Индикаторный гиростабилизатор Российский патент 2024 года по МПК G01C19/00 

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

Известен индикаторный гиростабилизатор [патент на изобретение RU 2117915 C1, 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 обеспечить 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 на изобретение RU 2796398 С1, опубл. 23.05.2023, Бюл. №15], содержащий платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, 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, 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 датчика угла гироскопа, а один из выходов, с входом фазового детектора.

Недостатком известного индикаторного стабилизатора является невысокая точность стабилизации и небольшая полоса пропускания.

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, отрицательные аналоговую и дискретную обратные связи, причем дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика угла гироскопа на вход разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам дифференцирующее звено, усилитель с зоной насыщения, фазовый детектор, один из входов которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, широкополосный дифференцирующий фильтр, интегратор, компаратор, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, первый триггер, электронный ключ, один из входов 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, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, введены отрицательные обратные связи, одна с выхода датчика угла гироскопа на вход разгрузочного устройства через второй триггер, другая, с выхода разгрузочного устройства на вход второго триггера.

Введение в индикаторный гиростабилизатор отрицательных обратных связей и реализация отрицательной обратной связи с выхода гироскопа на вход разгрузочного устройства позволило обеспечить устойчивость работы, повысить точность стабилизации и качество переходного процесса, расширить полосу пропускания и получить астатизм по отклонению.

На фиг. приведена структурная схема одного из каналов индикаторного гиростабилизатора.

Индикаторный гиростабилизатор содержит стабилизированную платформу 1, на которой установлен гироскоп 2 с датчиком угла. Выход с датчика угла гироскопа 2 соединен с входом дифференцирующего звена 3, выход которого соединен с входом усилителя с зоной насыщения 4. Выход усилителя с зоной насыщения 4 соединен с одним из входов фазового детектора 5, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 6. Выход фазового детектора 5 соединен с входом широкополосного дифференцирующего фильтра 7, выход которого соединен с интегратором 8. Выход интегратора 8 соединен с входом компаратора 9. Выход компаратора 9 соединен с входом преобразователя уровня 10, выходы которого соединены с входами двух ждущих синхронных генераторов 11 и 12. Выходы ждущих синхронных генераторов 11 и 12 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 13. Выход реверсивного двоичного счетчика 13 соединен с одним из входов схемы сравнения 14. Другой вход схемы сравнения 14 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 15. Выход схемы сравнения 14 соединен с входом первого триггера 16. Выход первого триггера 16 соединен с входом электронного ключа 17, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 18. Выход электронного ключа 17 соединен с входом разгрузочного устройства 19. Выход с датчика угла гироскопа 2 соединен с разгрузочным устройством 19 через второй триггер 20 и выход разгрузочного устройства 19 соединен с вторым триггером 20 через местную жесткую отрицательную обратную связь 21. Разгрузочное устройство 19 кинематически соединено со стабилизированной платформой 1. Дополнительные входы компаратора 9, ждущих синхронных генераторов 11 и 12, реверсивного двоичного счетчика 13 и суммирующего двоичного счетчика 15 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, интегратора, широкополосного дифференцирующего фильтра и триггера описаны в книгах: П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т. 1-3, 1993.

Индикаторный гиростабилизатор работает следующим образом. При действии возмущения M^ƒ на стабилизированную платформу 1 происходит отклонение гироскопа 2. Сигнал с датчика угла гироскопа 2 поступает на вход дифференцирующего звена 3, далее на вход усилителя с зоной насыщения 4 и затем на вход фазового детектора 5, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 6. Сигнал с выхода фазового детектора 5 поступает на вход широкополосного дифференцирующего фильтра 7, выход которого соединен с входом интегратора 8. Сигнал с выхода интегратора 8, в виде напряжения, поступает на вход компаратора 9. В компараторе 9 происходит сравнение сигнала с выхода интегратора 8 с сигналом, выделенным из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода генератора вспомогательной частоты 22. Если сигнал с выхода интегратора 8 будет больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 22, то на выходе компаратора 9 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 9 будет низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 9 зависит от фазы отклонения платформы 1. Сигнал с выхода компаратора 9, в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 10, а затем на входы двух ждущих синхронных генераторов 11 и 12, которые с помощью генератора вспомогательной частоты 22 выдают сигналы в виде импульса на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 10) равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 13 производит подсчет единичных импульсов поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 11 и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 12. Реверсивный двоичный счетчик 13 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную -в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 14 и суммирующим двоичным счетчиком 15. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 14, сигнал с выхода схемы сравнения 14 поступает на вход первого триггера 16. Стабилизацию параметров электронного ключа 17 осуществляет генератор тока 18. На выходе электронного ключа 17 будут импульсы, число которых пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 14. На разгрузочное устройство 19 поступает сигнал с выхода первого триггера 16 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 13. Разгрузочное устройство 19 и второй триггер 20 охвачены местной жесткой отрицательной обратной связью 21. Момент М_р, развиваемый разгрузочным устройством 19, компенсирует действие момента M^ƒ. Введение местной жесткой отрицательной обратной связи 21 позволяет обеспечить значительный коэффициент передачи по разомкнутому контуру.

Реализация отрицательной обратной связи с выхода датчика угла гироскопа на вход разгрузочного устройства, позволило повысить точность стабилизации, расширить полосу пропускания и обеспечить астатизм по отклонению. Введение аналоговой отрицательной обратной связи с выхода датчика угла гироскопа на вход разгрузочного устройства через второй триггер, причем разгрузочное устройство и второй триггер охвачены жесткой местной отрицательной обратной связью, позволило обеспечить устойчивость работы индикаторного гиростабилизатора и повысить качество переходного процесса.

Изобретение относится к индикаторным гиростабилизаторам и может быть использовано в системах стабилизации, навигации и наведения. Сущность: устройство содержит стабилизированную платформу (1), гироскоп (2) с датчиком угла, дифференцирующее звено (3), усилитель (4) с зоной насыщения, фазовый детектор (5), генератор (6) опорного напряжения, широкополосный дифференцирующий фильтр (7), интегратор (8), компаратор (9), преобразователь (10) уровня, два ждущих синхронных генератора (11, 12), реверсивный двоичный счетчик (13), схему (14) сравнения, суммирующий двоичный счетчик (15), первый триггер (16), электронный ключ (17), генератор (18) тока, разгрузочное устройство (19), второй триггер (20), жесткую местную отрицательную обратную связь (21), генератор (22) вспомогательной частоты. Технический результат: расширение полосы пропускания и повышение точности стабилизации. 1 ил.

Индикаторный гиростабилизатор, содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, отрицательные аналоговую и дискретную обратные связи, причем дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика угла гироскопа на вход разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам дифференцирующее звено, усилитель с зоной насыщения, фазовый детектор, один из входов которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, широкополосный дифференцирующий фильтр, интегратор, компаратор, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, первый триггер, электронный ключ, один из входов 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, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, отличающийся тем, что упомянутая отрицательная аналоговая обратная связь реализована с выхода датчика угла гироскопа на вход разгрузочного устройства через второй триггер, при этом разгрузочное устройство и второй триггер охвачены жесткой местной отрицательной обратной связью.