Способ измерения угловой скорости гироплатформы

 

Использование: в области навигации. Сущность изобретения: способ измерения угловой скорости гироплатформы, при котором поплавковый интегрирующий гироскоп с магнитоэлектрическим двигателем, охваченный отрицательной обратной связью, работает в режиме модуляции кинетического момента, ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя.

Изобретение относится к области навигации, в частности к способу измерения угловой скорости гироплатформы.

Известен способ измерения угловой скорости гироплатформы трехосных гиростабилизаторов при помощи установки дополнительного контрольного поплавкового интегрирующего гироскопа (ПИГ), который охватывают отрицательной обратной связью [1]. Однако этот способ позволяет замерять вертикальную составляющую угловой скорости платформы только с точностью до погрешности контрольного ПИГ.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения угловой скорости платформы при помощи ПИГ с магнитоэлектрическим двигателем, охваченного отрицательной обратной связью, который работает в режиме модуляции кинетического момента [2].

Недостатком этого способа, сдерживающим дальнейшее увеличение точности, является появление помех, синхронных с модуляцией кинетического момента, вызванных изменением усилий, воздействующих на ротор гироскопа, при изменении его частоты вращения.

В частности, основными причинами являются изменение тяжений между постоянными магнитами ротора и статорами из-за изменения токов в обмотках статоров вследствие изменения нагрузки на валу двигателя и изменения индуктивного сопротивления, а также изменение параметров газовых потоков в двигателе.

Это видно из следующих рассуждений.

Уравнение моментов на выходной оси контрольного ПИГ, установленного на гироплатформе и работающего в режиме датчика угловой скорости, записывается следующим образом: I_oc1·K_дм= Hω_пл+M_p+M_н+A·i_cp+f(Ω), (1) , где I_ос1 - ток обратной связи в датчике момента ПИГ; K_дм - крутизна характеристики датчика момента ПИГ; H - кинетический момент гироскопа, ω_пл - угловая скорость гироплатформы (определяемая величина); M_н-момент, обусловленный постоянными тяжениями между поплавком и корпусом ПИГ (токоподводы, реактивные моменты в датчиках угла и т.д.); M_р - момент, обусловленный разбалансировкой поплавка; A · i_ср- момент, вызванный тяжением между постоянными магнитами ротора и током (i_ср) статоров;
A - коэффициент пропорциональности (неизвестная величина);
f(Ω) - момент, вызванный наличием аэродинамической асимметрии конструкции гиродвигателя (неизвестная величина);
Ω - угловая частота вращения ротора.

При изменении частоты вращения ротора с Ω на Ω₁ (модуляции кинетического момента) уравнение (I) перепишется в следующем виде:
I_oc2·K_дм= H₁ω_пл+M_p+M_н+A·(i_cp-Δi₁)+f(Ω₁), (2) ,
где
Δi₁ - изменение тока в статоре.

Из совместного решения (1) и (2) будем иметь:

Из уравнения (3) видно, что погрешности, обусловленные моментами разбалансировки (M_р) и тяжений (M_н), в полезном сигнале (разность токов обратной связи) отсутствуют. Однако, полезный сигнал пропорционален не только искомой величине (ω_пл) , но и синхронной погрешности (второй и третий члены правой части уравнения).

Для устранения указанных помех в известном способе, основанном на том, что в ПИГ с магнитоэлектрическим двигателем, установленном на гироплатформе, охваченной отрицательной обратной связью и работающей в режиме модуляции кинетического момента, ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя (МЭД), что позволяет определить синхронные помехи, обусловленные тяжением между постоянными магнитами ротора и статорами.

Это видно из следующего. При изменении, например, в левом статоре двухстаторного МЭД эталонного значения тока на величину Δi_э , из уравнения (I) будем иметь:
I_oc3·K_дм= Hω_пл+M_p+M_н+A(i_cp-Δi_э)+f(Ω), (4) .

Решая совместно (1) и (4), будем иметь:
(I_oc1-I_oc3)·K_дм= A·Δi_э .

Откуда

Изменяя затем ток правого статора на эталонную величину Δi_э , запишем уравнение (I) в виде:
I_oc4·K_дм= Hω_пл+M_p+M_н-A(i_cp-Δi_э)+f(Ω), (6) .

Решая совместно (1) и (6), имеем:
.

Подставляя в (3) выражение (5), если разность I_ос1 - I_ос2 > 0, или выражение (7), если I_ос1 - I_ос2 <0, будем иметь:
.

Из уравнения (8) видно, что неопределенная погрешность, обусловленная тяжением статора и ротора (A · Δi₁ - см. уравнение (3)), исчезла.

Для определения оставшейся составляющей синхронной помехи , обусловленной конструктивной асимметрией, проводим описанные операции (1) - (8) на неподвижном основании, когда ω_пл= u₃·sinϕ (для азимутальной ориентации ПИГ), где U_з- угловая скорость вращения Земли, ϕ - широта места.

Тогда из уравнения (8) находим:
.

Так как для конкретного гироскопа эта составляющая синхронной помехи является величиной постоянной, то ее можно, в частности, аттестовать заранее при изготовлении гироскопа и занести в сопроводительную документацию на него.

Таким образом, из уравнения (8) с учетом (9) можно определить вертикальную составляющую угловой скорости платформы без синхронных помех контрольного гироскопа, что повышает точность измерения угловой скорости гироплатформы.

Формула изобретения

Способ измерения угловой скорости гироплатформы, при котором поплавковый интегрирующий гидроскоп с магнитоэлектрическим двигателем, охваченный отрицательной обратной связью, работает в режиме модуляции кинетического момента, отличающийся тем, что ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя.

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.03.2012

Дата публикации: 27.03.2012

---