Гирокомпас

Изобретение относится к области гироскопических приборов и может быть использовано при создании гирокомпаса или самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания для систем навигации и топопривязки. В гирокомпас введены запоминающее устройство и блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки ограничителя, выход которого связан с входом исполнительного устройства. Передача информации с датчика угла курса в запоминающее устройство может осуществляться с помощью беспроводной линии связи. Изобретение позволяет осуществить настройку коэффициента демпфирования в режиме гирокомпаса без участия оператора, упростить операторское обслуживание, сократить время настройки, дает возможность поднастройки прибора в процессе эксплуатации без применения ручных операций. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области гироскопических приборов и может быть использовано при создании гирокомпаса или самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания для систем навигации и топопривязки.

Известны гирокомпасы, в которых для приведения в меридиан в гироскопическом чувствительном элементе предусмотрен датчик углового положения оси вращения гироскопа относительно следящей рамы, подключенный через усилитель к двигателю приведения [1].

Недостатком этих приборов является наличие ошибки приведения оси вращения гироскопа к меридиану, вызванной погрешностью установки коэффициента демпфирования, и как следствие снижение точности гирокомпаса.

Известен гирокомпас [2], принятый за прототип, состоящий из следящей рамы с датчиком угла курса, датчиком стабилизирующего момента, усилителя стабилизации и гироскопического чувствительного элемента, имеющего две измерительные оси, образованные двумя ортогонально размещенными датчиками угла и датчиками момента, усилителя привода в меридиан, ограничителя, датчика широтной поправки, первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью вращения следящей рамы, а выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с датчиком стабилизирующего момента, причем вход усилителя привода в меридиан соединен с выходом датчика угла, установленного на второй измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, выход усилителя привода в меридиан связан с входом ограничителя, выход которого связан с входами датчиков момента, установленных на первой и второй измерительных осях, выход датчика широтной поправки соединен с входом датчика момента второй измерительной оси.

Указанный гирокомпас предназначен для наземных подвижных объектов и эксплуатируется в жестких условиях внешних механических воздействий в широком диапазоне внешних температур.

Для обеспечения необходимой стабильности работы гироскопического чувствительного элемента и электронных компонентов осуществляется термостабилизация внутреннего рабочего объема гирокомпаса при повышении температуры окружающей среды, большей максимально допустимой. Физическое старение электронных компонентов при длительной эксплуатации в условиях повышенной температуры и при жестких вибрационных и ударных воздействиях приводит со временем к изменению коэффициента демпфирования переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан и в результате к снижению точности выходных параметров гирокомпаса.

Поскольку коэффициент демпфирования переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан есть функция тока в обмотке управления датчика момента, установленного на второй измерительной оси, ограничитель (например, выполненный в виде резистора), соединенный последовательно с обмоткой управления, позволяет производить регулировку динамических параметров гирокомпаса. Установка требуемых динамических параметров выполнятся из условия обеспечения требуемых характеристик переходного процесса приведения в плоскость меридиана и выполняется путем подбора величины сопротивления резистора-ограничителя. Установка значения сопротивления Rн резистора-ограничителя выполняется вручную методом подбора, зависит от квалификации настройщика и требует многократного повторения операции настройки для более точного подбора значения сопротивления и получения требуемого качества переходного процесса.

Указанные причины приводят к увеличению трудоемкости настройки, неточности установки коэффициента демпфирования в процессе настройки и при необходимости поднастройки в процессе эксплуатации, что отрицательно влияет на точность гирокомпаса и является недостатком данного прибора. При этом для осуществления поднастройки необходима разборка гирокомпаса, которая должна осуществляться в процессе периодического технического обслуживания навигационной аппаратуры на объекте.

Настоящее изобретение направлено на повышение точности гирокомпаса в процессе его эксплуатации и повышение технологичности настройки гирокомпаса.

Это достигается тем, что в гирокомпас, содержащий следящую раму с датчиком угла курса и датчиком стабилизирующего момента, усилитель стабилизации, гироскопический чувствительный элемент, имеющий две измерительные оси, образованные двумя ортогонально расположенными датчиками угла и датчиками момента, усилитель привода в меридиан, ограничитель, выполненный в виде переменного резистора, датчик широтной поправки, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью вращения следящей рамы, выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с входом датчика стабилизирующего момента, выход датчика угла, установленного на второй измерительной оси, связан с входом усилителя привода в меридиан, выход которого связан с входом ограничителя, выход ограничителя связан с входами датчиков момента, установленных на первой и второй измерительных осях, выход датчика широтной поправки соединен с входом датчика момента, установленного на второй измерительной оси, введены запоминающее устройство переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан, блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления Rн настройки ограничителя с учетом зависимости Rн=R0·t3/2,7τ, где Rн - требуемое сопротивление настройки ограничителя, R0 - начальное сопротивление, при котором производится запись в запоминающее устройство, tз - заданное время приведения в меридиан, τ - постоянная времени функции переходного процесса приведения в меридиан, зависящая от коэффициента демпфирования, и исполнительное устройство, причем выход датчика угла курса связан с входом запоминающего устройства, выход которого связан с входом блока нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки ограничителя, выход которого связан с входом исполнительного устройства, а выход исполнительного устройства связан с управляющим входом ограничителя.

Выход датчика угла курса может быть связан с входом запоминающего устройства по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

Выход исполнительного устройства может быть связан с управляющим входом ограничителя, выполненного в виде электронного устройства, по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема исполнения гирокомпаса.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с указанным выше техническим результатом, заключаются в следующем.

Гирокомпас содержит следящую раму 1, датчик угла курса 2, датчик стабилизирующего момента 3, усилитель стабилизации 4, гироскопический чувствительный элемент 5 с датчиками угла 6 и момента 7 первой измерительной оси и с датчиками угла 8 и момента 9 второй измерительной оси, усилитель привода в меридиан 10, датчик широтной поправки 11, ограничитель 12, запоминающее устройство 13, блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки 14, исполнительное устройство 15. Сигнал с датчика угла курса 2 поступает на вход запоминающего устройства 13. Информация с выхода запоминающего устройства 13 поступает на вход блока нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки 14, который может управлять через исполнительное устройство 15 параметрами ограничителя 12.

Устройство работает следующим образом.

При взаимодействии вектора кинетического момента Н гироскопического чувствительного элемента 5 и горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли возникает гироскопический момент, который уравновешивается электрической пружиной, в цепь которой входят датчик угла 8, усилитель привода в меридиан 10, ограничитель 12 и датчик момента 9, при этом датчик угла 8 отклоняется от нулевого положения. Влияние вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли компенсируется путем подачи сигнала с датчика широтной поправки 11 на вход датчика момента 9. Сигнал с выхода ограничителя 12 поступает также на вход датчика момента 7 первой измерительной оси. Момент, развиваемый датчиком 7, вызывает прецессию вектора Н в сторону меридиана, при этом датчик угла 6 отклоняется от нулевого положения. Сигнал датчика 6 через усилитель стабилизации 4 управляет датчиком стабилизирующего момента 3, который разворачивает следящую раму 1 с установленными на нем гироскопическим чувствительным элементом 5 и ротором датчика угла курса 2. После прихода вектора Н в плоскость меридиана сигналы датчиков 6 и 8 обнуляются и переходный процесс приведения завершается. Качество приведения зависит от правильности выбора и установки динамических параметров переходного процесса, а следовательно, от точности настройки ограничителя 12. Переходный процесс приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан по текущему сигналу с датчика угла курса 2 записывается в запоминающее устройство переходного процесса 13, реализованное, например, с помощью блока памяти (ОЗУ, РПЗУ, жесткий диск, флэш-память) [3]. Затем запись поступает в блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки 14, в котором производится определение требуемых значений параметров ограничителя 12. В частной реализации устройства ограничитель 12 может быть, например, переменным резистором, а блок нахождения постоянной времени переходного процесса и сопротивления настройки 14 может быть реализован, например, на базе микропроцессора IBM PC/AT - совместимого персонального компьютера AWS-825P [4] или микропроцессорной БИС/СБИС [3]. При этом блок 14 находит постоянную времени переходного процесса и производит определение Rн, например, с учетом следующей зависимости:

где Rн - требуемое сопротивление настройки ограничителя 12, определяемое блоком 14;

R0 - начальное сопротивление, при котором производилась запись;

tз - заданное время приведения в меридиан;

τ - постоянная времени функции переходного процесса приведения в меридиан, зависящая от коэффициента демпфирования.

Полученное значение сопротивления резистора-ограничителя Rн устанавливается автоматически по сигналу, поступающему с выхода блока 14 на исполнительное устройство 15, связанное с управляющим входом ограничителя 12. При этом исполнительное устройство 15 может быть реализовано, например, с помощью шагового двигателя, механически выставляющего параметры ограничителя 12 по сигналу с блока 14.

Передача информации с датчика угла курса 2 в запоминающее устройство 13 может быть осуществлена с помощью беспроводной линии связи, при этом выход датчика угла курса 2 и вход запоминающего устройства 13 могут быть выполнены в виде однотипных модулей беспроводного интерфейса, например, по технологии «Bluetooth» [5] или по любой ей аналогичной.

Линия связи исполнительного устройства 15 с управляющим входом ограничителя 12 может быть также выполнена беспроводной. При этом выход исполнительного устройства 15 и управляющий вход ограничителя 12, выполненного в виде электронного устройства [3], должны выполнять функции модулей беспроводного интерфейса.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность прибора и упростить операторское обслуживание путем исключения настройки, выполняемой до этого по методу «проб и ошибок» согласно источнику информации - прототипу [2]. При этом сокращается время настройки путем исключения необходимости повторения операции приведения чувствительного элемента в плоскость меридиана, исключается работа оператора по подбору значения сопротивления резистора-ограничителя Rн. Кроме того, появляется возможность поднастройки прибора в процессе его эксплуатации, а также в ходе регламентных работ и технического обслуживания без применения ручных операций по изменению Rн. Такая необходимость может быть вызвана физическим старением и изменением параметров настройки в процессе эксплуатации.

Предлагаемое устройство прошло практическую проверку при разработке методики настройки самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания и реализовано в составе автоматизированного стенда контроля, построенного на базе ПЭВМ или системы электронно-цифровой автоматики. С помощью устройства осуществляется настройка коэффициента демпфирования азимутального канала самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания в режиме гирокомпаса без участия оператора.

Литература

1. Патент ФРГ № 1498042, кл. G01С 19/38, опубл. 23.11.72.

2. Патент России № 2124184, кл. G01С 19/38, приор. 15.12.96.

3. Е.П.Угрюмов. Цифровая схемотехника. 2-е издание, «БХВ-Петербург», Санкт-Петербург, 2004 г., с.269-270, 345-353, 581-583.

4. Каталог фирмы Advantech "Все необходимое для автоматизации на базе PC", русское издание, ProSoft, Москва, 1997 г., стр.2-8.

5. С.Асмаков. Периферия без проводов. Компьютер-пресс, № 5 за 2003 год, с.55.

1. Гирокомпас, содержащий следящую раму с датчиком угла курса и датчиком стабилизирующего момента, усилитель стабилизации, гироскопический чувствительный элемент, имеющий две измерительные оси, образованные двумя ортогонально расположенными датчиками угла и датчиками момента, усилитель привода в меридиан, ограничитель, выполненный в виде переменного резистора, датчик широтной поправки, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью вращения следящей рамы, выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с входом датчика стабилизирующего момента, выход датчика угла, установленного на второй измерительной оси, связан с входом усилителя привода в меридиан, выход которого связан с входом ограничителя, выход ограничителя связан с входами датчиков момента, установленных на первой и второй измерительных осях, выход датчика широтной поправки соединен с входом датчика момента, установленного на второй измерительной оси, отличающийся тем, что в гирокомпас введены запоминающее устройство переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан, блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления Rн настройки ограничителя с учетом зависимости Rн=R0tз/2,7τ, где Rн - требуемое сопротивление настройки ограничителя, R0 - начальное сопротивление, при котором производится запись в запоминающее устройство, tз - заданное время приведения в меридиан, τ - постоянная времени функции переходного процесса приведения в меридиан, зависящая от коэффициента демпфирования, и исполнительное устройство, причем выход датчика угла курса связан с входом запоминающего устройства, выход которого связан с входом блока нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки ограничителя, выход которого связан с входом исполнительного устройства, а выход исполнительного устройства связан с управляющим входом ограничителя.

2. Гирокомпас по п.1, отличающийся тем, что выход датчика угла курса связан с входом запоминающего устройства по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

3. Гирокомпас по п.1, отличающийся тем, что выход исполнительного устройства связан с управляющим входом ограничителя, выполненного в виде электронного устройства, по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технических средств спутниковой, инерциальной навигации и гиростабилизации для морских объектов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении приборов для систем стабилизации, навигации и топопривязки объектов наземной техники.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах навигации, топопривязки и ориентирования наземных подвижных объектов. .

Изобретение относится к области навигации и может быть использовано при создании гироскопических приборов на базе динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ) в морской, воздушной, наземной, скважинной навигации.

Изобретение относится к определению направления истинного меридиана объектов на Земле для навигационных или топографических целей. .

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств. .

Изобретение относится к технике приборостроения, а именно к навигационным приборам для определения основных навигационных параметров позиционирования воздушных и наземных объектов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении приборов для систем стабилизации, навигации и топопривязки объектов наземной техники.

Изобретение относится к навигационным гироскопическим приборам, а именно к измерителям азимута на земной поверхности, и может быть использовано в геодезии, а также для прицеливания беспилотных летательных аппаратов, артиллерийских и ракетных систем или иных объектов военного и гражданского назначения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при определении азимутов

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к гирокомпасам, вычисляющим азимут и углы наклона направлений, определенным образом связанных с неподвижным относительно Земли (статическим) объектом, на котором гирокомпас установлен

Изобретение относится к области технических средств судовождения, в частности к корректируемым гироазимуткомпасам (ГАК) и гироскопическим курсоуказателям (ГКУ), предназначенным для определения курса относительно географического меридиана или угла отклонения от заданного направления

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано при разработке прибора для гироскопического ориентирования при проведении горных выработок

Изобретение относится к навигации и может быть использовано, например, в качестве гирокомпаса и для определения направления севера. Способ определения курса осуществляется с помощью инерциального устройства (1), обеспечивающего измерения посредством, как минимум, одного вибрационного гироскопа (3), и включает в себя установку инерциального устройства таким образом, чтобы ось гироскопа находилась практически в горизонтальной плоскости, позиционирование инерциального устройства последовательно определенное число раз относительно вертикальной оси, количество положений при этом должно быть больше единицы, настройку электрического угла поворота вибрационного гироскопа в каждом положении на заданную величину (причем данная заданная величина должна быть одинаковой для всех позиций) и определение курса по результатам измерений и углу между вышеуказанными позициями. Изобретение позволяет использовать более простое инерциальное устройство и повысить точность измерений. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: изобретение относится к гироскопическим приборам для навигации, геодезии, измерения азимута на земной поверхности. Сущность: гирокомпас содержит корпус 1, выполненный с возможностью вращения на своей оси 2, которая установлена на упорном подшипнике 3 и зафиксирована в вертикально расположенном полом валу 4 червячного редуктора 5, входной вал 6 которого связан с приводным шаговым двигателем 7. Корпус 1 связан с внешней рамкой 8, установленной с возможностью качания в подшипниках 9, зафиксированных в корпусе 1. Внешняя рамка 8 в свою очередь связана с внутренней рамкой 10, установленной с возможностью качания в перпендикулярном направлении в подшипниках 11, зафиксированных во внешней рамке 8. На внутренней рамке 10 по оси качания размещена первая вертикальная стойка 12 с закрепленным на ней одноосным измерителем угловой скорости, представляющем собой волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) 13 с замкнутым контуром обратной связи. На корпусе 1 выполнена вторая вертикальная стойка 14 с установленным на ней линейным шаговым двигателем 15, ходовой винт 16 которого через тягу 17, имеющей гайку 18, связан с внешней рамкой 8. На внешней рамке 8 выполнена третья вертикальная стойка 19 с установленным на ней аналогичным линейным шаговым двигателем 15, ходовой винт 16 которого через тягу 17 с гайкой 18 связан с внутренней рамкой 10. Первый акселерометр 20 установлен в нижней части первой стойки 12, жестко связанной с внутренней рамкой 10. На кронштейне 21, расположенном снизу внешней рамки 8, перпендикулярно первому акселерометру 20 расположен второй акселерометр 22. Вся конструкция размещается на плите 23. Технический результат: повышение точности, уменьшение габаритов измерительного прибора, предназначенного для использования в различных областях техники с целью измерения, контроля угловой скорости вращения и углового положения в инерциальном пространстве. 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах ориентации и навигации подвижных объектов. Для этого гирогоризонткомпас (ГГК) содержит первый гироскоп, дополнительную раму, первое и второе исполнительные устройства, роторы которых соответственно связаны с вращающимся валом и осью дополнительной рамы, а статоры с дополнительной рамой и корпусом ГГК, первый и второй акселерометры, второй и третий гироскопы, установленные на корпусе ГГК, оси которых взаимно ортогональны и параллельны, бортовой вычислитель, содержащий блок выработки углов ориентации, блок управления подвесом, блок вычисления и автокомпенсации погрешности определения азимута и управляющее устройство. Исполнительные устройства обеспечивают фиксированные повороты вращающегося вала и дополнительной рамы подвеса относительно продольной и поперечной осей ГГК в положения -90°, 0°, +90° относительно направления, нормального к основанию ГГК. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и может быть использовано в геодезии, навигации, топографии, системах прицеливания и наведения. Технический результат - повышение точности и сокращение времени определения азимута. Для этого при определении азимута предусматривают предварительную выставку оси чувствительности гироскопа, выполнение поворотов оси чувствительности гироскопа на заданные углы, измерение времени поворота гироскопа в каждое положение на заданный угол, определение суммарного времени измерения показаний гироскопа во всех положениях с учетом времени определения азимута, определение значений минимального необходимого времени измерения показаний в каждом положении оси чувствительности гироскопа и минимального необходимого количества измерений при заданном времени определения азимута, определение показаний гироскопа на заданных углах и вычисление азимута с использованием полученных показаний. 4 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при разработке, изготовлении и эксплуатации самоориентирующихся гироскопических систем курсоуказания и курсокреноуказания. Технический результат - повышение точности, упрощение реализации и повышение надежности. Для достижения данного результата включают режим гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном или южном направлении. После приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π и включают режим гирокомпаса для приведения в первоначальном направлении. После этого определяют положение, в котором скорость приведения равна нулю, и проводят определение значения истинного азимута согласно выражению: A u c m = A 1 + A 2 + π 2 при A1>A2 или A u c m = A 1 + A 2 − π 2 при A1<А2, где A1 - значение азимута после первого приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, А2 - значение курсового угла, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю.
Наверх