Способ определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа на поворотном столе



 


Владельцы патента RU 2579768:

Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") (RU)

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.

 

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

В современном гироскопическом приборостроении известны способы измерения характеристик интегрирующих гироскопов в замкнутой системе, работающих на малых углах отклонения чувствительного элемента гироскопа от нулевого значения. Испытания при этом проводят в режиме одноосного гиростабилизатора или в режиме обратной связи по моменту (см. например, книгу У.Ригли, У.Холлистер, У.Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов, М., 1972, стр.357-371).

Известные способы измерения характеристик интегрирующих гироскопов в замкнутой системе не позволяют в требуемых режимах выполнять испытания интегрирующего твердотельного волнового гироскопа, предназначенного для применения в бесплатформенных системах ориентации или навигации. В этих системах интегрирующий твердотельный волновой гироскоп работает в разомкнутом режиме и для правильной оценки в таком же режиме должны проводиться испытания его характеристик, в частности масштабного коэффициента.

За прототип взят способ определения масштабного коэффициента интегрирующих гироскопов в режиме геометрической стабилизации, (см. книгу Г.А.Сломянский, Ю.Н.Прядилов. Поплавковые гироскопы и их применение, М., 1958, стр.194-199). Режим геометрической стабилизации является частным случаем режима пространственного интегрирования, который имеет место при равенстве нулю тока управления, подаваемого в датчик момента гироскопа.

В этом способе для определения масштабного коэффициента интегрирующего гироскопа на платформу поворотного стола устанавливают одноосный гиростабилизатор. На платформе гиростабилизатора закрепляют испытуемый гироскоп. Выбирают угол поворота платформы гиростабилизатора относительно его основания, испытания гироскопа проводят в режиме геометрической стабилизации. В датчик момента гироскопа подают ток, компенсирующий систематические составляющие скорости дрейфа. Платформе поворотного стола задают знакопостоянную угловую скорость в инерциальном пространстве вокруг оси чувствительности гироскопа. Измеряют время прохождения платформой гиростабилизатора, выбранного углового диапазона. Определяют угловую скорость платформы гиростабилизатора относительно его основания. По отношению угловой скорости платформы гиростабилизатора к угловой скорости поворотной платформы определяют масштабный коэффициент интегрирующего гироскопа.

Однако существующий способ определения масштабного коэффициента интегрирующего гироскопа реализует режим работы гироскопа в замкнутой системе, когда следящая система держит чувствительный элемент гироскопа в нулевом положении. Такой режим работы гироскопов характерен при их применении в платформенных гиросистемах, где гироплатформы работают в режиме гиростабилизатора или в бесплатформенных системах, когда гироскопы работают в режиме обратной связи по току датчика момента. При построении бесплатформенных систем ориентации и навигации используют не замкнутый (свободный) режим работы твердотельного волнового гироскопа. При этом угол υ(t) поворота волны резонатора относительно корпуса неограничен и связан с входной угловой скоростью относительно инерциального пространства соотношением

υ ( t ) = K 0 t ω ( τ ) d τ = K Δ Ψ ,

где ω(τ) - входная угловая скорость;

К - масштабный коэффициент твердотельного волнового гироскопа;

ΔΨ - угол поворота основания;

При испытаниях гироскопов необходимо применять режим их работы, в котором они работают в системах, для обеспечения достоверности оценки их технических параметров.

Известный способ не позволяет проводить измерение масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа в требуемом разомкнутом режиме.

В существующем способе для уменьшения погрешности определения масштабного коэффициента выполняют компенсацию систематической составляющей скорости дрейфа гироскопа.

Для этого предварительно определяют в режиме пространственного интегрирования коэффициент крутизны гироскопа по току управления и значение систематической скорости дрейфа, а в рабочем режиме при определении масштабного коэффициента, зная эти параметры, подают в датчик момента ток, который компенсирует систематическую скорость дрейфа. Таким образом, в существующем способе требуется предварительное проведение специальных точных и трудоемких операций по определению коэффициента крутизны по току управления и скорости дрейфа. Ошибки в измерении коэффициента крутизны по току управления и систематической скорости дрейфа, а также нестабильность тока компенсации обуславливают погрешность в определении масштабного коэффициента гироскопа.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, является повышение точности определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определение масштабного коэффициента интегрирующего гироскопа, включающем выбор углового промежутка для измерения прецессионного движения гироскопа, измерение времени прецессионного движения и определения скорости прецессии гироскопа на выбранном угловом промежутке, дополнительно устанавливают гироскоп на платформу поворотного стола, равномерно в одном направлении вращают платформу поворотного стола с угловой скоростью больше составляющей угловой скорости Земли на ось чувствительности гироскопа, контролируют угол поворота волны резонатора относительно корпуса гироскопа системой его датчиков угла, при достижении волной резонатора начального угла выбранного промежутка фиксируют изменения угла ориентации волны до момента достижения конечного угла выбранного промежутка, после прохождения волной резонатора конечного угла выбранного промежутка изменяют направление скорости вращения платформы поворотного стола на противоположное, сохраняя ее величину, и с момента подхода волны резонатора к конечному углу выбранного промежутка фиксируют изменения углового положения волны резонатора относительно корпуса до момента достижения волной резонатора начального угла выбранного промежутка, после этого определяют масштабный коэффициент твердотельного волнового гироскопа по формуле

K = ω 1 ω 2 2 ω , где

ω1 - средняя скорость прецессии волны резонатора на выбранном угловом промежутке при вращении платформы поворотного стола в одну сторону;

ω2 - средняя скорость волны резонатора на выбранном угловом промежутке при вращении платформы поворотного стола в другую сторону;

ω - угловая скорость вращения платформы поворотного стола в одном и другом направлении.

При вращении платформы поворотного стола с угловой скоростью ω, которая по направлению совпадает с проекцией угловой скорости Земли ωз на ось чувствительности гироскопа среднюю скорость прецессии волны резонатора ω1 относительно корпуса гироскопа на выбранном угловом промежутке можно представить

ω 1 = K ( ω д + ω з + ω ) , ( 1 )

где ωд - абсолютная скорость дрейфа волны резонатора;

К - масштабный коэффициент гироскопа.

Тогда при вращении платформы поворотного стола с противоположной угловой скоростью - ω средняя скорость прецессии волны резонатора ω2 на выбранном угловом промежутке:

ω 2 = K ( ω д + ω з ω ) , ( 2 )

Вычитая выражение (2) из выражения (1), получим

ω 1 ω 2 = 2 K ω . ( 3 )

При вычитании скоростей прецессии при обратном вращении платформы из скорости прецессии при прямом вращении происходит автономная компенсация скорости дрейфа гироскопа.

Тогда согласно (3) масштабный коэффициент:

K = ω 1 ω 2 2 ω ( 4 )

Таким образом, предлагаемый способ определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа на поворотном столе имеет следующие отличия от известного способа:

- в операции установки гироскопа выполняется новое действие, связанное с установкой непосредственно на поворотную платформу, а не на платформу гиростабилизатора, как в прототипе;

- действия, связанные с запуском и последующей работой гироскопа выполняют при его работе в разомкнутом режиме, в то время как в прототипе гироскоп работает в замкнутом режиме;

- действия, связанные с вращением поворотной платформы, выполняют отличным от прототипа способом, добавив вращение в обратном направлении;

- измерение прецессионного движения производят новыми действиями, снимая информацию с датчиков угла гироскопа, а не с датчика угла платформы гиростабилизатора как в прототипе;

- измерение скорости прецессии гироскопа производят как при прямом, так и обратном вращении поворотной платформы, а не только при прямом вращении как в известном способе;

- компенсация скорости дрейфа происходит автономным методом путем ее исключения при вычитании измеренной скорости прецессии при обратном вращении из скорости прецессии при прямом вращении поворотной платформы, а не подачей компенсационного тока в датчик момента гироскопа, как в прототипе;

- масштабный коэффициент гироскопа определяют по новой аналитической зависимости, представляющей отношение разностей скоростей прецессии при прямом и обратном вращении поворотной платформы к двойной скорости поворотной платформы.

Скорость дрейфа твердотельного волнового гироскопа зависит от углового положения волны резонатора относительно корпуса.

Поэтому для обеспечения равенства средних значений систематических составляющих скоростей дрейфа при вращении поворотного стола в разных направлениях измерение скорости прецессии гироскопа производят на одном и том же угловом промежутке.

Погрешность определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа предлагаемым способом можно представить в виде

Δ K = [ ( ω 1 и ω 2 и ) + ( Δ ω 1 Δ ω 2 ) ] [ 2 ω и + Δ ω + Δ ω д ] 1 К и ,

где

Ки - истинное значение масштабного коэффициента;

ΔК - погрешность определения масштабного коэффициента;

ω - истинная скорость прецессии волны резонатора относительно корпуса при прямом вращении поворотной платформы;

Δω1 - погрешность измерения истинной скорости прецессии волны резонатора относительно корпуса при прямом вращении поворотной платформы;

ω - истинная скорость прецессии волны резонатора относительно корпуса при обратном вращении поворотной платформы;

Δω2 - погрешность измерения истинной скорости прецессии волны резонатора относительно корпуса при обратном вращении поворотной платформы;

ωи - истинная угловая скорость поворотной платформы при прямом и обратном вращении;

Δω - погрешность определения суммы прямой и обратной скорости вращения поворотной платформы;

Δωд - остаточная погрешность автономной компенсации скорости дрейфа гироскопа;

Использование современного испытательного оборудования позволяет практически реализовать предлагаемый способ. Так, для оценки масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа применяют наклонно-поворотный стол «ACUTRONIC», который обеспечивает скорость вращения платформы до 1000 7 с и погрешность измерения угловой скорости вращения не более 0,0001%.

Требуемый диапазон угловых скоростей для современных высокоманевременных объектов составляет ±500 °/с.

При измерениях масштабного коэффициента при угловых скоростях, сравнимых с угловой скоростью Земли (15°/ч), расчеты с использованием выражения (4) показывают, что при использовании наклонно-поворотного стола «ACUTRONIC» погрешность определения масштабного коэффициента может быть обусловлена только практически возможной остаточной скоростью дрейфа Δωд после его автономной компенсации.

Для определения масштабного коэффициента с погрешностью не более 0,01% остаточная скорость дрейфа не должна превышать 0,001 °/ч, что, как показывают исследования, точные твердотельные волновые гироскопы обеспечивают.

При определении масштабного коэффициента при скоростях 500 °/с погрешность его измерения обуславлена погрешностью измерения угловой скорости вращения поворотного стола.

Для погрешности определения масштабного коэффициента в пределах 0,01% на угловых скоростях поворотной платформы ±500 °/с погрешность измерения ее угловой скорости не должна превышать 180 °/ч, что также обеспечивается при использовании выбранного поворотного стола (погрешность поворотного стола при скорости 500 °/с соответствует 1,8 °/ч).

Таким образом, предлагаемый способ реализуем на современном оборудовании и обеспечивает требуемую точность измерения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа.

Использование предлагаемого способа определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа на поворотном столе обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

а) возможность определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа при требуемых входных угловых скоростях в реализуемом режиме, который является его рабочим режимом в системах ориентации и навигации;

б) снижение стоимости оборудования для определения масштабного коэффициента за счет исключения из его состава дорогостоящего стабилизатора;

в) повышение точности оценки определения масштабного коэффициента за счет организации измерений в условиях, близких к условиям эксплуатации.

Способ определения масштабного коэффициента твердотельного волнового гироскопа на поворотном столе, включающий выбор углового промежутка для измерения прецессионного движения гироскопа, компенсации скорости дрейфа гироскопа, измерение времени прецессионного движения, определение средней скорости прецессии гироскопа на выбранном угловом промежутке, отличающийся тем, что устанавливают гироскоп на платформу поворотного стола и производят его запуск с последующей работой в разомкнутом режиме, равномерно вращают в одном направлении платформу поворотного стола с угловой скоростью, большей проекции угловой скорости Земли на ось чувствительности гироскопа, контролируют угол поворота волны резонатора относительно корпуса гироскопа системой его датчиков угла, при достижении волной резонатора начального угла выбранного промежутка фиксируют изменения угла ориентации волны до момента достижения конечного угла выбранного промежутка, после чего изменяют направление скорости вращения платформы поворотного стола на противоположную, сохраняя ее величину, и с момента подхода волны резонатора к конечному углу выбранного промежутка фиксируют изменения углового положения волны резонатора до момента достижения ею начального угла выбранного промежутка, после этого определяют масштабный коэффициент твердотельного волнового гироскопа по формуле
,
где ω1 - средняя скорость прецессии волны резонатора на выбранном угловом промежутке при вращении платформы поворотного стола в одну сторону;
ω2 - средняя скорость прецессии волны резонатора на выбранном угловом промежутке при вращении платформы поворотного стола в другую сторону;
ω - угловая скорость вращения платформы поворотного стола.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при метрологических исследованиях навигационных приборов, использующих сигналы с вращающегося трансформатора.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора.

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.

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