Способ управления прецессией ротора динамически настраиваемого гироскопа и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в системах инерциального управления объектами. Цель изобретения - повышение точности управления. В способе и устройстве управление прецессией ротора гироскопа осуществляют модулированным пульсирующим электрическим полем, не создающим остаточного намагничивания ротора и не приводящим к остаточным токам в цепи моментного датчика. Отсутствие остаточного взаимодействия между корпусом и ротором гироскопа устраняет возмущение углового движения полярной оси ротора в инерциальном пространстве. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах инерциального управления объектами.

Известен способ управления прецессией ротора динамически настраиваемого гироскопа с моментным датчиком, вращающимся совместно с валом с частотой Ω включающий формирование токов управления в моментном датчике по управляющим сигналам постоянного тока каждого из двух каналов управления.

Известно устройство управления прецессией ротора динамически настраиваемого гироскопа, содержащее двухканальный задатчик управляющих сигналов постоянного тока, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа и двухсекционный электромагнитной моментный датчик, вращающийся совместно с валом гироскопа.

Недостатком известного способа и устройства является низкая точность управления, обусловленная наличием остаточных магнитных полей в процессе преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа. В результате в координатах вала появляется паразитная электродвижущая сила и соответственно паразитные токи управления, что снижает точность управления прецессией ротора.

Целью изобретения является повышение точности управления прецессией ротора гироскопа.

Это достигается тем, что в известном способе в зазоре между вращающейся и невращающейся частями гироскопа создают переменное электрическое поле, амплитуда напряженности которого изменяется по закону: U K sin(Ωt+ϕ)sin νt sign[sin(Ωt+ϕ)] где i₁, i₂ величины постоянных токов в первом и втором каналах соответственно; ϕ arctg ν- частота модуляции; ν >> 1000Ω t время; К коэффициент пропорциональности, выявляют со стороны вала переменный ток, создаваемый электрическим полем, и формируют токи управления в моментном датчике пропорционально огибающей выявленного переменного тока.

В известном устройстве с целью повышения точности, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа выполнен в виде коммутатора, трех модуляторов, сумматора, генератора переменного напряжения, четырех пар колец, соосных валу, каждая из которых содержит подвижное и неподвижное кольцо, двух диодных матриц, двух считывающих магнитных головок, двух постоянных магнитов противоположной полярности, установленных на валу соответственно считывающим головкам, при этом выходы считывающих головок соединены с первыми входами первого и второго модулятора соответственно, с вторыми входами которых соединены выходы двухканального задатчика управляющих сигналов постоянного тока, выходы первого и второго модуляторов соединены с входами сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего модулятора и с управляющим входом коммутатора, выход генератора переменного напряжения соединен с вторым входом третьего модулятора, выход которого соединен с входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с неподвижными кольцами первой и второй пар соосных колец соответственно, третий и четвертый входы коммутатора с неподвижными кольцами третьей и четвертой пар соосных колец соответственно, подвижные кольца первой и второй пар соосных колец через первую диодную матрицу с первой секцией двухсекционного моментного датчика, а подвижные кольца третьей и четвертой пары соосных колец через вторую диодную матрицу с второй секцией двухсекционного моментного датчика.

Сущность изобретения заключается в том, что управление ведут модулированным электрическим полем, не создающим остаточного намагничивания и тем самым не приводящим к остаточным токам в цепи моментного датчика. Отсутствие остаточного взаимодействия между корпусом и ротором гироскопа повышает точность управления прецессией ротора, поскольку не возникает возмущение углового движения полярной оси ротора в инерциальном пространстве.

На чертеже представлено устройство для осуществления предлагаемого способа.

В зазоре между вращающейся и невращающейся частями гироскопа создают пульсирующее электрическое поле, амплитуда напряженности которого пропорцио- нальна и изменяется во времени по закону sin(Ω t + ϕ)sin ν t и в пространстве вдоль оси, параллельной полярной оси ротора, по закону sign[sin(Ωt+ϕ)] ϕ arctg ν >> 1000 Ω t время, выявляют в координатах вала переменный ток, создаваемый электрическим полем, формируют токи управления в моментном датчике пропорционально огибающей напряженности создаваемого электрического поля.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит ротор 1, укрепленный с помощью пары наружных торсионов 2, кольца 3 и пары внутренних торсионов 4 на валу 5, установленном на подшипниках в основании 6. Соответственно ротору на валу укреплены две секции (два электромагнита) 7, 8 моментного датчика (МД). На валу также установлены четыре подвижных кольца 9-12, соосных оси вала Х и полярной оси ротора, и две диодные матрицы 13, 14, причем каждая матрица состоит из четырех диодов.

В основании соответственно кольцам 9-12 установлены неподвижные кольца 15-18. В основании укреплены также коммутатор 19, модуляторы 20-22, сумматор 23, генератор переменного напряжения (ГПН) 24. На валу установлен диск 25 с двумя расположенными через 180^о постоянными магнитами (ПМ) 26 и 27 противоположной полярности. Соответственно диску в основании укреплены две взаимно ортогональные считывающие головки (СГ) 28 и 29.

Выходы СГ 28, 29 через соответствующие модуляторы 20, 21 соединены с входами сумматора 23, выход которого подключен к первому входу модулятора 22 и управляющему входу коммутатора 19. Второй вход модулятора 22 соединен с выходом ГПН 24, а выход модулятора 22 подключен к первому входу коммутатора 19. Первый, второй, третий и четвертый выходы коммутатора соединены соответственно с неподвижными кольцами 15-18. Подвижные кольца 9, 10 через диодную матрицу 13 соединены с входами первой секции (электромагнитом) 7 моментного датчика. Подвижные кольца 11, 12 через диодную матрицу 14 соединены с входами второй секции (электромагнитом) 8 моментного датчика.

Вал 5 (вместе с ротором 1) приведен во вращение вокруг оси Х со скоростью динамической настройки Ω от двигателя, не показанного на чертеже. При этом ротор приобретает инерциальные свойства и его полярная ось, соосная оси Х вала, сохраняет свое положение в инерциальном пространстве неподвижным. Кроме того, ПМ 26, 27, проходя под СГ 28, 29, генерируют в них опорные сигналы, изменяющиеся по законам sin Ω t и cos Ω t соответственно.

Для управления прецессией ротора и создания при этом углового движения полярной оси ротора с угловыми скоростями ω₁ и ω ₂ вокруг взаимно ортогональных осей Y_o и Z_o, неподвижных относительно основания и расположенных в плоскости вращения вала, подают постоянные токи управления i₁ и i₂ с выхода задатчика соответственно на первые входы модуляторов 20, 21, на вторые входы которых поступают опорные сигналы СГ 28, 29, причем
i₁ K ω₁, i₂ K ω₂, где К коэффициент пропорциональности.

С выходов модуляторов 20, 21 на входы сумматора 23 поступают сигналы, изменяющиеся по законом i₁sin Ω t и i₂cosΩ t соответственно, с выхода сумматора на первый вход модулятора 22 и управляющий вход коммутатора 19 подают сигнал, изменяющийся по закону
i₁sin Ω t + i₂cos Ω t i sin(Ω t + ϕ) (1) где ϕ arctg arctg .

На второй вход модулятора 22 поступает выходной сигнал ГПН 24, частота которого ν> > 1000 Ω В результате с выхода модулятора 22 на первый вход коммутатора 19 подают сигнал, изменяющийся по закону
isin( Ω t + ϕ)sin ν t (2)
Коммутатор 19, используя сигнал (1), пришедший на его управляющий вход, подает сигнал (2) с первого и второго выходов на неподвижные кольца 15, 16 в течение положительного полупериода сигнала (1), а также подает сигнал (2) с третьего и четвертого выходов на неподвижные кольца 17, 18 в течение отрицательного полупериода сигнала (1). В результате в зазоре между неподвижными 15-18 и подвижными 9-12 кольцами создают электрическое поле, изменяющееся во времени по закону (2) и модулированное в пространстве вдоль оси Х по закону
sign[sin (Ω t + ϕ)] (3)
В течение положительного полупериода сигнала (1) электрическое поле в зазоре между кольцами 15 и 9, 16 и 10 создает ток, поступающий через диодную матрицу 13 в первую секцию 7 МД. В течение отрицательного полупериода сигнала (1) электрическое поле в зазоре между кольцами 17 и 11, 18 и 12 создает ток, поступающий через диодную матрицу 14 во вторую секцию 8 МД. Поскольку диодные матрицы 13, 14 выпрямляют ток, создаваемый электрическим полем, то ток, протекающий поочередно через секции 7, 8, изменяется по закону sin( Ω t + ϕ) и обеспечивает приложение момента к ротору, изменяющегося по тому же закону. В результате обеспечивается прецессия полярной оси ротора в инерциальном пространстве с угловыми скоростями ω₁ и ω₂ относительно взаимно ортогональных осей Y_o и Z_o.

Формула изобретения

Способ управления прецессией ротора динамически настраиваемого гироскопа с моментным датчиком, вращающимся совместно с валом с частотой Ω включающий формирование токов управления в моментном датчике по управляющим сигналам постоянного тока каждого из двух каналов управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в зазоре между вращающейся и невращающейся частями гироскопа создают переменное электрическое поле, амплитуда напряженности которого изменяется по закону

×sin νt sign[sin(Ωt+ϕ)],
где i₁ и i₂ величины постоянных токов в первом и втором каналах соответственно;

ν частота модуляции, n ≫ 1000Ω;
t время;
K коэффициент пропорциональности,
выявляют со стороны вала переменный ток, создаваемый электрическим полем, и формируют токи управления в моментном датчике пропорционально огибающей выявленного переменного тока.

2. Устройство для управления прецессией ротора динамически настраиваемого гироскопа, содержащее двухканальный задатчик управляющих сигналов постоянного тока, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа и двухсекционный электромагнитный моментный датчик, вращающийся совместно с валом гироскопа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, блок преобразования и передачи сигналов на вращающуюся часть гироскопа выполнен в виде коммутатора, трех модуляторов, сумматора, генератора переменного напряжения, четырех пар колец, соосных с валом, каждая из которых содержит подвижное и неподвижное кольца, двух диодных матриц, двух считывающих магнитных головок, двух постоянных магнитов противоположной полярности, установленных на валу соответственно считывающим головкам, при этом выходы считывающих головок соединены с первыми входами первого и второго модулятора соответственно, с вторыми входами которых соединены выходы двухканального задатчика управляющих сигналов постоянного тока, выходы первого и второго модуляторов соединены с входами сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего модулятора и с управляющим входом коммутатора, выход генератора переменного напряжения соединен с вторым входом третьего модулятора, выход которого соединен с входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с неподвижными кольцами первой и второй пар соосных колец соответственно, третий и четвертый выходы коммутатора соединены с неподвижными кольцами третьей и четвертой пар соосных колец соответственно, подвижные кольца первой и второй пар соосных колец соединены через первую диодную матрицу с первой секцией двухсекционного моментного датчика, а подвижные кольца третьей и четвертой пары соосных колец через вторую диодную матрицу с второй секцией двухсекционного моментного датчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1