Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа


 


Владельцы патента RU 2591297:

Акционерное общество "ЛОМО" (АО "ЛОМО") (RU)

Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ). Технический результат - обеспечение устойчивой работы СС. Для этого дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса исполнительного механизма, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора (ВСКр) на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал датчика угла пеленга (ДУП) из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк. Затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения. 2 з.п. ф-лы

 

Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ).

Известен способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа, представленный в литературе: Картрайт, Массингил, Триблид «Круговой демпфер для подавления нутаций вращающихся аппаратов». - М.: Ракетная техника и космонавтика, 1963 г., Г.Ф. Кэрриер, Дж.У. Майлс «Кольцевой демпфер прецессии свободного гироскопа». - М.: Механика. Издательство иностранной литературы, 1961, Дж.У. Майлс «О кольцевом демпфере свободно прецессирующего гироскопа». - М.: Издательство иностранной литературы Прикладная механика, т.30, серия Е, №2.

Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа заключается в том, что на роторе перпендикулярно его продольной оси закрепляют демпфер, представляющий собой полое кольцо или несколько концентрических колец с центром на продольной оси ротора, частично заполненное «тяжелой» жидкостью, например соединением ртути, и затем балансируют ротор. При колебаниях продольной оси ротора гироскопа в жидкости возникает пропорциональная их величине сила вязкого трения, создающая момент, гасящий эти колебания.

Данный способ имеет ограниченное применение в связи с тем, что соединение ртути при определенной температуре из назначенного диапазона эксплуатации переходит из жидкой в твердую фазу. При этом, естественно, демпфирование нутационных колебаний не происходит, так как звено нутаций гироскопа превращается в генератор, представляющий консервативное звено с передаточной функцией Wн(p), содержащей в знаменателе множитель

22нут),

где р - оператор Лапласа;

ωнут - круговая частота нутаций гироскопа.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа, использованный в патенте РФ №2210717 «Система управления самонаводящимся вращающимся снарядом», опубл. 20. 08. 2003 г.

Система управления реализована в соответствии со способом, основанным на формировании сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения (ГСН) с помощью двигателя коррекции по информации об отклонении от нее направления на визируемый объект. Одновременно сигнал поступает на рулевой привод, управляющий угловым положением продольной оси снаряда. Причем формируемый сигнал управления суммируют с выходным сигналом датчика угла пеленга (ДУП):

φпелcр,

где φпел - угол между продольными осями снаряда и ротора гироскопа;

φс - угол продольной оси снаряда;

φР - угол продольной оси ротора гироскопа.

Выходной сигнал ДУП представляется внешним сигналом по отношению к СС ГСН. Однако в СС он дифференцируется и ее выходной сигнал, поступающий на двигатель коррекции и рулевой привод снаряда, оказывается пропорциональным разности угловых скоростей φ'с и φ'р.

Недостатком данного способа является то, что в контур СС проникают колебания снаряда, действующие на его резонансной частоте, например, от механических возмущений, тем самым снижая точность работы контура СС.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение устойчивой с требуемой точностью работы СС, содержащей гироскоп, путем подавления его нутационных колебаний.

В зависимости от состава конструкции прибора (например, снаряда, как в прототипе) и принятого типа управления - одноканального или двухканального, положения продольной оси ротора гироскопа, предлагаются два способа демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа ИМ СС.

Предлагаемый способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, основан на формировании поступающего в двигатель коррекции сигнала управления угловым положением визирной оси ГСН по информации об отклонении от визирной оси направления на визируемый объект и сигнала ДУП, отображающего координаты угла пеленга во вращающейся вместе с ротором системе координат (ВСКР).

В отличие от прототипа дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса ИМ, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора ВСКр на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал ДУП из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк, причем НСКр и НСКк согласованы между собой. Затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси ГСН, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси ГСН.

Причем при при одноканальном управлении сигнал управления угловым положением визирной оси ГСН преобразуют из ВСКр в НСКр, пропускают его через компенсирующее звено с передаточной функцией Wкомп(p), затем выходной сигнал компенсирующего звена преобразуют обратно из НСКр в ВСКр и подают в обмотку управления двигателя коррекции.

При двухканальном управлении оба ортогональных друг другу сигнала управления преобразуют из вращающейся системы координат корпуса ВСКк в неподвижную систему координат корпуса НСКк, пропускают их через компенсирующие звенья с передаточной функцией Wкомп(p). Затем выходные сигналы компенсирующих звеньев преобразуют обратно из НСКк в ВСКк и подают в две обмотки управления двигателя коррекции, продольные оси которых расположены в перпендикулярной продольной оси корпуса плоскости перпендикулярно одна другой. Причем передаточная функция Wкомп(p) такова, что в каналах управления выполняется условие устойчивости звена с передаточной функцией:

Wобщ(p)=Wкомп(p) Wн(p),

где Wн(p) - передаточная функция неустойчивого звена нутаций, не содержащего отрицательной обратной связи между входом и выходом, а числитель Wкомп(p) содержит множитель, равный нулю на частоте нутаций.

Сущность предлагаемого способа, основанного на использовании внешнего по отношению к СС датчика угловой скорости ДУСк продольной оси корпуса, состоит в формировании отрицательной обратной связи между входом и выходом звена нутаций гироскопа и обеспечении работоспособности звена нутаций без потери точности системы, а также в том, что в отсутствие ДУСк возможно обеспечить устойчивую работу СС путем компенсации влияния на устойчивость СС звена нутаций с передаточной функцией Wн(p), не содержащей в своей структуре отрицательной обратной связи между выходом и входом, путем включения последовательно с ним звена с передаточной функцией Wкомп(p), такой, что выполняется условие устойчивости звена с передаточной функцией Wобщ(p). Естественно, что Wкомп(p), как и Wн(p), преобразует сигнал, отображающий координаты СС в НСК. Поэтому если сигнал управления, из которого формируется момент управления продольной осью ротора, отображает координату в ВСК, то он должен быть преобразован вначале в НСК, затем после преобразования звеном с передаточной функцией Wкомп(p) - в ВСК с той же частотой, что и до преобразований. При этом при знаменателе Wн(p) в каждом из каналов, содержащем множитель (p2нут2), имеем:

Wкомп(p)=ккомп(p2нут2)/(1+2ξТнутр+Тнут2р2),

где ккомп - коэффициент усиления звена,

Тнут=(1/ωнут),

ξ - декремент затухания, определяющий полосу частот звена.

Вид числителя определяет вид знаменателя, при котором Wкомп(p) может быть реализована при данном числителе.

Отметим, что:

ωнут=fωp, причем

ωp - частота вращения ротора,

f=[2Jп/(J+J)] при неравных значениях экваториальных моментов инерции ротора в каналах звена нутаций,

где Jп - полярный момент инерции ротора,

J, J - экваториальные моменты инерции ротора.

Следовательно, при известной частоте ωр определяется частота ωнут и при необходимости изменяются связанные с ней параметры компенсирующего звена.

Таким образом, предлагаемое изобретение решает поставленную задачу обеспечения с требуемой точностью устойчивой работы СС, содержащей гироскоп, путем подавления его нутационных колебаний.

1. Способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа, основанный на формировании поступающего в двигатель коррекции сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения по информации об отклонении от визирной оси направления на визируемый объект и сигнала датчика угла пеленга (ДУП), отображающего координаты угла пеленга во вращающейся вместе с ротором системе координат (ВСКp), отличающийся тем, что дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса исполнительного механизма, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора ВСКр на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал ДУП из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк, причем НСКр и НСКк согласованы между собой, затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения.

2. Способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что при одноканальном управлении сигнал управления угловым положением визирной оси головки самонаведения преобразуют из ВСКр в НСКр, пропускают его через компенсирующее звено с передаточной функцией Wкомп(p), затем выходной сигнал компенсирующего звена преобразуют обратно из НСКр в ВСКр и подают в обмотку управления двигателя коррекции.

3. Способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что при двухканальном управлении оба ортогональных друг другу сигнала управления преобразуют из вращающейся системы координат корпуса ВСКк в неподвижную систему координат корпуса НСКк, пропускают их через компенсирующие звенья с передаточной функцией Wкомп(p), затем выходные сигналы компенсирующих звеньев преобразуют обратно из НСКк в ВСКк и подают в две обмотки управления двигателя коррекции, продольные оси которых расположены в перпендикулярной продольной оси корпуса плоскости перпендикулярно одна другой, причем передаточная функция Wкомп(p) такова, что в каналах управления выполняется условие устойчивости звена с передаточной функцией:

где Wн(p) - передаточная функция неустойчивого звена нутаций, не содержащего отрицательной обратной связи между входом и выходом, а числитель Wкомп(p) содержит множитель, равный нулю на частоте нутаций.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве электростатических гироскопов. Способ изготовления ротора электростатического гироскопа содержит этапы, на которых: формируют из сплошной заготовки сферическую поверхность ротора, выполняют вдоль его диаметральной оси сквозное цилиндрическое отверстие, выполняют финишную обработку поверхности ротора, устанавливают ротор в корпусе гироскопа, выполняют обезгаживание ротора в корпусе, при этом вдоль диаметральной оси ротора, перпендикулярной к оси сквозного цилиндрического отверстия, выполняют второе сквозное цилиндрическое отверстие.

Изобретение относится к микромеханическим датчикам скорости вращения, в которых используется эффект Кориолиса, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа.

Изобретение относится к системам регулирования температуры и может быть использовано в инерциальных микромеханических навигационных системах на основе датчиков ускорения и угловой скорости.

Изобретение относится к вибрационному инерциальному датчику угловой скорости, такому как гирометр или гироскоп, и к способу балансировки этого датчика. Вибрационный инерциальный датчик угловой скорости типа МЭМС содержит опору для, по меньшей мере, двух масс, которые установлены с возможностью перемещения по отношению к опоре, и, по меньшей мере, один электростатический привод и, по меньшей мере, один электростатический детектор, которые предназначены соответственно для выработки и обнаружения колебания масс, при этом массы подвешены в рамке, которая присоединена с помощью средства подвешивания к опоре так, что массы и рамка имеют три степени свободы в плоскости относительно опоры.

Изобретение относится к области управления рабочим орудием, присоединенным к корпусу машины, в частности к оценке ориентации и смещения рабочего орудия бульдозера относительно корпуса машины.

Изобретение относится к передаче данных телеизмерений через воздушный зазор. Технический результат заключается в уменьшении потребляемой мощности и сокращении длительности формируемых сигналов.

Изобретение относится к приборостроению и представляет собой способ уменьшения магнитного дрейфа зеемановских лазерных гироскопов, вызванного термоЭДС на границах материалов магнитного экрана и корпуса.

Изобретение относится к гироскопическим приборам для навигации, геодезии, измерения азимута на земной поверхности. Гирокомпас содержит корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для торможения и фиксации вращающейся части механизма в произвольном угловом положении с заданным моментом.

Изобретение относится к области приборостроения - лазерным датчикам угловой скорости, применяемым в навигационных системах, и может быть использовано в волоконно-оптических гироскопах на основе эффекта Саньяка.
Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Двухстепенной поплавковый гироскоп содержит корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на камневых опорах, поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и поплавковой гирокамерой, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента, при этом внутри корпуса соосно с ним установлен цилиндр, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы из m электродов, где m=2(n+2), n=1,2 …, жестко связанных с цилиндром, геометрический центр поверхности плоской развертки одной системы электродов лежит по одну сторону от плоскости, перпендикулярной продольной оси гироскопа, делит цилиндрическую поверхность встроенного цилиндра на две равные части и симметричен геометрическому центру поверхности плоской развертки второй системы. Технический результат - повышение точности двухстепенного поплавкового гироскопа. 3 ил.
Наверх