Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока



Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока

 


Владельцы патента RU 2509289:

Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ (RU)

Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока относится к области приборостроения и может быть использована для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения. Технический результат - повышение точности и сокращение времени определения азимута базового направления, связанного с платформой трехосного гиростабилизатора. Для достижения данных целей используется один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляется путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока системы стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации. Перед началом измерений одну из осей, связанных с платформой трехосного гиростабилизатора, грубо приводят по азимуту к меридиану. Одновременно со считыванием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла гироблока рассчитываются номинальные значения данного угла в соответствии с уравнением номинального движения, а азимут оси чувствительности гироблока определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями датчика угла этого гироблока. 1 ил.

 

Известен способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока [1].

Этот способ заключается в том, что используют один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляют путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока контура стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации, а азимут платформы определяют с использованием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла прецессии этого гироблока.

При этом алгоритм определения азимута платформы строится на основе полной динамической модели гироскопа, имеющей следующий вид:

I β ¨ + f β ˙ = H ω Г sin ( A 0 α β ) + H ω Г Б + М в р ,                                         (1)

где I - момент инерции гироскопа;

f - коэффициент демпфирования;

Н - кинетический момент;

A0 - начальный азимут платформы;

α - угол поворота платформы относительно Земли;

ωГ - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

β - угол прецессии гироскопа;

ωГБ - скорость собственного ухода измерительного гироскопа;

Мвр - возмущающие воздействия, обусловленные влиянием нескомпенсированной скорости дрейфа платформы относительно вертикальной оси из-за наличия ошибок горизонтирования платформы ТГС.

Платформа ТГС «свободна в азимуте» относительно Земли по вертикали.

Полученное выражение позволяет решать задачу автономного азимутального ориентирования платформы по информации об угле прецессии гироблока без установки на платформу дополнительных измерителей.

Недостатком данного способа является сложность алгоритма определения азимута платформы ТГС во время проведения измерений. Действительно, данное дифференциальное уравнение нелинейно и не имеет аналитического решения. Определить с высокой точностью на основе данного уравнения искомый азимут в условиях действия на двухстепенной гироскоп различных внешних и внутренних возмущений: ωГБ, Мвр, имеющих случайную природу, весьма затруднительно.

Как следует из сути данного способа, использование широкодиапазонного датчика угла предполагает, что в начальный момент функционирования системы угол между вектором кинетического момента гироблока H ¯ и вектором горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли ωГ должен быть достаточно большим (в идеале близким к 90°), так как только в этом случае гироскопический момент, обусловленный горизонтальной составляющей угловой скорости Земли, будет максимальным и за время, необходимое для определения азимута, вектор кинетического момента гироблока H ¯ повернется на достаточно большой угол, что повышает информативность измеряемого сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема типового трехосного гиростабилизатора в начальный момент (β(0)=0) измерения азимута платформы, где обозначено:

Гx, Гy, Гz - двухстепенные гироблоки системы стабилизации относительно соответствующих осей;

Ax, Az - акселерометры систем горизонтирования относительно соответствующих осей;

СДх, СДy, СДz - стабилизационные двигатели относительно соответствующих осей;

УСх,УСy,УСz - усилители систем стабилизации относительно соответствующих осей;

КК - корректирующий контур;

H ¯ - векторы кинетических моментов гироскопов;

OXпYпZп - система координат, связанная с платформой;

ON - направление на север;

ВУ - вычислительное устройство;

А - азимут оси ХП платформы ТГС в момент начала измерений.

Здесь в качестве измерительного гироблока используется гироблок Гх.

Первый член в правой части уравнения (1) является гироскопическим моментом, и в соответствии с определением гироскопического момента

[2, с.117] начальный азимут A0 - это угол между векторами H ¯ и ΩГ, поэтому уравнение (1) можно записать в виде:

I β ¨ + f β ˙ = H ω Г с o s ( A α β ) + H ω Г Б + М в р ,                                         (2)

если за начальный азимут А принять начальный азимут оси ХП платформы ТГС.

Целью настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего повысить точность и сократить время определения азимута платформы ТГС в условиях действия различных возмущений.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно со считыванием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла измерительного гироблока рассчитываются номинальные значения данного угла в соответствии с уравнением номинального движения, а азимут платформы определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока.

Номинальные значения угла прецессии гироблока βН определяются в соответствии с нелинейным дифференциальным уравнением номинального движения:

I β ¨ + f β ˙ Н = H ω Г cos ( ω В t β H ) ,                                                                (3)

где ωВ - вертикальная составляющая угловой скорости вращения Земли.

Данное уравнение описывает изменение угла βН при действии гироскопического момента, обусловленного горизонтальной составляющей угловой скорости Земли ωГ, в предположении, что в начальный момент времени ось ХП платформы ТГС направлена точно на север, а направление оси чувствительности измерительного гироблока совпадает с направлением оси ХП, то есть при t=0: A=0, β=0 и α(0)=-ωВt=0. При этом вредные возмущения Мвр отсутствуют.

Номинальные значения угла прецессии гироблока βН в соответствии с (3) могут быть рассчитаны одним из численных методов, например методом Рунге-Кутта [3]. В этом случае уравнение (2) можно линеаризовать относительно уравнения (3) и использовать для определения начального азимута А оси ХП платформы ТГС хорошо известные методы оценок параметров линейных систем в условиях действия случайных возмущений, например оптимальный фильтр Калмана [4].

После определения начального азимута А оси ХП платформы ТГС можно определить также текущий азимут платформы:

А П ( t ) = A ω В t .                                                                               (4)

Таким образом, предложенный способ имеет новизну.

Сравнительный анализ существенных признаков ближайшего аналога [1] и настоящего способа показывает, что азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока отличается тем, что одновременно со считыванием информации об угле прецессии измерительного гироблока рассчитывают номинальные значения данного угла в соответствии с уравнением номинального движения, а азимут платформы определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока.

Источники информации

1. Камкин Е.Ф., Макаров Д.В., Ржевский С.И. Патент 2324897 С1 РФ, МПК G01C 21/18 «Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока». 2006142185/28. Заяв. 29.11.2006. Опубл. 20.05.2008. Бюл. №14.

2. Командно-измерительные приборы. Под редакцией Б.И.Назарова. М.: МО СССР, 1987.

3. Дьяконов В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007. Самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2008.

4. Свешников А.А., Ривкин С.С. Вероятностные методы в прикладной теории гироскопов. М.: Наука, 1974.

Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока, заключающаяся в том, что используют один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляют путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока контура стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации, а информацию считывают с широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока, отличающаяся тем, что одновременно со считыванием информации рассчитывают номинальные значения данного угла в соответствии с уравнением номинального движения, а азимут платформы определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для контроля гиростабилизированных платформ космического назначения. .

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к управляемым гиростабилизаторам с косвенной стабилизацией, работающим на подвижных объектах. .

Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение для стабилизации поля зрения и управления линией визирования оптических приборов, размещаемых на подвижных объектах.

Изобретение относится к области корректируемых по информации от навигационных спутников гироскопических систем навигации морских объектов. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения. .

Изобретение относится к управляемым гиростабилизаторам линии визирования, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации оптического изображения.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при разработке, изготовлении и эксплуатации самоориентирующихся гироскопических систем курсоуказания и курсокреноуказания.

Изобретение относится к области наведения управляемых снарядов. .

Изобретение относится к способам определения угловых параметров движения крылатых беспилотных летательных аппаратов (далее БЛА) и может быть использовано при управлении БЛА, совершающего маневр с помощью различных режимов полета: рикошетирования, планирования и комбинированного режима.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности к средствам прецизионного измерения курса объекта при контроле погрешности выработки курса системами навигации корабля при нахождении его у причала.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение точности. Для этого определение азимута осуществляется без связи с заданным базовым направлением на Земле. Перед началом измерений платформа грубо приводится в требуемое положение по азимуту, при этом в датчик моментов азимутального гироблока подается расчетный управляющий сигнал. Азимутальное положение платформы определяется по информации о токах коррекции в датчиках моментов системы точного приведения платформы в горизонт.

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения. Предлагаемый способ заключается в том, что корпус одного из гироблоков, вектор кинетического момента которого направлен примерно на запад или на восток, поворачивают относительно платформы трехосного гиростабилизатора в азимуте вслед за поворотом гироскопа к меридиану. Поворот корпуса осуществляется следящей системой, состоящей из шагового двигателя, на вход которого поступают импульсы, частота следования которых пропорциональна сигналу, снимаемому с датчика угла гироблока. Азимут платформы трехосного гиростабилизатора определяется путем обработки информации об угле поворота корпуса гироблока, который пропорционален числу импульсов на входе шагового двигателя.

Способ коррекции дрейфа микромеханического гироскопа, используемого в системе дополненной реальности на движущемся объекте. Изобретение относится к области навигационного приборостроения. Для повышении эффективности пространственной ориентации операторов, управляющих подвижными объектами (автомобилями, водными и воздушными судами) могут применяться системы дополненной реальности в виде наголовных модулей, включающие, в том числе, автономные подсистемы ориентации, обеспечивающие определение трех угловых координат положения линии наблюдения в пространстве. Недостатком подсистем ориентации, выполненных на микромеханических элементах (гироскопах, акселерометрах, магнитометрах) является значительный дрейф данных, особенно по углу рыскания, достигающий нескольких сотен градусов в час. Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышение точности пространственной ориентации посредством микромеханических гироскопов за счет коррекции их дрейфа с помощью данных спутниковой навигационной системы и оптического распознавания маркеров дополненной реальности. Технический результат достигается тем, что по данным бортового приемника спутниковой навигационной системы с помощью метода регрессионного анализа строится трехмерный вектор движения объекта и, при обнаружении участка прямолинейного движения, производится коррекция показаний гироскопа по углам рыскания и тангажа путем приведения их к угловым координатам текущего вектора движения. Для учета положения головы оператора относительно движущегося объекта применяется оптическое распознавание графических маркеров (четких изображений различных геометрических фигур), неподвижно размещенных на объекте в поле зрения видеокамеры, также входящей в наголовный модуль системы дополненной реальности. 1 ил.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования, а конкретно к двухосным управляемым гиростабилизаторам оптической линии визирования, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и наведения линии визирования. Устройство содержит исполнительные двигатели наружной и внутренней рамок, установленные на осях вращения наружной и внутренней рамок, усилители каналов наружной и внутренней рамок, выходы которых соединены с входами исполнительных двигателей наружной и внутренней рамок, выходные валы наружной и внутренней рамок, связанные с выходами исполнительных двигателей наружной и внутренней рамок, электронный преобразователь координат, выходы которого соединены с входами усилителей каналов наружной и внутренней рамок. Дополнительно введены пульт наведения, входы которого связаны с сигналами углов наведения на цель по азимуту и высоте, постоянного угла наклона наружной рамки и угла поворота выходного вала подвеса, а выходы пульта наведения соединены с соответствующими входами электронного преобразователя координат, исполнительный двигатель подвеса, установленный на основании, усилитель канала подвеса, вход которого соединен с выходом пульта наведения, а выход усилителя канала подвеса соединен с входом исполнительного двигателя подвеса. Техническим результатом является повышение точности наведения двухосного гиростабилизатора в подвесе за счет использования электронного преобразователя координат в устройстве наведения.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для определения положения платформы трехосного гиростабилизатора в азимуте, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения. Технический результат - возможность определения азимутального положения гиростабилизированной платформы в условиях азимутальных смещений основания, упрощение конструкции, сокращение времени и повышение точности определения азимутального положения платформы. Для этого измерения производятся в инерциальном режиме функционирования системы стабилизации платформы относительно вертикальной оси. Перед началом измерений платформа грубо устанавливается и удерживается в требуемом исходном положении по азимуту. Азимутальное положение определяется по информации о токах обратной связи и углах поворота штатного гироблока, отключаемого от системы стабилизации и включаемого в режим датчика угловой скорости. Стабилизация и горизонтирование платформы при измерениях осуществляется соответствующим акселерометром, подключенным через усилитель к двигателю стабилизации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано в навигационных системах. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого определение азимута производится при введении одного из гироблоков системы стабилизации в компасный режим путем его отключения от штатного канала системы стабилизации, при осуществлении стабилизации и горизонтирования платформы в измененном канале стабилизации с помощью соответствующего акселерометра, отключаемого от датчика моментов гироблока и подключаемого через усилитель к двигателю стабилизации платформы измененного канала, а также при осуществлении режима «памяти» в азимутальном канале. В расчетный момент времени на датчик моментов гироблока подаются управляющие сигналы, возвращающие гироскоп в исходное положение. Определение азимута исходного положения платформы производится по сигналам с датчика угла гироблока и акселерометра. Использование управляющих сигналов дает возможность сократить время измерительного процесса за счет совмещения его с процессом приведения компасного гироскопа в исходное положение при одновременном обеспечении заданной точности определения азимута платформы, а также возможность для ТГС дальнейшего непрерывного функционирования по назначению.

Группа изобретений относится к установке и работе инерционных датчиков, таких как, например, датчики пространственного положения (гироскопы) или датчики движения (акселерометры) на борту транспортного средства. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений. В способе осуществляют калибровку устройства (S) инерционного датчика, установленного в произвольной позиции на борту транспортного средства (V), на основе формирования (200-500) матрицы (R) преобразования, приспособленной преобразовывать реально измеренные данные динамических параметров транспортного средства (V), найденных в локальной системе (x, y, z) координат, в данные, указывающие динамические параметры транспортного средства (V) в системе (X, Y, Z) координат транспортного средства, причем значение каждого элемента матрицы (R) преобразования модифицируют посредством наложения ограничения ортогональности (600) матрицы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх