Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора по углу поворота корпуса гироблока

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.

 

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

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

Этот способ заключается в том, что гироблок стабилизации одной из горизонтальных осей платформы ТГС отключают от системы стабилизации, горизонтирование и стабилизацию платформы относительно этой оси осуществляют акселерометром, а азимут платформы определяют с использованием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла поворота гироскопа соответствующего гироблока. При этом платформа «свободна в азимуте» относительно Земли по вертикали.

Недостатком данного способа является необходимость разработки гироблока с широкодиапазонным кодовым датчиком угла, так как диапазон измерений датчиков углов современных двухстепенных гироскопов находится в диапазоне 1°-10° [2, с.319].

Известен также способ определения азимута платформы ТГС [3], отличающийся от предыдущего тем, что перед началом работы платформа ТГС грубо приводится к меридиану, а при определении азимута платформа переводится в режим «памяти» относительно вертикальной оси. За время измерений уход платформы в азимуте будет незначительный. Один из гироблоков, ось чувствительности которого направлена на запад (восток), выключается из системы стабилизации и горизонтирования. Стабилизацию и горизонтирование платформы по измененному каналу стабилизации осуществляют по сигналам от акселерометра, которые поступают на двигатель стабилизации через корректирующий контур и усилитель системы стабилизации. Гироскоп, отключенный от системы стабилизации, прецессирует к плоскости меридиана. Алгоритм определения азимута платформы осуществляется на основе динамической модели гироскопа, находящегося в компасном режиме

I β ¨ + f β ˙ = H ω Г sin ( А 0 β ) + H ω Г Б + Δ M П Е Р                                      ( 1 )

где I - момент инерции гироскопа;

f - коэффициент демпфирования;

Н - кинетический момент;

ωГ - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

А0 - начальный азимут платформы;

β - угол поворота гироскопа;

ωГБ - скорость собственного ухода измерительного гироскопа;

ΔМпер - суммарный момент, обусловленный влиянием вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли и нескомпенсированной угловой скорости дрейфа платформы относительно вертикальной оси в режиме «памяти» из-за наличия статических ошибок горизонтирования платформы ТГС.

В отличие от предыдущего способа, в [3] может быть использован гироблок со штатным датчиком угла, так как используется, как указывалось выше, гироблок, вектор кинетического момента которого направлен примерно на север (юг).

Однако недостатком данного способа является невозможность по измерению угла поворота гироскопа измерительного гироблока в соответствии с (1) компенсировать влияние на оценку А0 скорости собственного ухода измерительного гироблока ωГБ. Действительно, при такой начальной ориентации вектора кинетического момента измерительного гироскопа первый член в правой части уравнения (1) (гироскопический момент) приближенно представлен в виде

МГ=HωГsin(A0-β)≈НωГА0-НωГβ.

Таким образом, в данном случае в правой части (1) составляющая, зависящая от начального азимута: НωГА0, и составляющая, обусловленная скоростью собственного ухода измерительного гироскопа: HωГБ, являются постоянными величинами и их разделение в соответствии с (1) по измерению угла β невозможно.

Напротив, при использовании для измерений гироблока, ось кинетического момента которого в начальный момент времени направлена примерно на запад (восток), первый член в правой части уравнения (1) примет вид: M Г = H ω Г н cos ( А 0 β ) .                                        ( 2 )

В этом случае, при отключении гироскопа на достаточно большие углы, составляющая, зависящая от азимута А0, становится переменной величиной. Поэтому по измерению угла β рассатриваемые составляющие можно разделить и, следовательно, определить азимут А0 платформы ТГС с высокой точностью.

Наиболее близким по технической сущности способом определения азимута платформы ТГС является известный способ определения азимута на основе использования двухстепенного гирокомпаса на основе датчика угловой скорости (ДУСа) [4, с.541].

Этот способ заключается в том, что ДУС установлен на горизонтальную поворотную платформу, которая с помощью усилителя следящей системы и следящего привода следит за движением ДУСа относительно его выходной оси.

При отклонении оси ротора гироскопа от плоскости меридиана на малый угол α на входную ось ДУСа проектируется входная скорость: ωГsinα=ωГα. Под действием гироскопического момента НωВХ и момента обратной связи ДУСа гироскоп отклоняется от нуля датчика угла на небольшой угол β. С датчика угла снимается сигнал, который поступает на усилитель следящей системы и далее на следящий привод. Последний поворачивает платформу, а вместе с нею и гироскоп в сторону уменьшения угла α до тех, пока угловая скорость ωВХ не обратится в нуль. По окончании переходного процесса кинетический момент гироблока Н будет направлен на север с погрешностью, обусловленной постоянным моментом МВ относительно выходной оси ГК [4, с.533]:

β*=МВ/НωГ, что является существенным недостатком данного способа.

Целью настоящего изобретения является устранение основных недостатков приведенных способов определения азимута, а также упрощение системы определения азимута.

Поставленная цель достигается тем, что корпус одного из гироблоков ТГС, вектор кинетического момента которого направлен примерно на запад (восток), поворачивают относительно платформы ТГС 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 ТГС определяется путем обработки информации об угле поворота корпуса гироблока, который пропорционален числу импульсов на входе шагового двигателя. Таким образом, угол поворота корпуса гироблока в данной системе с точностью до погрешностей следящей системы соответствует углу поворота гироскопа и поэтому отпадает необходимость применения широкодиапазонного датчика угла.

Сравнительный анализ существенных признаков рассмотренных способов определения азимута и предлагаемого способа показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что позволяет использовать без доработок существующие двухстепенные гироскопы гироблоков стабилизации при действии максимальных начальных гироскопических моментов, что обеспечивает высокую информативность измеряемых сигналов.

Таким образом, предложенный способ имеет новизну. Авторам неизвестна совокупность существенных признаков, применяемых для решения данной технической задачи, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Литература

1. RU №2324897, 2008 г.

2. Никитин Е.А., Шестов С.А., Матвеев В.А. Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов / Под ред. Д.С.Пельпора. - М.: Высшая школа 1988 г.

3. RU №2428658, 2011 г.

4. Командно-измерительные приборы / Под ред. Б.И.Назарова. -:МО СССР, 1987 г.

Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора по углу поворота корпуса гироблока, заключающийся в том, что при определении азимута платформы последнюю грубо приводят по азимуту к меридиану и в этом положении удерживают режимом «памяти», один из гироблоков системы стабилизации платформы используют в режиме двухстепенного гирокомпаса, вектор кинетического момента гироскопа которого направлен примерно на запад или на восток, горизонтирование платформы относительно соответствующей оси стабилизации осуществляют акселерометром путем отключения его от датчика моментов гироблока и подключения к двигателю стабилизации через усилитель, отличающийся тем, что корпус гироблока системы стабилизации, работающего в режиме двухстепенного гирокомпаса, при измерениях вращают относительно платформы в азимуте с помощью следящей за гироскопом системы, а азимут платформы определяют путем обработки информации об угле поворота корпуса гироблока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения.

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.

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. .

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.

Изобретение относится к судовым системам ориентации и может найти применение в системах угловой ориентации устройств корабля с учетом статических и динамических деформаций корпуса корабля, а также ошибок установки систем на корабле. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого система содержит блок ориентации, соединенный с системой корабля, навигационный комплекс корабля, преобразователи координат, интегрирующие, множительные и запоминающие устройства, а также фильтры нижних частот. Угловое положение блока ориентации осуществляется замкнутыми системами автоматического регулирования, образованными из элементов системы. Текущие значения углов ориентации вычисляются путем совместной обработки в общей горизонтальной системе координат скоростей изменений этих углов, определенных блоком ориентации, и углов ориентации, определенных навигационным комплексом. Статические поправки к углам бортовой и килевой качек вычисляются, сглаживаются фильтрами и запоминаются как разности измеренных блоком ориентации и навигационным комплексом соответствующих величин. Статическая поправка курса вычисляется, сглаживается фильтром и запоминается после определения статических поправок к углам бортовой и килевой качек. Статическая поправка курса определяется путем сравнения между собой направлений, вокруг которых в данный момент времени происходят наклоны палубы корабля в местах расположения блока ориентации и навигационного комплекса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области гироскопии и может быть использовано для выставки в плоскость горизонта и на заданный азимут стабилизированной платформы (СП) трехосного гиростабилизатора (ТГС) системы управления ракет-носителей и разгонных блоков космического назначения, запускаемых со стартовых комплексов наземного базирования и морских платформ. В предлагаемом способе после грубого приведения СП в плоскость горизонта включается система стабилизации, в датчики моментов (ДМ) двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопов (ГБ) системы стабилизации СП подаются токи компенсации уходов СП, затем вычисляется отклонение СП от плоскости горизонта и нескомпенсированные скорости поворота СП относительно осей ОХП и ΟΖП, вычисляются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на оси чувствительности ГБ по осям рыскания (Р) и тангажа (Т), грубо определяется азимут корпуса ТГС, затем уточняются масштабные коэффициенты акселерометров, составляющие уходов ГБ Ρ и Τ и калибровочные коэффициенты их трактов путем выставки СП в четыре положения с азимутом 0°, 90°, 180° и 270°, компенсацией уходов СП и проведением измерений в этих положениях, после чего СП осью ОХП грубо выставляется на азимут запуска, в ДМ ГБ подаются токи компенсации собственных уходов ГБ и составляющих вектора вращения Земли, уточняются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на оси чувствительности ГБ Τ и Ρ и производится их пересчет на направления север-юг, запад-восток, вычисляется рассогласование оси ОХП с азимутом запуска, вычисленное рассогласование устраняется поворотом вокруг вертикальной оси на рассчитанный угол, и СП удерживается у азимута запуска токами компенсации. Технический результат – уменьшение погрешности выставки трехосного гиростабилизатора стабилизированной платформы в плоскость горизонта и на заданный азимут. 2 ил.

Изобретения относятся к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и могут быть использованы в гироскопических стабилизаторах. Способ стабилизации гироскопической платформы заключается в подаче сигнала с датчика угла прецессии гироскопа через усилитель стабилизации на стабилизирующий двигатель, при этом при настройке устойчивости контура стабилизации определяют фактический коэффициент контура стабилизации путем завала ротора гироскопа на известный угол с помощью подачи управляющего сигнала на датчик момента гироскопа при отключенном стабилизирующем двигателе, измеряя при этом напряжение на выходе усилителя стабилизации. Технический результат – повышение качества стабилизации и обеспечения необходимого запаса устойчивости системы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в высокоточных навигационных системах различного назначения для определения положения платформы трехосного гиростабилизатора в азимуте. Технический результат – расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения азимутального положения гиростабилизированной платформы в условиях азимутальных смещений основания, а также сокращения времени и повышения точности определения азимута. Для этого измерения производятся в инерциальном управляемом режиме движения платформы относительно вертикальной оси и инерциальном режиме относительно двух или одной из горизонтальных осей. Перед началом измерений платформа горизонтируется точной системой приведения и грубо устанавливается и удерживается в требуемом исходном положении по азимуту. Затем система удержания платформы по азимуту и система точного приведения платформы в горизонт по двум или одной из горизонтальных осей отключается, а в датчик моментов азимутального гироблока подаются расчетные сигналы, увеличивающие скорость и угол поворота платформы по азимуту. Азимут исходного положения платформы определяют путем обработки сигналов с акселерометров об изменяющихся видимых уходах платформы относительно двух или одной горизонтальных осей, а также информации о видимых уходах по азимуту и об углах поворота гироскопов систем стабилизации платформы относительно двух или одной горизонтальных осей. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к гироскопической технике, а конкретно к двухосным гироскопическим стабилизаторам оптических элементов, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и управления оптическими элементами, и может найти применение в создании систем типа бинокль, перископ, лазерный дальномер. Заявленный гиростабилизатор оптических элементов, содержащий трехстепенной гироскоп, у которого во внешней рамке установлен гироузел, с которым кинематически шарнирно связан оптический элемент, и коррекционный двигатель, при этом оптический элемент представляет два зеркала, установленные во внешней рамке гироскопа симметрично относительно оси подвеса гироузла, а в кинематические шарнирные связи введены пружины, причем оси вращения зеркал параллельны оси подвеса гироузла, на котором с одной стороны в направлении оси ротора гиромотора установлена штанга с закрепленным на ее конце шарикоподшипнике, а на противоположном конце закреплена направляющая механического арретира, при этом шарикоподшипник штанги может перемещаться по направляющей бугеля, которая имеет П-образное сечение и средний радиус, равный длине штанги от центра подвеса гироузла до шарикоподшипника, при этом ось вращения бугеля находится в корпусе прибора и перпендикулярна оси подвеса внешней рамки. Технический результат состоит в увеличении угла обзора и угловых скоростей слежения с увеличением точности управления оптическими элементами с уменьшением массы и габаритов. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

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.

Наверх