Устройство для воспроизведения угловых скоростей и ускорений

 

Изобретение относится к приборостроению , в частности к измерительной технике, и может быть использовано для градуировки и поверки точных приборов в метрологии, точном приборостроении и навигации. Целью изобретения является расширение области использования устройства. Поставленная цель достигается тем, что датчик 11 положения внутренней рамы 3 карданного подвеса гидромотора 2, включенный в цепь управления датчиком 6 момента, установленным на оси наружной рамы кардана, образован двумя парами излучателей 12, 13 и фотоприемников 14, 15.- Излучатель и фото (Л С vi го СП со 9uA,i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 P 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

12. (21) 4771271/10 (22) 14.12.89 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) А,И.Скалон, B.Ю.Соколов, В.М,Ромачевский, В.М.Менчиков и Н.В,Курдыбайлова (53) 531.768 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

tk 1007023, кл, 6 01 Р 21/00, 1980.

Чулкова И.С.. Павлов И.В. Стенд для испытания приборов и узлов систем инерциальной навигации и управления, — Труды метрологических институтов СССР. Исследования в области измерения угловых параметров движения. Л., 1977, с, 10 — 14... Ж 1721518 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ И УСКОРЕНИЙ (57) Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительной технике, и может быть использовано для градуировки и поверки точных приборов в метрологии, точном приборостроении и навигации.

Целью изобретения является расширение области использования устройства. Поставленная цель достигается тем, что датчик 11 положения внутренней рамы 3 карданного подвеса гидромотора 2, включенный в цепь управления датчиком 6 момента, установленным на оси наружной рамы кардана, образован двумя парами излучателей 12, 13 и фотоприемников 14, 15.. Излучатель и фото5

1721518

35

40 приемник в каждой паре разделены заслонкой 10, закрепленной на оси рамы 3. Сигнал с датчика 11 положения поступает на один из входов двухуровневого компаратора 20.

После сравнения входного сигнала с сигналом постоянного уровня формируется управляющий сигнал, который управляет обмотка датчика 6 момента. Для задания требуемой угловой скорости вращения наружной рамы 4 и соответственно платформы 5 с объектом испытаний создается

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительной технике, и может быть использовано для градуировки и поверки точных приборов в метрологии,точном приборостроении и навигации.

Известно устройство для испытания угловых акселерометров, содержащие двигатель с укрепленной на его валу платформой, преог,разователь угла поворота платформы, последовательно включенные фазоинвертор, элемент с нелинейной статической характеристикой и фильтр нижних частот, при этом выход преобразователя угла поворота платформы соединен с входом фазоинвертора, а выход фильтра нижних частот — с входом двигателя (Ц.

Однако известное устройство имеет ограниченный частотный диапазон воспроизводимых гармонических колебаний, который определяется диапазоном частот автоколебаний жестко замкнутой системы регулирования, и ограниченную область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стенд для испытания приборов и узлов систем инерциальной навигации и управления, который содержит трехстепенной гироскоп, платформу для установки исследуемого объекта, закрепленную на оси наружной рамы гироскопа, датчик положения внутренней рамы гироскопа, подключенный через усилительно-преобразовательный блок к датчику момента наружной рамы гироскопа, а также датчик момента внутренней рамы гироскопа, с помощью которого создается управляющее воздействие на гироскоп. Как правило, датчики моментов выполнены в виде двухфазных асинхронных двигателей с двумя встречно включенными секциями обмотки управления. Наличие управляющего воздействия обуславливает прецессионное движение наружной рамы гироскопа отнонесимметрия колебаний внутренней рамы

3 путем несимметричного момента датчика

6. При этом средняя величина создаваемого эа период момента отличается от нуля. Это приводит к тому, что колебания внутренней рамы 3 также становятся несимметричными, а наружная рама 4 и платформа 5 начинают вращаться с некоторой угловой скоростью (ускорением). величина которой пропорциональна асимметрии потоков излучения излучателей 12 и 13. 3 ил. сительно ее оси, Изменение величины управляющего момента позволяет варьировать угловую скорость прецессии, т.е. угловую скорость движения платформы (2).

Однако использование в качестве эадатчика угловой скорости датчика момента внутренней рамы создает определенные трудности в широком использовании устройства. Это объясняется тем, что оно имеет области устойчивых режимов работы и области неустойчивости, что ограничивает воэможности его использования.

Целью изобретения является расширение области использования устройства.

На фиг, 1 приведена электрокинематическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 представлены для исходного и рабочего режима соответственно статическая характеристика обобщенного нелинейного элемента (а), изменение во времени интенсивности потока излучения Ф(1) для двух излучателей, работающих противофазно, (б) и диаграмма момент М(1), создаваемого датчиком момента, Устройство для воспроизведения угловых скоростей и ускорений содержит трехстепенный гироскоп 1, включающий ротор 2, внутреннюю 3 и наружную

4рамы. На.оси наружной рамы 4 закреплены платформа 5, на которой устанавливается исследуемый объект, и с противоположной стороны датчик 6 момента, выполненный в виде двухфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 7, обмотка управления которого имеет две встречно включенные секции 8 и

9, На оси внутренней рамы 3 закреплена подвижная заслонка 10 датчика 11 положения внутренней рамы 3. Датчик 11 положения образован двумя парами излучателей

12, 13 и фотоприемников 14, 15, при этом излучатель и фотоприемник в каждой паре разделены заслонкой 10. Излучатели 12 и 13 подключены к противофазным выходам

1721518

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении внутренняя рама 3 расположена так, что заслонка 10, закрепленная на оси рамы 3, перекрывает световой поток одного из излучателей, на- 2 пример, 12. После разгона ротора 2 гироско. па 1 подается питание на излучатели 12 и 13 прецизионного регулируемого источника 16 напряжения и на фотоприемники 14 и 15 от источника 17 постоянного напряжения. При 2 этом происходит срабатывание фотоприемника t4 и с сопротивления 18 снимается сигнал, который поступает на один из входов двухуровневого компаратора 20. Последний осуществляет сравнение поступа- 3 ющего сигнала с сигналом по тоянного уровн, при достижении и превышении которого. на выходе формируется управляющий сигнал, поступающий на вход электронного ключа 21. Под действием это- 3 . ro сигнала электронный ключ 21 переключается в состояние, в котором к источнику 22 переменного напряжения подключается одна иэ секций (например, секция 8) управляющей обмотки датчика 6 момента. В 4 результате взаимодействия магнитных потоков, создаваемых в секции 8 и короткозамкнутом роторе 7 датчика 6 момента, последний создает момент, который прикладывается к оси наружной рамы 4 4 трехстепенного гироскопа 1. Наличие кинетического момента ротора 2 гироскопа 1 и момента, создаваемого датчиком 6 момента, приводит к повороту (в силу свойств ги.роскопов) внутренней рамы 3 относительно 5 ее оси, а также к соответствующему повороту наружной рамы 4. Направление момента датчика 6 выбрано таким, что поворот внутренней рамы 3 и закрепленной на ее оси заслонки 10 проводит к перекрытию свето- 55 вого потока излучателя 13 и увеличению свеТоеого потока, попадающего на фотоприемник 15 от излучателя 12, Это приводит к выключению фотоприемника 14 и включению фотоприемника 15. прецизионного управляемого источника 16 напряжения. Питание фотоприемников 14 и

15 осуществляется от источника 17 повтоянного напряжения, Потенциальные выходы фотоприемников 14 и 15, формируемые на дополнительных сопротивлениях 18 и 19, подключены к входам двухуровневого компаратора 20, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа

21, К силовому входу электронного ключа 21 подключен источник 22 переменного напряжения, а к его выходам — секции 8 и 9 управления обмотки датчика 6 момента.

На сопротивлении 19 формируется сигнал, поступающий на второй вход двухуровневого компаратора 20, который формирует управляющий сигнал, переключающий

5 электронный ключ 21 в состояние, при котором к источнику 22 переменного напряжения подключается секция 9 управляющей обмотки датчика 6 момента. Происходят изменение направления момента, созда10 ваемого датчиком 6, и соответственно изменение направлений движения внутренней 3 и наружной 4 рам трехстепенного гироскопа

1. Это приводит вновь к переключению датчика 11 положения, двухуровневого компа15 ратора 20. электронного ключа 21 и датчика

6 момента. Затем процесс переключения повторяется. В результате этого в устройстве устанавливается режим автоколебаний. при котором происходит периодическое

0 движение внутренней 3 и наружной рам трехстепенного гироскопа 1 с некоторой постоянной частотой и амплитудой, величины которых определяются параметрами системы. При этом вследствие симметрии сред5 ние за период колебаний значения угловых перемещений и угловых скоростей наружной 4 и внутренней 3 рам равны нулю. Для задания требуемой угловой скорости вращения наружной рамы 4 и, соответственно.

0 платформы 5 создается несимметрия колебаний внутренней рамы 3 путем формирования несимметричного момента в датчике 6.

Очевидно, что величины формируемых нэ сопротивлениях 18 и 19 электрических сиг5 налов. срабатывание компаратора 20 и ключа 21 зависят от величин потоков излучения излучателей t2 и 13, попадающих на фотоприемники 14 и 15. Величины этих потоков определяются либо положением заслонки

0 t0, т.е. углом поворота внутренней рамы 3, либо напряжением питания, подаваемым на фотоприемники 14 и 15 от прецизионного регулированного источника 16 напряжения.

На фиг. 2 приведены диаграммы, иллю5 стрирующие формирование момента, создаваемого датчиком 6 момента. Обобщенное нелинейное звено, образованное компа- ратором 20 и ключом 21, имеет релейную характеристику (фиг. 2а), поэтому при воз0 действии на фотоприемники 14 и 15 симметричного потока излучения (фиг, 2б) в датчике

6 момента формируется знакопеременный, но симметричный во времени момент (фиг.

2в), средняя величина которого за период равна нулю. Вводя несимметрию в потоки излучения путем обратно пропорционального изменения напряжения (фиг.

Зб), подаваемого на излучатели 12 и 13 (на излучателе 12 например, увеличивая, в на излучателе 13, соответственна умень1721518 шая напряжение), от прецизионного регулируемого источника 16 напряжения получают несимметрию во времени сигналов на выходе .двухуровневого компаратора 20 и ..соответственно момента, создаваемого 5 . датчиком 6 момента(фиг. Зб). При этом средняя величина создаваемого эа период мо.мента отличается от нуля, Это приводит к тому, что колебания внутренней рамы 3 также становятся несимметричными, а наруж- 10 ная рама 4 и платформа 5 начинают вращаться с некоторой угловой скоростью (угловым ускорением), величина которой пропорциональна асимметрии потоков излучения излучателей 12 и 13. 15

Формула изобретения

Устройство для воспроизведения угловых скоростей и ускорений, содержащее трехстепенный.гироскоп, платформу для установки исследуемого объекта, закреплен- 20 ную на оси наружной рамы гироскопа. датчик положения внутренней рамы гироскопа, электрически связанный с датчиком момента его наружной рамы, выполненным в виде асинхронного двигателя с двумя 25 встречно включенными секциями обмотки управления и источника переменного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области использования за счет расширения области устойчивых режимов работы устройства, в него введены двухуровневый компаратор, электронный ключ и прецизионный регулируемый источник напряжения с двумя выходами, а датчик положения выполнен.в виде двух закрепленных на наружной раме гироскопа пар излучатель-фотоприемник, каждая из которых разделена подвижной заслонкой, закрепленной на оси внутренней рамы гироскопа, причем излучатели подключены к выходам прецизионного регулируемого источника напряжения, а.потенциальные выходы фотоприемника подключены к входам двухуровневого компаратора, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, силовой вход которого связан с источником переменного напряжения, а выходы.— с секциями обмотки. управления датчика момента наружной рамы гироскопа.

1721518

I !

1

Составитель Г. Ермолаев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Малец

Редактор И.Шмакова

Заказ 949 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101