Индикаторный гиростабилизатор Российский патент 2024 года по МПК G01C19/04 

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

Известен индикаторный гиростабилизатор (патент РФ №2117915, 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 реализовать значительный коэффициент передачи по разомкнутому контуру.

Индикаторный стабилизатор, структурная схема которого описана на стр. 97 в кн. "Расчет и проектирование гироскопических стабилизаторов" Д.С. Пельпор, Ю.А. Колосов, Е.Р. Рахтенко. М.: Машиностроение, 1972, с. 216, содержит стабилизированную платформу, гироскоп, фазовый детектор, корректирующие звенья и привод разгрузки. Недостатком индикаторного стабилизатора является малая полоса пропускания, невысокая точность стабилизации и зависимость от зоны линейности фазового детектора.

Наиболее близким по техническому решению является индикаторный гиростабилизатор (патент РФ №2796398, опубл. 23.05.2023, бюл. №15), содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, отрицательную обратную связь, аналоговую и дискретную отрицательные обратные связи, причем аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с насыщением, на один из входов разгрузочного устройства через последовательно соединенными 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, пару 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 датчика угла гироскопа, а один из выходов, с входом фазового детектора.

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

Это достигается тем, что в индикаторный гиростабилизатор, содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, отрицательные аналоговую и дискретную обратные связи, компаратор, соединенный с входом 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, соединенный с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, дополнительно введен усилитель с зоной насыщения, вход которого соединен с выходом гироскопа с датчиком угла, а выход с фазовым детектором, аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства через апериодическое звено, а дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход компаратора через последовательно соединенные по информационным входам фазовый детектор, широкополосный дифференцирующий фильтр, пороговый элемент с зоной неоднозначности, обратная связь которого содержит звено запаздывания, интегратор, причем выход интегратора соединен с входом компаратора.

На фиг. приведена структурная схема индикаторного гиростабилизатора.

Индикаторный гиростабилизатор содержит стабилизированную платформу 1, на которой установлен гироскоп с датчиком угла 2. Выход гироскопа 2 соединен с входом усилителя с зоной насыщения 3, выход которого соединен с одним из входов фазового детектора 4, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 5. Выход фазового детектора 4 соединен с входом широкополосного дифференцирующего фильтра 6, выход которого соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности 7, в обратную связь которого включено звено запаздывания 8. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 7 через интегратор 9 соединен с входом компаратора 10. Выход компаратора 10 соединен с входом преобразователя уровня И, выход которого соединен с информационными 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 которого 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. Выход усилителя с зоной насыщения 3 соединен с разгрузочным устройством 20 через апериодическое звено 21. Разгрузочное устройство 20, кинематически соединенное со стабилизированной платформой 1, компенсирует действие возмущающего момента 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 22.

Реализация усилителя с зоной насыщения, фазового детектора, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, схемы сравнения, суммирующего двоичного счетчика, преобразователя уровня, широкополосного дифференцирующего фильтра, интегратора, и триггера описаны в книгах: 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 возмущающего момента на стабилизированную платформу 1 происходит отклонение гироскопа 2. Сигнал с датчика угла гироскопа 2 поступает на вход усилителя с зоной насыщения 3. Выход усилителя с зоной насыщения 3 соединен с входом фазового детектора 4, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 5. Сигнал с выхода фазового детектора 4, пропорциональный углу отклонения стабилизированной платформы 1, и имеющий полярность, соответствующую направлению отклонения, поступает на вход широкополосного дифференцирующего фильтра 6, выход которого соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности 7. В обратную связь порогового элемента с зоной неоднозначности 7 включено звено запаздывания 8. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 7 соединен с интегратором 9. Сигнал с выхода интегратора 9, в виде напряжения, поступает на вход компаратора 10. В компараторе 10 происходит сравнение сигнала с выхода интегратора 9 с сигналом, выделенным из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода генератора вспомогательной частоты 22. Если сигнал с выхода интегратора 9 будет больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 22, то на выходе компаратора 10 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 10 будет низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 10 зависит от фазы отклонения стабилизированной 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 22 выдают на выходе сигналы в виде импульса на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 11) равное "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 ее выхода поступает на вход триггера 17. Выход триггера 17 соединен с входом электронного ключа 18. Стабилизацию параметров сигнала 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 триггера 17 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 14. Момент развиваемый разгрузочным устройством 20, компенсирует действие возмущающего момента

Аналоговая отрицательная обратная связь с выхода усилителя 3 на вход разгрузочного устройства 20 через апериодическое звено 21 обеспечивает устойчивость работы индикаторного гиростабилизатора и повышает качество переходного процесса.

Введение в индикаторный гиростабилизатор аналоговой отрицательной обратной связи с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства через апериодическое звено, а также реализация дискретной отрицательной обратной связи с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства, через последовательно соединенные по информационным входам фазовый детектор, широкополосный дифференцирующий фильтр, пороговый элемент с зной неоднозначности, в обратную связь которого включено звено запаздывания, интегратор, компаратор, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер и электронный ключ позволило обеспечить устойчивость, повысить качество переходного процесса и точность стабилизации, расширить полосу пропускания и обеспечить астатизм по отклонению.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах стабилизации, навигации и наведения. Сущность предлагаемого решения состоит в том, что в индикаторный гиростабилизатор дополнительно введен усилитель с зоной насыщения, вход которого соединен с выходом гироскопа с датчиком угла, а выход с фазовым детектором; при этом аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства через апериодическое звено, а дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход компаратора через последовательно соединенные по информационным входам фазовый детектор, широкополосный дифференцирующий фильтр, пороговый элемент с зоной неоднозначности, обратная связь которого содержит звено запаздывания, интегратор, причем выход интегратора соединен с входом компаратора. Технический результат заявленного изобретения заключается в расширении полосы пропускания и повышении точности стабилизации. 1 ил.

Индикаторный гиростабилизатор, содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, отрицательные аналоговую и дискретную обратные связи, компаратор, соединенный с входом 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, соединенный с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, отличающийся тем, что в индикаторный гиростабилизатор введен усилитель с зоной насыщения, вход которого соединен с выходом гироскопа с датчиком угла, а выход с фазовым детектором, аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства через апериодическое звено, а дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход компаратора через последовательно соединенные по информационным входам фазовый детектор, широкополосный дифференцирующий фильтр, пороговый элемент с зоной неоднозначности, обратная связь которого содержит звено запаздывания, интегратор, причем выход интегратора соединен с входом компаратора.