Устройство для измерения углов отклонения подвижного объекта Советский патент 1993 года по МПК G01C19/00 

Изобретение относится к навигации и ожет быть использовано в системах инер- иального управления объектами.

Цель изобретения - измерение угловоо отклонения объекта относительно плокости меридиана вокруг главной оси ироскопа одновременно с определением глов отклонения объекта от горизонтальной плоскости вокруг взаимно ортогональых осей.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены генератор переменного тока, полосовой фильтр, фазометр, дополнительная рама подвеса платформы, ось которой вертикальна, третий силитель стабилизации, третий стабилизирующий двигатель по оси, параллельной главной оси гироскопа, сумматор, фазовра- щатель и связи введенных элементов с элементами прототипа.

Сущность изобретения заключается в следующем. Приложение знакопеременного момента М к ротору гироскопа вокруг оси Y, ортогональной главной оси гироскопа X (см. чертеж), возбуждает колебания ротора, фаза которых относительно оси Z, ортогональной осям X и Y, совпадает с фазой момента М. Вращение корпуса гироскопа (платформы) вокруг оси X, параллельной оси Л , причем X.1.Y, X.I Z, приводит к изменению динамической (за счет вращения) жесткости подвеса ротора и тем самым к изменению собственной частоты подвеса, что обуславливает смещение фазочастот- ной характеристики ротора и соответствующий сдвиг по фазе р возбуждаемых колебаний относительно знакопеременного момента. Приложение к корпусу гироскопа момента на нулевой частоте до обнуления фазового сдвига pj устраняет вращение корпуса (платформы) в инерциальном пространстве вокруг оси X. Если ось Y (ось приложения знакопеременного момента М) расположена в плоскости горизонта и отклонена от меридиональной плоскости на угол аЈ0, то вследствие проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли (Orz на ось Z появляется угловое отклонение / оси Y от плоскости горизонта, фиксируемое соответствующим акселерометром, расположенным на корпусе гироскопа (на платформе). Выходной сигнал акселерометра, пропорциональный углу /, в соответствии с изобретением корректирует (изменяет) сдвиг фазы р момента М, прикладываемого к ротору, по закону (fb - К/ де К- коэффициент пропорциональности.

Появление корректирующего фазового рассогласования р к между моментом М и колебаниями ротора приводит к возникновению прецессии фазы колебаний ротора

(без изменения их амплитуды) в инерциальном пространстве в сторону уменьшения р«.. Вслед за прецессией фазы колебаний ротора прикладываемый к корпусу (платформе) момент вращает платформу вокруг

оси X до обнуления проекции akz и тем самым до совмещения оси Y с плоскостью меридиана. Одновременно система гори- зонтирования оси Y путем приращения среднего значения знакопеременного момента М сводит угол Д к нулю. В результате ось Y устанавливается одновременно в горизонтальной и меридиональной плоскостях (а 0, / 0) и удерживается в этих плоскостях. Горизонтирование оси Z производится как и в устройстве-прототипе.

На чертеже представлено предлагаемое устройство,

На чертеже введены следующие обозначения: 1 - ротор; 2 - наружные торсионы;

3-кольцо;4-внутренниеторсионы;5-вал; 6 - платформа; 7 - основание, 8, 9 - датчики угла; 10, 11 - датчики момента; 12, 13 - первый и второй акселерометры;14,15,16

-стабилизирующие двигатели; 17, 18, 19 - усилители стабилизации; 20, 21 - усилители- коррекции; 22 - сумматор; 23 - фазовраща- тель; 24 - генератор переменного тока; 25 - фазометр; 26 - полосовой фильтр; 27, 28 - датчики угловых отклонений объекта от пло- скости горизонта; 29 - датчик угловых отклонений объекта от плоскости меридиана; 30

- внутренняя рама подвеса платформы; 31 - дополнительная рама подвеса платформы. Предлагаемое устройство содержит ротор 1 динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ). установленный с помощью пары наружныхторсионов 2, кольца 3, пары внутренних торсионов 4 на валу 5, укрепленном с помощью шарикоподшипников на платформе 6. Платформа с помощью трехосного карданного подвеса, образованного внутренней и дополнительной рамами 30 и 31, установлена в основании 7.

На платформе по осям Y и Z, ортогональным главной оси гироскопа X и перпендикулярным между собой, соответственно ротору 1, укреплены датчики угла (ДУ) 8, 9 и датчики момента (ДМ) 10,11. На платформе также установлены акселерометры 12, 13,

оси чувствительности которых параллельны, осям Y и Z соответственно. По осям карданного подвеса укреплены стабилизирующие двигатели (СД) 14,15. 16.

В основании установлены усилители стабилизации 17, 18, 19. На платформе укреплены усилители коррекции 20, 21. сумматор 22. В основании установлены фазовращатель 23, генератор переменного тока (ГПТ) 24, фазометр 25, полосовой фильтр (ПФ) 26. По осям карданного подвеса укреплены датчики 27, 28 угловых отклонений основания (объекта) от плоскости горизонта и датчик 29 углового отклонения объекта от плоскости меридиана.

. Поскольку в устройстве реализован новый эффект изменения динамической жесткости подвеса ротора, то в качестве подвеса ротора могут быть использованы и другие типы подвесов (например, шарикоподшипниковые, поплавковые).

Выходы ДУ 8,9 через соответствующие усилители 18, 17 подключены к входам СД 15,14. Выход первого усилителя коррекции 21 соединен с входом первого датчика момента (ДМ) 1.1. Выход второго акселерометра 13 через второй усилитель коррекции 20 подключен к входу второго ДМ 10. Оси ДМ 11, 10 параллельны осям чувствительности акселерометров 12,13 соответственно. Оси чувствительности условно показаны стрелками внутри блоков 12,13 на чертеже.

Выход первого акселерометра 12 соединен с входом первого усилителя коррекции 21 через сумматор 22, второй вход которого подключен к выходу фазоврэщате- ля 23.

Первый вход фазовращателя 23 соединен с выходом первого акселерометра 12, второй вход фазовращателя подключен к выходу ГПТ 24, выход которого подключен также к первому входу фазометра 25, второй вход которого через ПФ 26 соединен с выходом ДУ 8 по оси; ортогональной оси чувствительности первого акселерометра 12. Выход фазометра 25 через третий усилитель стабилизации 19 подключен к входу третьего стабилизирующего двигателя 16.

Вал 5 (вместе с ротором 1) приведен во вращение вокруг главной оси X гироскопа со скоростью Л от двигателя, не показанного на чертеже. Переменный ток частоты V с выхода ГПТ 24 через блоки 23. 22, 21 поступает на вход ДМ 11, прикладывающего к ротору знакопеременный момент М вокруг оси Y, ортогональной главной оси гироскопа. При этом возбуждаются колебания ротора частоты v . Фаза колебаний ротора вокруг оси Z, ортогональной осям Y, X, совпадает с фазой момента М вокруг оси Y (при отсутствии вращения платформы в инерциальном пространстве вокруг оси X),

Акселерометры 12, 13 измеряют углы наклона главной оси X от вертикали. Выходные сигналы акселерометров 12,13, пропорциональные этим углам, через усилители 21. 5 20 поступают на входы ДМ 11,10 соответственно, обуславливая проведение полярной оси ротора гироскопа и вертикальное положение, при этом среднее положение колеблющегося ротора устанавливается в

0 плоскости горизонта. ДУ 8, 9 измеряют углы отклонения платформы от среднего положения ротора. Выходные сигналы ДУ 8, 9, про- порциональные этим углам, через усилители 18,17. поступают соответственно

5 на входы СД 15, 14, прикладывающих моменты к платформе 6 до совпадения главной оси X с средним положением полярной оси ротора (до совпадения оси X с вертикалью, осей Y и Z - с плоскостью горизонта). При

0 этом с датчиков 27, 28 поступает информация об углах отклонения объекта (основания) от плоскости горизонта вокруг осей Y HZ.

Вертикальная составляющая скорости

5 вращения Земли совместно с угловой скоростью вращения объекта вокруг вертикали приводит к вращению платформы в инерциальном пространстве вокруг оси X, в результате появляется изменение динамической

0 жесткости подвеса ротора, соответственное изменение собственной частоты подвеса и смещение фазочастотной характеристики ротора (это выполняется при любом типе подвеса быстровращающегося ротора). В

5 результате между колебаниями ротора вокруг оси Z и знакопеременным моментом М возникает сдвиг по фазе (р. Этот сдвиг по фазе измеряется фазометром 25 по разности фаз выходного сигнала ГПТ, пришедше0 го на первый вход фазометра, и выходного сигнала ДУ 8, пришедшего на второй вход фазометра через ПФ 26, пропускающий частоту v . Выходной сигнал фазометра, пропорциональный сдвигу р , через третий

5 усилитель 19 поступает на вход СД 16, прикладывающего момент к платформе вокруг оси X. что устраняет вращение платформы в инерциальном пространстве вокруг главной оси гироскопа. Если ось Y приложения зна0 копеременного момента отклонена от меридиональной плоскости на угол a т 0, то проекция горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ось приводит к наклону платформы вокруг оси Z на угол

5 Д измеряемому акселерометром 12. Выходной сигнал акселерометра 12, пропорциональный углу Д поступает на первый вход фазовращателя 23, смещающего фазу переменного тока, пришедшего на его второй

вход с выхода ГПТ 24, навеличину фк К/. Переменный ток со смещением фазы р с выхода фазовращателя 23 через сумматор 22 усилитель 21 поступает на вход ДМ 11, прикладывающего к ротору знакопеременный момент со смещением фазы у .

В результате возникает прецессия фазы колебаний ротора (без изменения их амплитуды) в сторону уменьшения сдвига фазы. Фазометр 25 измеряет возникший сдвиг по фазе у между фазой прецессирующих колебаний ротора и некорректируемой фазой знакопеременного момента (фазой сигнала с выхода ГПТ 24). Выходной сигнал фазометра, пропорциональный сдвигу р , с помощью усилителя 19 и СД 16 вращает платформу вокруг оси X до обнуления р. Вращение платформы прекратится в тот момент, когда проекция ovz будет равна нулю, то есть ось Y совместится с плоскостью меридиана. Одновременно система гори- зонтирования оси Y путем подачи выходного сигнала акселерометра 12 через сумматор 22, усилитель 21 на. вход ДМ 11, смещающего среднее значение момента М с нулевого уровня, сводит угол ft к нулю и тем самым совмещает ось Y с плоскостью горизонта. С выхода датчика 29 поступает информация об угловом отклонении объекта от плоскости меридиана вокруг главной оси гироскопа.

Формула изобретения

Устройство для измерения углов отклонения подвижного объекта, содержащее двухосную гиростабилизированную платформу в кардановом подвесе, установленные на платформе трехстепенной гироскоп, главная ось которого вертикальна, и два акселерометра с горизонтальными осями чувствительности, две системы стабилизации платформы, каждая из которых содержит последовательно соединенные датчик угла

гироскопа, усилитель стабилизации и стабилизирующий двигатель, две системы коррекции, первая из которых содержит первый aKcenepOMetp и последовательно соединенные первый усилитель коррекции и первый

датчик момента гироскопа, а вторая система коррекции содержит последовательно соединенные второй акселерометр, второй усилитель коррекции и второй датчик момента гироскопа, отличающееся тем, что, с

целью обеспечения измерения углового отклонения объекта одновременно от плоскости горизонта и от плоскости меридиана, в него введены дополнительная рама подвеса платформы, ось которой вертикальна, третий усилитель стабилизации, третий стаби- лизирующий двигатель по оси дополнительной рамы, генератор переменного тока, полосовой фильтр, фазометр, сумматор и фазовращатель, при этом выход

первого акселерометра соединен с первым входом фазовращателя и с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого усилителя коррекции, второй вход сумматора соединен с выходом фазовращателя, выход генератора переменного тока соединен с вторым входом фазовращателя и с первым входом фазометра, выход датчика угла гироскопа по оси, ортогональной оси чувствительности первого акселерометра, дополнительно через полосовой фильтр соединен с вторым входом фазометра, а выход фазометра через третий усилитель стабилизации соединен с третьим стабилизирующим двигателем.

Изобретение относится к навигации и может быть использовано в системах инер- циального управления подвижных объектов. Цель изобретения - измерение углового отклонения объекта одновременно от плавности меридиана и от плоскости горизонта. Устройство содержит ротор 1 дина- мически настраиваемого гироскопа, установленный с Помощью пары наружных торсионов 2, кольца 3, пары внутренних тор- сионов 4 на валу 5, укрепленном с помощью шарикоподшипников на платформе 6. Платформа с помощью трехосного карданного подвеса, образованного внутренней и дополнительной рамами 30 и 31, установлена в основании 7. На платформе соотьетствен- но ротору 1 укреплены датчики угла 8, 9 и датчики момента 10, 11 гироскопа, а также установлены акселерометры 12,13. По осям карданного подвеса установлены стабилизирующие двигатели 14,15,16. В устройстве содержатся также усилители стабилизации 17, 18, 19, усилители коррекции 20, 21 .сумматор 22, фазовращатель 23, генератор переменного тока 24, фазометр 25, полосовой фильтр 26. По осям карданного подвеса установлены датчики 27, 28 угловых отклонений основания (объекта) от плоскости горизонта и датчик 29 углового отклонения объекта от плоскости меридиана. 1 ил. Ё