 поступает сигнал с выхода электронного ключа 18 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 14. Момент М_р, развиваемый разгрузочным устройством 20, компенсирует действие возмущающего момента M^f.

Введение в систему стабилизации индикаторного гиростабилизатора усилителя с насыщением, местной отрицательной обратной связи, в которую введены интегратор и звено запаздывания, а также реализация дискретной отрицательной обратной связи позволило реализовать астатизм по отклонению, повысить точность стабилизации и коэффициент передачи по разомкнутому контуру, а также расширить полосу пропускания.

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в индикаторных гиростабилизаторах и следящих системах. Сущность предлагаемого устройства состоит в следующем. В индикаторный гиростабилизатор, содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп, фазовый детектор, отрицательную обратную связь, введены аналоговая и дискретная отрицательные обратные связи, причем аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с насыщением, на один из его входов через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор и звено запаздывания. Дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода компаратора на вход разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, и выход фазового детектора соединен с входом компаратора через последовательно соединенные широкополосный дифференцирующий фильтр и второй интегратор. Вход усилителя с насыщением соединен с выходом гироскопа, а один из выходов с входом фазового детектора. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности стабилизации и расширении полосы пропускания. 1 ил.

Индикаторный гиростабилизатор, содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп, фазовый детектор, отрицательную обратную связь, отличающийся тем, что в него введены аналоговая и дискретная отрицательные обратные связи, причем аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с насыщением, на один из его входов через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор и звено запаздывания, дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода компаратора на вход разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, и выход фазового детектора соединен с входом компаратора через последовательно соединенные широкополосный дифференцирующий фильтр и второй интегратор, кроме того, вход усилителя с насыщением соединен с выходом гироскопа, а один из выходов с входом фазового детектора.