Способ определения погрешностей двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора



 


Владельцы патента RU 2570223:

Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора. Технический результат - повышение точности. Для этого в известном способе определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора путем измерения его выходного сигнала при повороте гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг входной и выходной осей на 360°, при ориентации оси поворота в одном направлении, преимущественно по полуденной линии, вращение гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг каждой оси производят при двух частотах вращения ротора.

 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом ротора гиромотора [1. И.Е. Сипенков, А.Ю. Филиппов, Ю.Я. Болдырев, Б.С. Григорьев, Н.Д. Заболоцкий, Г.А. Лучин, Т.В. Панич. Прецизионные газовые подшипники // СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007, стр. 51].

Известен способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора в процессе выполнения которого определяются коэффициенты детерминированной модели погрешности гироскопа в функции действующего ускорения силы тяжести [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, стр. 371-381]. Способ реализуется при выполнении следующих технологических операций.

1. Установка гироскопа на платформе одноосного гиростабилизатора в ориентацию, при которой входная ось гироскопа параллельна оси вращения платформы.

2. Ориентация оси вращения платформы по полуденной линии.

3. Включение гироскопа в качестве чувствительного элемента гиростабилизатора.

4. Приведение гироскопа и гиростабилизатора в рабочее состояние.

5. Измерение видимой угловой скорости Ωy1 вращения платформы гиростабилизатора в функции угла α разворота платформы при полном обороте платформы вокруг входной оси гироскопа.

6. Определение зависимости Ωy1=F(α). При вращении платформы вокруг входной оси гироскопа, ориентированной по полуденной линии, используемая модель [2], связывающая измеряемую скорость Ωy1 гиростабилизатора со скоростью ухода Ωyг1 (погрешностью) гироскопа, принимает вид:

Ωyг1y13cosφ=Bo+B1sinα+B2sin2α,

где:

α - угол разворота платформы с гироскопом;

Вoo/Н - составляющая скорости ухода гироскопа, не зависящая от действующего ускорения силы тяжести;

Мo - постоянный момент на оси прецессии гироскопа, не зависящий от действующего ускорения силы тяжести;

Η - кинетический момент ротора гироскопа;

ωЗ - угловая скорость вращения Земли;

φ - широта места проведения испытаний;

В1=myg/H - составляющая скорости ухода гироскопа пропорциональная действующему ускорению силы тяжести;

my - маятниковость поплавковой камеры гироскопа при смещении центра масс камеры вдоль входной оси;

g - ускорение силы тяжести;

В2=m2g2KrsinA/2H - составляющая скорости ухода пропорциональная квадрату действующего ускорения силы тяжести;

m - масса ротора гиромотора;

Kr - коэффициент радиальной податливости газодинамического подвеса ротора гиромотора;

А - угол положения газодинамического подвеса ротора.

7. Аппроксимация полученной зависимости рядом Фурье. Вычислении коэффициентов ряда, например, методом наименьших квадратов.

8. Ориентация оси вращения платформы гиростабилизатора параллельно оси вращения Земли.

9. Повторение операций по п. 5. Определение зависимости Ωy2=F(α). При вращении платформы вокруг входной оси ориентированной параллельно оси вращения Земли используемая модель [2], связывающая измеряемую скорость Ωy2 гиростабилизатора со скоростью ухода Ωyr2 гироскопа, принимает вид:

где:

mz - маятниковость поплавковой камеры гироскопа при смещении центра масс камеры вдоль оси вращения ротора гиромотора;

B3=m2g2sinφcosφ(Kz-KrcosA)/H-mygcosφ/H;

Kz - коэффициент осевой податливости газодинамического подвеса ротора гиромотора;

B4=m2g2KrsinA/2H;

10. Аппроксимация полученной зависимости рядом Фурье и вычисление коэффициентов ряда, например, методом наименьших квадратов.

11. В результате выполнения перечисленных выше операций получаем два соотношения, связывающих составляющие скорости ухода гироскопа с параметрами газодинамического подвеса ротора гиромотора:

KrsinA=2В2Н/m2g2,

Kz-KrcosA=2Н(B3+B1cosφ)/m2g2sin2φ.

Недостатками способа являются:

1. Малая точность определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора. Малая точность обусловлена тем, что способ не позволяет раздельно определить:

- составляющую погрешности гироскопа, обусловленную радиальной податливостью газодинамического подвеса ротора,

- составляющую погрешности, обусловленную его осевой податливостью,

- составляющую погрешности от угла положения газодинамического подвеса ротора.

При реализации способа-прототипа определяется комбинация этих составляющих.

2. Сложность используемого для реализации способа оборудования. Способ реализуется при применении одноосного гиростабилизатора, представляющего сложное дорогостоящее устройство.

Наиболее близким к заявленному способу является способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, стр. 382-386], который принимаем за прототип. Способ предполагает выполнение следующих технологических операций.

1. Установка гироскопа на платформе поворотного основания (на платформе делительной головки) в ориентацию, при которой входная ось гироскопа параллельна оси вращения платформы.

2. Ориентация оси вращения платформы по полуденной линии.

3. Включение гироскопа в режим обратной связи по моменту на выходной оси. Для чего датчик угла гироскопа через усилитель-преобразователь подключается к датчику момента.

4. Приведение гироскопа в рабочее состояние.

5. Дискретные развороты платформы вокруг входной оси гироскопа на углы αi=iΔα, где Δα равно, например, 10 град., i=0, 1, 2…35.

6. Измерение в каждом фиксированном положении после затухания переходного процесса тока Iдм в цепи датчика момента. Определении зависимости Ωy1=F(KдмIдм), где Kдм - коэффициент передачи гироскопа по току Iдм датчика момента. При вращении платформы вокруг входной оси гироскопа, ориентированной по полуденной линии, используемая модель [3], связывающая измеряемую скорость Ωy1 со скоростью ухода Ωyг1 гироскопа, принимает вид:

Ωyг1y13cosφ=B0+B1sinα+B2sin2α.

7. Аппроксимация полученной зависимости рядом Фурье. Вычисление коэффициентов ряда.

8. Установка гироскопа на платформе поворотного основания в положение, при котором выходная ось параллельна ось вращения поворотного основания.

9. Ориентация оси вращения платформы по полуденной линии.

10. Повторение операций по пп. 3-6.

11. При вращении платформы вокруг выходной оси гироскопа, ориентированной по полуденной линии, используемая модель погрешности принимает вид:

Ωyг2y23=Bo+B5sinα+B6cosα+B7sin2α

где:

Bo=Mo/H;

В53sinφ+mzg/H;

B6=myg/H;

B7=m2g2(Kz-KrcosA)/2H.

12. Аппроксимация полученной зависимости рядом Фурье. Вычисление коэффициентов ряда.

13. В результате выполнения перечисленных выше операций получаем два соотношения, связывающих составляющие скорости ухода гироскопа с параметрами подвеса ротора гиромотора:

KrsinA=2В2Н/m2g2,

Kz-KrcosA=2В7Н/m2g2.

Недостатком способа является малая точность, обусловленная невозможностью разделить погрешность гироскопа на составляющие, определяемые отдельными параметрами газодинамического подвеса ротора гиромотора, то есть определить отдельно составляющую погрешности пропорциональную осевой податливости; погрешность, пропорциональную радиальной податливости; погрешность от угла положения. При реализации данного способа определяется только комбинация этих составляющих погрешности.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса производства двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора.

Достигаемый технический результат - реализация возможности раздельного определения составляющих погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа, обусловленных параметрами газодинамического подвеса ротора гиромотора. Это в свою очередь позволит достоверно оценивать и контролировать качество его изготовления.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора путем измерения его выходного сигнала при повороте гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг входной и выходной осей на 360°, при ориентации оси поворота в одном направлении, преимущественно по полуденной линии, вращение гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг каждой оси производят при двух частотах вращения ротора.

Реализация предлагаемого способа осуществляется при выполнении следующей последовательности технологических операций.

1. Установка гироскопа на платформе поворотного основания (на платформе делительной головки) в ориентацию, при которой входная ось гироскопа параллельна оси вращения платформы.

2. Ориентация оси вращения платформы по полуденной линии.

3. Включение гироскопа в режим обратной связи по моменту на выходной оси. Для этого датчик угла гироскопа через усилитель-преобразователь подключается к датчику момента.

4. Приведение гироскопа в рабочее состояние. При этом ротор гиромотора разгоняют до частоты вращения Ω1.

5. Дискретные развороты платформы вокруг входной оси гироскопа на углы αi=iΔα, где Δα равно, например, 10 град., i=0, 1, 2…35.

6. Измерение в каждом фиксированном положении после затухания переходного процесса тока Iдм в цепи датчика момента. Определение зависимости Ω y ( 1 ) = F ( K д м I д м ) , где Kдм - коэффициент передачи прибора по току датчика момента. При вращении платформы вокруг входной оси гироскопа, ориентированной по полуденной линии, используемая модель [3], связывающая измеряемую скорость Ω y 1 ( 1 ) со скоростью ухода Ω y г 1 ( 1 ) гироскопа, принимает:

7. Аппроксимация полученной зависимости рядом Фурье. Вычисление коэффициентов ряда. Для коэффициентов, связанных с параметрами подвеса ротора гиромотора, имеем соотношение:

где:

Н1 - кинетический момент ротора гиромотора при частоте вращения Ω1;

Kr1 - коэффициент радиальной податливости газодинамического подвеса ротора гиромотора при частоте вращения ротора Ω1;

A1 - угол положения ротора гиромотора при частоте вращения Ω1.

8. Установка гироскопа на платформе поворотного основания в положение, при котором выходная ось параллельна оси вращения поворотного основания.

9. Ориентация оси вращения платформы по полуденной линии.

10. Повторение операций по пп. 3-6. При развороте платформы вокруг выходной оси гироскопа, ориентированной по полуденной линии, используемая модель [3], связывающая измеряемую скорость Ω y 1 ( 1 ) со скоростью ухода Ω y г 1 ( 1 ) , имеет вид:

11. Аппроксимация полученной зависимости рядом Фурье. Вычисление коэффициентов ряда. Для коэффициентов, связанных с параметрами подвеса ротора гиромотора, имеем соотношение

где

Kz1 - коэффициент осевой податливости газодинамического подвеса ротора гиромотора при частоте вращения ротора Ω1.

12. Изменение частоты вращения ротора со значения Ω1 до значения Ω2, например уменьшение на 25-30%. При этом радиальная и осевая податливости опоры изменяются обратно пропорционально частоте вращения ротора [И.Е. Сипенков, А.Ю. Филиппов, Ю.Я. Болдырев, Б.С. Григорьев. Н.Д. Заболоцкий, Г.А. Лучин, Т.В. Панич. Прецизионные газовые подшипники // СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007, стр. 408-411].

13. Повторение операций по пп. 1-11 при частоте Ω2 вращения ротора гиромотора. Для коэффициентов, связанных с параметрами подвеса ротора гиромотора, получим соотношения:

где

А2 - угол положения ротора гиромотора в газодинамическом подвесе при частоте вращения ротора гиромотора Ω2;

Η21Ω21,

Kr2=Kr1Ω12,

Κz2z1Ω12.

14. Решение системы уравнений (1-4) дает возможность получить следующие выражения для определения составляющих погрешности, связанных с параметрами газодинамического подвеса ротора гиромотора:

где:

F4=2В7Н2/m2g2.

Реализация предлагаемого способа позволяет выделить из суммарной погрешности двухстепенного гироскопа составляющие погрешности, определяемые параметрами газодинамического подвеса ротора гиромотора: определить составляющую погрешности, пропорциональную осевой податливости газодинамического подвеса;

- погрешность, пропорциональную его радиальной податливости;

- погрешность от угла положения (при реализации известных способов определялась только комбинация этих составляющих).

Это, в свою очередь, позволяет по установленным допускам оценивать и контролировать качество изготовления газодинамического подвеса ротора гиромотора.

На предприятии предлагаемый способ экспериментально проверен на двухстепенных поплавковых гироскопах. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого способа при серийном производстве поплавковых двухстепенных гироскопов.

Способ определения погрешностей двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора путем измерения его выходного сигнала при повороте гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг входной и выходной осей на 360°, при ориентации оси поворота в одном направлении, преимущественно по полуденной линии, отличающийся тем, что вращение гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг каждой оси производят при двух частотах вращения ротора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения температурных зависимостей характеристик трехосного лазерного гироскопа (ЛГ) и маятниковых акселерометров (МА) в составе инерциальных измерительных блоков (ИИБ).

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения вибрационных реактивных моментов гиромоторов. Стенд содержит подвес, камеру с возможностью закрепления гиромотора экваториальной либо полярной осями вдоль вертикальной оси подвеса, первый и второй магнитоэлектрические датчики, установленные соосно в корпусе стенда, измерительный усилитель, усилитель мощности, нагрузкой которого является обмотка второго датчика, и токоподводы, противоположные концы которых через контактные платы соединены с камерой и корпусом.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах юстировки бесплатформенных инерциальных систем ориентации. Технический результат - повышение точности.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец.

Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации и может быть использовано на летательных аппаратах для определения коэффициентов девиации, описывающих изменения напряженности магнитного поля земли (МПЗ), вносимые летательным аппаратом (ЛА) непосредственно в полете, и компенсации этих изменений при вычислении магнитного курса ψм.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах ориентации подвижных объектов. Технических результат - повышение надежности и точности.

Изобретение относится к навигационной технике и может быть использовано для контроля гиростабилизированных платформ инерциальной системы космического назначения при заводских и предпусковых испытаниях систем управления ракетоносителей, разгонных блоков, космических и летательных аппаратов.

Изобретение относится к области исследования и испытания инклинометров в полевых условиях. Техническим результатом является повышение точности и оперативности проверки магнитных и гироскопических скважинных инклинометров в полевых условиях.

Предложенное изобретение относится к средствам калибровки инерциальных датчиков, в частности, в полевых условиях. Предложенный способ калибровки инерциальных датчиков, установленных на рабочем оборудовании, включает в себя сбор данных от одного или более инерциальных датчиков и одного или более температурных датчиков, расположенных вблизи инерциальных датчиков, в период, когда оборудование не работает, и корректировку математической модели температурной систематической ошибки для инерциальных датчиков на основе собранных данных от инерциальных датчиков и температурных датчиков, при этом сбор данных начинают через заранее установленное время после выключения рабочего оборудования, при этом на инерциальные датчики и температурные датчики, образующие сенсорную подсистему, периодически подают питание для сбора данных в период, когда рабочее оборудование не работает.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании твердотельных волновых гироскопов и систем ориентации и навигации на их основе.

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при метрологических исследованиях навигационных приборов, использующих сигналы с вращающегося трансформатора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет введения режима обеспечения измерения уровня помехоустойчивости. Устройство для измерения уровня помехоустойчивости навигационных приборов, использующих сигналы с вращающегося трансформатора, содержит углозадающий узел, вал которого кинематически связан с вращающимся трансформатором и является кинематическим входом устройства и источник переменного тока. При этом дополнительно введен анализатор сигнала, подключенный к синусной и косинусной обмоткам вращающегося трансформатора, являющегося выходом устройства, трансформатор, через первичную обмотку которого источник переменного напряжения подключен к обмотке возбуждения вращающегося трансформатора, соединенные последовательно формирователь сигнала помех и буфер, выход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора. Предложенное устройство используется для измерения уровня помехоустойчивости интегрированной системы резервных приборов. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам коррекции дрейфа гироскопа с ротором на сферической шарикоподшипниковой опоре. Сущность изобретения заключается в том, что способ коррекции дрейфа гироскопа с двухфазным бесколлекторным двигателем постоянного тока, содержащего статор, ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, датчики угла и датчики момента, включает этапы вращения ротора, измерения дрейфа и его коррекцию, при этом коррекцию дрейфа проводят непосредственно в процессе его измерения путем компенсации постоянной составляющей электрического тока в разных обмотках статора. Устройство для коррекции дрейфа гироскопа с двухфазным бесколлекторным двигателем постоянного тока содержит сумматоры и регулировочные резисторы, сигналы с которых позволяют компенсировать постоянные составляющие электрических токов в фазных обмотках статора. Технический результат - снижение трудоемкости изготовления и повышение точности гироскопического прибора. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к метрологическому обеспечению - калибровке инклинометров, выполненных на основе трехосевого акселерометра. Способ предполагает при калибровке измерение проекций вектора гравитационного ускорения G ¯ на оси акселерометра при его вращении вокруг двух осей, каждый раз в четырех ортогональных положениях. По результатам измерений определяют статическую ошибку каждой оси и отношение коэффициентов чувствительностей по двум парам осей. При использовании инклинометра устанавливают акселерометр на объект исследования, проводят измерения проекций вектора гравитационного ускорения G ¯ на оси акселерометра, компенсируют их статические ошибки, нормируют различия в чувствительности осей акселерометра и вычисляют по простым соотношениям углы наклона объекта по отношению к вектору гравитационного ускорения G ¯ . Технический результат - упрощение способа калибровки акселерометрического трехосевого инклинометра. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при производстве твердотельных волновых гироскопов и систем ориентации и навигации на их основе. При определении масштабного коэффициента твердотельный волновой гироскоп устанавливают на платформу поворотного стола и при работе гироскопа в разомкнутом режиме вращают равномерно платформу поворотного стола в одном направлении, контролируя угол поворота волны резонатора относительно корпуса гироскопа системой его датчиков угла на выбранном угловом промежутке. Затем изменяют направление вращения платформы на противоположное и измеряют изменения углового положения волны на выбранном промежутке, после чего, используя значения скоростей дрейфа волны при прямом и обратном вращении, определяют масштабный коэффициент с помощью аналитического выражения. Изобретение обеспечивает повышение точности определения масштабного коэффициента.

Изобретения относятся к области навигации летательных аппаратов (ЛА) и могут быть использованы для определения контрольных значений параметров пространственно-угловой ориентации ЛА при летных испытаниях пилотажно-навигационного оборудования (ПНО). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого при испытаниях ПНО осуществляют прием и обработку измерений инерциальной навигационной системы (ИНС), корректирование данных ИНС автономным средством и радионавигационное корректирование данных ИНС спутниковой навигационной системой (СНС) на основе базовой корректирующей станции (БКС) или контрольной корректирующей станции (ККС), измерения высоты полета воздушным датчиком или системой (ВДС), осуществляют аэрофотосъемку земной поверхности цифровым аэрофотоаппаратом, а также для формирования ортопланов при отсутствии топографических карт - лазерную съемку земной поверхности бортовым лазерным локатором. При этом для комплексной обработки информации (КОИ) в процессе и после полета, а именно, для предварительной обработки измерительной информации в блоке (ПОИИ), обеспечивают формирование векторов измерений (ФВИ) с контролем для защиты фильтра Калмана, оценки погрешностей ИНС (ОП ИНС) при использовании модифицированного фильтра Калмана, вычисления навигационных параметров (ВНП) с одновременным подключением к нему второго выхода блока ПОИИ. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

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 области приборостроения и может быть использовано при изготовлении роторов электростатических гироскопов. Способ предназначен для использования при изготовлении роторов чувствительных элементов электростатических гироскопов. Процесс изготовления ротора включает формообразование сферической заготовки ротора, его балансировку, нанесение тонкопленочного износостойкого покрытия и выполнение на этом покрытии растрового рисунка. Вначале частично устраняют исходный дисбаланс ротора методом направленной доводки трубчатым притиром, причем балансировку производят до получения требуемого конечного диаметра ротора, а зону съема материала определяют исходя из величины и направления вектора исходного дисбаланса, задавая преимущественное уменьшение радиальной составляющей этого вектора. На втором этапе окончательную балансировку осуществляют посредством выполнения на поверхности ротора двух соосных диаметрально разнесенных выемок с заданной величиной массы удаляемого из каждой выемки материала. При этом в большей мере устраняется осевая составляющая полученного на первом этапе промежуточного дисбаланса, что определяется углом наклона оси выполняемых выемок к оси симметрии ротора, а выемки выполняют на сферической поверхности шаровых сегментов за пределами зоны растрового рисунка ротора. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей и повышении стабильности процесса изготовления ротора электростатического гироскопа, в том числе в части повышения равномерности толщины покрытия. 3 ил.
Наверх