Способ автокомпенсации независящих от ускорения дрейфов гироскопического устройства

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств (ГУ). Способ автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов гироскопического устройства, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров. При этом принудительный разворот рамки вокруг оси, параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения (СКО) максимальной допустимой погрешности хранения направления, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов. Технический результат - повышение точности навигационной системы за счет снижения влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от закона движения объекта. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Описание изобретения

Назначение и область применения

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств, например, гироскопов или датчиков угловых скоростей, в морской, воздушной, наземной, скважинной навигации, в том числе, предназначенных для исследования траекторий нефтяных, газовых, геотермальных, железорудных и других скважин.

Предшествующий уровень техники

Известны различные способы автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов (корпусных дрейфов) гироскопического устройства (ГУ), обеспечивающие повышение его точности при использовании (см. книгу "Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем", авторы С.М.Зельдович и др. Изд. "Судостроение", 1976 г., УДК 531382, [1]).

Сущность любого способа автокомпенсации состоит в придании отдельным элементам и узлам гироскопического устройства дополнительных механических движений, позволяющих осуществить модуляцию уходов гироприборов и, в конечном итоге, превратить эти уходы из монотонных в периодические функции времени с ограниченной амплитудой. К этим способам, в частности, относятся: принудительное движение шарикоподшипниковых опор подвесов гироскопических устройств, например, гироскопов, принудительное вращение гироскопических чувствительных элементов, реверсирование векторов кинетических моментов гироскопов и т.д.

Однако собственное движение объекта вокруг оси, параллельной оси автокомпенсации, накладывается на вышесказанное принудительное движение гироскопического устройства (например, гироскопа), что приводит к снижению эффективности работы автокомпенсации, и, как следствие, к увеличению погрешности хранения заданного направления из-за того, что не происходит полной модуляции дрейфов.

Наиболее близким к заявленному решению по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является способ автокомпенсации принудительным вращением карданова подвеса ГУ на основе гироскопа вокруг вектора кинетического момента, раскрытый в вышеупомянутой публикации [1, стр. 52]. В соответствии с решением, раскрытым в прототипе, способ автокомпенсации корпусных дрейфов, входящих в состав навигационной системы, установленной на объекте, ГУ, установленном вместе с триадой акселерометров на поворотной рамке, снабженной двигателем и датчиком угла, таким образом, что ось вращения рамки параллельна вектору кинетического момента ГУ, основан на принудительном вращении подвеса ГУ вокруг вектора кинетического момента. При этом при реализации указанного способа, основание, на котором закреплены подшипники наружного кольца подвеса ГУ на основе трехстепенного гироскопа, вращается при помощи двигателя, с постоянной угловой скоростью вокруг оси, параллельной исходной ориентации вектора кинетического момента гироскопа. Таким образом, корпус ГУ разворачивают в дискретные моменты времени вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента ГУ, с помощью поворотной рамки, связанной с двигателем, с дискретной фиксацией положений.

Основной недостаток данного решения заключается в том, что в рамках его осуществления не учитывается движение объекта вокруг его центра масс, и, как следствие, при наличии такого движения не происходит полной модуляции корпусных дрейфов ГУ( гироскопа) вплоть до полного ее прекращения (явление резонанса). Как следствие, указанный способ не позволяет исключить полностью влияние корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, где в качестве базовых направлений обычно принимаются направления на географический или магнитный север, но также могут служить направление вдоль дуги большого круга, соединяющего начальную и конечную точки маршрута, направление бомбометания от исходной точки до цели или произвольные горизонтальные направления, образующие навигационную систему координат, например, в полярных областях.

Сущность изобретения.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в предложении способа автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов (корпусных дрейфов) гироскопического устройства (ГУ), обеспечивающего модуляцию весовых коэффициентов, определяющих влияние этих дрейфов на погрешность хранения заданного направления, в процессе работы навигационной системы на подвижном объекте.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности навигационной системы за счет снижения влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от закона движения объекта

Заявленный технический результат достигается тем, что используют способ автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ, установленного вместе с триадой акселерометров на поворотной рамке, снабженной двигателем и датчиком угла, таким образом, что ось вращения рамки параллельна вектору кинетического момента ГУ, заключающийся в том, что с помощью рамки, связанной с двигателем, корпус ГУ разворачивают в дискретные моменты времени вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента ГУ, с дискретной фиксацией положений. При этом способ согласно изобретению отличается от прототипа тем, что используют автокомпенсацию с обратной связью, при которой программно-аппаратным образом осуществляют непрерывное отслеживание уровня подавления корпусных дрейфов, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров, а принудительный разворот рамки вокруг оси, параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки β i+1, с обеспечением возможности компенсации корпусных дрейфов гироскопа, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога Nmax, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения (СКО) максимальной допустимой погрешности хранения направления σAmax, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов στ, причем значение интегрального параметра N в каждый момент времени определяют путем математической обработки по формуле:

Ν = K τ x 2 + K τ y 2 ,

где K τ x и K τ y - весовые коэффициенты, зависящие от угловых параметров движения объекта, определяемые путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла (ДУ) и/или акселерометров по формулам

{ K τ x ( t ) = 0 t sin ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t K τ y ( t ) = 0 t cos ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t ,

где θ и Ψ - углы ориентации между корпусом объекта и горизонтной системой координат, β - угол между ГУ и корпусом объекта,

а текущий поправочный угол поворота рамки β i + 1 определяют в момент времени, когда N≥ N max путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний ДУ и/или акселерометров по формулам из следующей системы уравнений:

{ sin β i + 1 = sin β i K 1 + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + 1 = cos β i K 1 sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 , (*)

где параметры К1 и К2:

{ K 1 = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) K τ x ( t i ) K τ y ( t k ) , а ( N ( t i ) ) = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 -

при этом t i - момент времени вычисления текущего поправочного угла β i + 1 , когда условие N ≥ Nmax стало истиной, β i - текущее значение угла между ГУ и корпусом объекта,

t i 1 - момент времени установки рамки в положение β i .

t k - момент времени наблюдения за движением объекта, удовлетворяющий следующему условию: t i 1 < t k < t i ,

а Nmax= σAmax/ στ.

При этом длительность интервала времени между принудительными разворотами рамки вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента на текущий поправочный угол поворота рамки β i+1, зависящий от угловых параметров движения объекта, может быть определена на основании текущего значения весовых коэффициентов K τ x и K τ y и интегрального параметра N, а также соотношения N с предустановленным пороговым значением N max .

В одном из вариантов осуществления изобретения в качестве ГУ используют двухосный ДУС (датчик угловых скоростей), установленный на рамке так, чтобы ось его кинетического момента была параллельна оси вращения рамки.

В еще одном варианте изобретения, в качестве ГУ используют два одноосных ДУС, оси чувствительности каждого из которых ортогональны оси вращения рамки и друг другу.

Краткое описание чертежей

Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан один из вариантов осуществления, проиллюстрированный на:

Фиг. 1 - система координат, где ENh - горизонтная система координат, XkYkZk - система координат, связанная с объектом, XpYpZp - система координат, связанная с рамкой;

Фиг. 2 - вариант осуществления ГУ на основе двухосного ДУС.

Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения изобретения и не могут рассматриваться в качестве ограничений его содержания, которое включает другие варианты осуществления.

Осуществимость изобретения

В качестве примера осуществления решения согласно заявленному изобретения, рассмотрим способ автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ на примере гироскопического инклинометра на основе двухосного ДУС, используемого в качестве ГУ. При этом в рассматриваемом примере осуществления гироскопический инклинометр рассматривается в качестве объекта, на который установлен ДУС (см. фиг.2). В данной схеме осуществления изобретения, представленной на фиг.2, акселерометры 2 и ДУС 1 расположены на вращающейся рамке 3. Рамка 3 имеет возможность устанавливаться в дискретные положения относительно продольной оси гироскопического инклинометра 6 с помощью двигателя 4. Для измерения угла поворота на оси рамки размещен датчик 5 угла (ДУ), например, оптический. ДУС 1 установлен так, чтобы оси чувствительности были перпендикулярны оси вращения рамки 3. В состав как рассматриваемого ГУ, так и ГУ в любом ином исполнении, как правило, также входят блок сервисных электронных устройств и блок обработки информации, включающий, по меньшей мере, вычислитель, реализованный на базе микропроцессора (на фиг.2 не показаны), связанные по линиям связи, например телеметрической связи, с внешним или встроенным пультом управления и компьютерным устройством (на чертежах не показаны).

Блок сервисных электронных устройств, как правило, включает, по меньшей мере блок питания, блок управления, усилители и аналого-цифровые преобразователи сигналов с чувствительных элементов ГУ, акселерометров и датчика угла, текущие данных которых непрерывно передаются в блок обработки информации(вычислитель) для их последующей обработки программно-аппаратным образом и выработки управляющих сигналов на соответствующие элементу ГУ для коррекции их положения. При наличии внешних пульта управления и компьютерного устройства текущие данные от чувствительных элементов ГУ, акселерометров и датчика угла могут передаваться по каналам телеметрической связи и/или любой иной проводной или беспроводной связи, известной в данной области техники, в соответствующие им блоки обработки информации для ее преобразования, обработки по предустановленным алгоритмам и выработки управляющих сигналов и команд на ГУ, в зависимости от решаемых задач.

Согласно изобретению, при осуществлении способа автокомпенсации не зависящего от дрейфа корпуса гироскопического устройства, в качестве погрешности хранения базового направления принимают погрешность азимута ∆А, вызванную корпусными дрейфами ГУ (в примере осуществления - ДУС). Обозначив дрейфы ГУ τ x и τ y , углы между корпусом объекта и горизонтной системой координат - θ , Ψ , а угол между ГУ и корпусом объекта - β , погрешность азимута ∆А может быть определена следующим образом:

Δ A = 0 t τ x sin ( Ψ + β ) sin θ d t 0 t τ y cos ( Ψ + β ) sin θ d t (1).

Учитывая, что скорости изменения уходов(дрейфов) τx, τy представляют собой медленно меняющиеся функции времени по сравнению с другими сомножителями выражения (1), они могут быть вынесены за знаки интегралов, а оставшиеся интегральные выражения обозначены как весовые коэффициенты K τ x и K τ y соответственно. Тогда погрешность азимута ∆А можно представить в виде следующего выражения:

Δ A = τ x K τ x τ y K τ y (2).

При этом, принимая во внимание, что закон изменения углов ориентации θ и Ψ , входящих в подынтегральные выражения, в общем случае произвольный, определяемый из следующих известных соотношений:

ψ + β = a r c t g a x a y ; θ = arcsin a x 2 + a y 2 a z , где a x , a y , a z - выходные сигналы акселерометров, β - выход датчика угла (угол между ГУ и корпусом объекта), очевидно, что при реализации способа автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ согласно прототипу значения весовых коэффициентов K τ x и K τ y будут расти во времени, так как собственное движение прибора (определяемое значением угла ψ) складывается с принудительным движением рамки (определяемое значением угла β ), при этом, очевидным образом, не происходит полной модуляции дрейфов, и, как следствие, погрешность азимута возрастает. Таким образом, решение способа автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ, раскрытое в прототипе, позволяет обеспечить модуляцию корпусных дрейфов ГУ в погрешности азимута только в случае соблюдения условия: θ = c onst и Ψ = c o n s t .

Как было указано ранее, технической результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности навигационной системы ГУ за счет модуляции весовых коэффициентов, определяющих степень влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от движения объекта.

В заявленном изобретении, автокомпенсация корпусных дрейфов ГУ обеспечивается за счет проведения разворотов ГУ в дискретные моменты времени вокруг вектора кинетического момента. При этом значение угла, в который при помощи двигателя и датчика угла выполняется разворот рамки ГУ, определяют на основании текущих значений углов ориентации объекта, входящих в выражение погрешности азимута (1).

Анализ зависимости (1) показывает, что для уменьшения погрешности азимута ∆А необходимо уменьшать значения каждого из весовых коэффициентов K τ x и K τ y , входящих в зависимость, определенную формулой (1). При этом из чертежей, представленных на фиг. 1 и 2, следует, что при помощи двигателя 4 возможно управление только углом между ГУ и корпусом объекта β . При установке (развороте) рамки ГУ в определенные положения, можно добиться поддержания значений весовых коэффициентов K τ x и K τ y в пределах, не превышающих заданного заранее установленного значения, при достижении которого производится разворот рамки на такой расчетный угол β , который вызывает смену знака подынтегральных выражений, поэтому оба интеграла, определяющих зависимости весовых коэффициентов K τ x и K τ y , становятся из растущих функций убывающими. Таким образом, весовые коэффициенты K τ x и K τ y из неограниченно растущих со временем становятся ограниченными по величине независимо от закона движения, определяемого углами θ и Ψ .

Таким образом, управляя углом β , можно добиться минимизации интегральных коэффициентов, а в пределе, их обнуления. Снижая тем самым влияние корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления.

Для суммарной оценки вклада весовых коэффициентов K τ x и K τ y в погрешность азимута, на основании вышеизложенного, может быть определен расчетный интегральный параметр N, следующим образом:

Ν = K τ x 2 + K τ y 2 (3).

Выражение (3) для интегрального расчетного параметра N получено на основании известного в уроне техники предположения, что неопределенности дрейфов τ x и τ y являются случайными некоррелированными константами с равными дисперсиями среднеквадратичного отклонения (СКО) σ τ :

σ A 2 = σ τ 2 K τ x 2 + σ τ 2 K τ y 2 , то есть σ A = σ τ N , где σА - СКО погрешности хранения базового направления, вызванной корпусными дрейфами.

Следовательно, для ограничения величины СКО погрешности хранения базового направления достаточно ограничить значение интегрального параметра N выбранным пороговым значением N max , определяемым из соотношения σ A max = σ τ N max , где σ A max - максимальное допустимое значение СКО погрешности хранения базового направления, вызванное корпусными дрейфами ГУ.

Соответственно, пороговое значение расчетного интегрального параметра N max может быть определено как:

N max = σ A max / σ τ , тогда, очевидно, что при N < N max справедливо и σ A < σ A max .

В общем случае, пороговое значение N max предпочтительно выбирают из совокупности следующих условий: техническая реализуемость и малость прогнозируемой ошибки угла азимута.

Таким образом, если в момент времени t i выполняется условие N N max , для изменения знаков интегралов, ГУ относительно объекта необходимо установить в положение β i + 1 . С учетом вышеизложенного, весовые коэффициенты для момента времени t i + 1 ( t i + 1 - момент времени, когда будет выполнено условие K τ x = 0 и K τ y = 0 ) могут быть определены следующим образом:

{ K τ x ( t i + 1 ) = K τ x ( t i ) + t i t i + 1 sin Ψ ( t ) cos β i + 1 + cos Ψ ( t ) sin β i + 1 sin θ ( t ) d t K τ y ( t i + 1 ) = K τ y ( t i ) + t i t i + 1 cos Ψ ( t ) cos β i + 1 sin Ψ ( t ) sin β i + 1 sin θ ( t ) d t (4).

Введя следующие обозначения:

I s = t i t i + 1 sin Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t I c = t i t i + 1 cos Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t (5).

Приравняв нулю весовые коэффициенты на момент времени t i + 1 , получим следующую систему уравнений, с учетом принятых в (5) обозначений:

{ K τ x ( t i + 1 ) = K τ x ( t i ) + I s cos β i + 1 + I c sin β i + 1 = 0 K τ y ( t i + 1 ) = K τ y ( t i ) + I c cos β i + 1 I s sin β i + 1 = 0 (6).

Решение системы уравнений относительно sin β i + 1 и cos β i + 1 позволяет получить следующую систему зависимостей:

{ sin β i + 1 = K τ y ( t i ) I s K τ x ( t i ) I c I s 2 + I c 2 cos β i + 1 = K τ x ( t i ) I s K τ y ( t i ) I c I s 2 + I c 2 (7).

При этом выполнение следующего условия для указанного в делителе выражения:

I s 2 + I c 2 = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 = ( N ( t i ) ) 2

обеспечивает минимальное время, за которое весовые коэффициенты K τ x и K τ y достигнут нуля.

Поскольку, при t i + 1 t i 1 < < t r (где t r - время работы навигационной системы ГУ, t i 1 - момент времени, когда ГУ относительно объекта был установлен в положение β i ) закон изменения углов ориентации, а как следствие и закон изменения K τ x ( t ) и K τ y ( t ) можно считать неизменным. Тогда, выбрав интервал наблюдения от t k до t i ( t i 1 < t k < t i ), система уравнений для весовых коэффициентов может быть представлена следующим образом:

{ K τ x ( t i ) = K τ x ( t k ) + t k t i sin Ψ ( t ) cos β i + cos Ψ ( t ) sin β i sin θ ( t ) d t K τ y ( t i ) = K τ y ( t k ) + t k t i cos Ψ ( t ) cos β i sin Ψ ( t ) sin β i sin θ ( t ) d t (8).

Введя следующие обозначения:

{ f s = t k t i sin Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t = cos β i ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) sin β i ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) f c = t k t i cos Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t = sin β i ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) + cos β i ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) (9).

и определив условия для выполнения нормировки следующим образом:

I s = k f s , I c = k f c (10).

где k 2 = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 f s 2 + f c 2 = ( N ( t i ) ) 2 f s 2 + f c 2 (11),

при последующей подстановке (10) в (7) получим следующие выражения для тригонометрических функций угла β i + 1 , в который необходимо установить рамку:

{ sin β i + 1 = sin β i K 1 + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + 1 = cos β i K 1 sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 , (12)

где параметры K1 и К2 определяют из следующих соотношений:

K 1 = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) K τ x ( t i ) K τ y ( t k ) (13).

Таким образом, полученная зависимость для расчета угла β i + 1 позволяет реализовать способ автокомпенсации корпусных дрейфов гироскопа с обратной связью с осуществляемым постоянным отслеживанием текущего, уже достигнутого уровня компенсации данных дрейфов, в котором момент времени, когда необходимо выполнить разворот и угол, в который необходимо установить рамку, зависят от угловых параметров движения прибора.

Осуществление способа происходит следующим образом.

Если выполняется условие N < Nmax , то ГУ относительно корпуса объекта неподвижен. При N ≥ Nmax из уравнений (12) вычисляется значение угла, в который необходимо установить ГУ относительно корпуса объекта. После выполнения этой операции ГУ разворачивается в это положение вокруг оси параллельной оси кинетического момента. Поскольку независимо от положения рамки, вычисление N продолжается, можно наблюдать уменьшение этого параметра со временем (до 0 в данном случае), а затем - его рост. При достижении условия N N max   вновь происходит новый расчет значения угла, в который необходимо установить ГУ, и осуществляется следующий разворот рамки из текущего положения. Далее цикл повторяется. Поскольку интегральный параметр N осуществляет непрерывное отслеживание уже достигнутого уровня компенсации корпусных дрейфов ГУ, вырабатываемые при этом оценки позволяют рассчитать угол, на который необходимо развернуть рамку при достижении порогового значения, что позволяет ограничить погрешность выработки азимута, вызванную корпусными дрейфами ГУ в режиме постоянного наблюдения, независимо от закона движения объекта.

Необходимо отметить, что все вычисления осуществляются на основании объективно получаемых измерений датчика угла, акселерометров и ГУ, которые передаются в режиме реального времени на наземный пульт управления и обрабатываются персональным компьютером или аналогичными устройствами, связанным с наземным пультом управления с выработкой на основании вычислений и передачей управляющих сигналов на гироскопическое устройство. Аналогичным образом указанные операции могут осуществляться и при реализации встроенного в ГУ блока обработки информации, пульта управления и вычислителя, на базе микропроцессорных устройств. При любом из вариантов осуществляется систем или модулей управления и обработки текущей информации способ автокомпенсации независимых от ускорений дрейфов гироскопического устройства, согласно заявленному изобретению, могут осуществляться программно-аппаратным образом автоматически.

Рассмотренный выше пример осуществления, как было указано раньше, относился к продольной компоновке гироскопического инклинометра, однако, очевидно, что реализованный в настоящем изобретении способ автокомпенсации может быть применен при реализации любых других гироскопических приборах, т.к. в данном случае, основным объектом наблюдения является собственно гироскоп и возможность управления разворотом рамки для компенсации корпусных дрейфов гироскопа.

Без потери качества способа автокомпенсации согласно изобретению, в качестве ГУ может быть использован:

- один двухосный ДУС, установленный так, чтобы ось его кинетического момента была параллельна оси вращения рамки.

При использовании двухосного ДУС в качестве ГУ, ДУС измеряет две проекции угловой скорости. Значения угловых скоростей будут содержать погрешности, в том числе, корпусные дрейфы, к которым справедлив способ автокомпенсации, все вышеуказанные выводы остаются справедливыми и для данного варианта осуществления изобретения.

- два одноосных ДУС, оси чувствительности которых ортогональны друг другу и оси вращения рамки.

При использовании двух одноосных ДУС в качестве ГУ, измеряют две проекции угловой скорости, при этом значения угловых скоростей будут содержать погрешности, в том числе, корпусные дрейфы, к которым справедлив способ автокомпенсации, раскрытый выше в описании и соответствующий заявленному изобретению.

Таким образом, заявленный способ автокомпенсации независящих от ускорения дрейфов ГУ позволят существенно повысить точность навигационной системы ГУ за счет модуляции весовых коэффициентов, определяющих степень влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от движения объекта.

Способ автокомпенсации корпусных дрейфов гироскопического устройства (ГУ), установленного вместе с триадой акселерометров на поворотной рамке, снабженной двигателем и датчиком угла, таким образом, что ось вращения рамки параллельна вектору кинетического момента ГУ, заключающийся в том, что с помощью рамки, связанной с двигателем, корпус ГУ разворачивают в дискретные моменты времени вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента ГУ, с дискретной фиксацией положений, отличающийся тем, что используют автокомпенсацию с обратной связью, при которой программно-аппаратным образом осуществляют непрерывное отслеживание уровня подавления корпусных дрейфов, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров, а принудительный разворот рамки вокруг оси параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки β i+1, с обеспечением возможности компенсации корпусных дрейфов гироскопа, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога Nmax, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения (СКО) максимальной допустимой погрешности хранения направления σAmax, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов στ, причем значение интегрального параметра N в каждый момент времени определяют путем математической обработки по формуле:
Ν = K τ x 2 + K τ y 2 ,
где K τ x и K τ y - весовые коэффициенты, зависящие от угловых параметров движения объекта, определяемые путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла (ДУ) и/или акселерометров по формулам
{ K τ x ( t ) = 0 t sin ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t K τ y ( t ) = 0 t cos ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t ,
где θ и Ψ - углы ориентации между корпусом объекта и горизонтной системой координат, β - угол между ГУ и корпусом объекта,
а текущий поправочный угол поворота рамки β i + 1 определяют в момент времени, когда N≥ N max путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний ДУ и/или акселерометров по формулам из следующей системы уравнений:
{ sin β i + 1 = sin β i K 1 + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + 1 = cos β i K 1 sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 , (*)
где параметры К1 и К2:
{ K 1 = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) K τ x ( t i ) K τ y ( t k ) , а ( N ( t i ) ) = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 -
при этом t i - момент времени вычисления текущего поправочного угла β i + 1 , когда условие N ≥ Nmax стало истиной, β i - текущее значение угла между ГУ и корпусом объекта,
t i 1 - момент времени установки рамки в положение β i .
t k - момент времени наблюдения за движением объекта, удовлетворяющий следующему условию: t i 1 < t k < t i ,
а Nmax= σAmax/ στ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность интервала времени между принудительными разворотами рамки ГУ вокруг оси параллельной вектору кинетического момента на текущий поправочный угол поворота рамки β i+1, зависящий от угловых параметров движения объекта, определяют на основании текущего значения весовых коэффициентов K τ x и K τ y и расчетного интегрального параметра N, а также соотношения N с предустановленным пороговым значением N max .

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве ГУ используют один двухосный ДУС, установленный так, чтобы ось его кинетического момента была параллельна оси вращения рамки.

4. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве ГУ используют два одноосных ДУС, оси чувствительности каждого из которых ортогональны оси вращения рамки и друг другу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения.

Изобретение относится к регулирующим устройствам. Заявлена группа изобретений, включающая регулирующее устройство, датчик угловой скорости, способ эксплуатации регулирующего устройства с гармонической задающей величиной.

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и предназначено для определения величин масштабных коэффициентов трехосных лазерных гироскопов (ТЛГ) с взаимно ортогональными осями чувствительности при проведении калибровки (паспортизации) бесплатформенных инерциальных навигационных систем, построенных на основе ТЛГ, или их составных частей.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для пространственной угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования, построенные по принципу орбитального гирокомпасирования.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для повышения точности угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования с использованием орбитальных гирокомпасов (ОГК).

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.

Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ). Технический результат - обеспечение устойчивой работы СС.

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 трехосным гироскопам средней и повышенной точности, а конкретно к способу оценки их систематических погрешностей. Технический результат заключается в повышении точностных характеристик трехосного гироскопа за счет повышения достоверности оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, с одновременным уменьшением трудоемкости процесса измерений. Способ оценки погрешностей систематического дрейфа трехосного гироскопа, заключающийся в проведении измерений выходных сигналов трехосного гироскопа в нескольких азимутальных положениях и цифровой обработке полученных измерений, отличается тем, что измерения в нескольких азимутальных положениях совершают при повороте базы трехосного гироскопа вокруг вертикальной оси, цифровую обработку измерений осуществляют путем построения аппроксимирующих функций и определения коэффициентов аппроксимации, расчета постоянной проекции вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли с учетом конструктивного расположения осей чувствительности, определения разности полученных коэффициентов аппроксимации и расчетного значения проекции вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли на оси чувствительности гироскопа. 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), работающим в режиме датчика углового положения. Способ компенсации дрейфа ТВГ включает предварительное определение математических параметров модели температурной скорости дрейфа ТВГ, определение углового положения волны резонатора в рабочем режиме и алгоритмическую компенсацию его температурной скорости дрейфа в соответствии с этой моделью, рассчитывают значения производной частоты резонатора, при этом модель дрейфа использует значения углового положения волны, частоту резонатора и производную частоты и рассчитывается в виде функции где Ak, Bk - полиномы степени N по члену f и степени M по члену g; θ - значение углового положения волны; - резонансная частота твердотельного волнового гироскопа; g - значение производной резонансной частоты; N - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от частоты; M - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от производной частоты; K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла; параметры ak,i,j, bk,i,j находят для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла, резонансной частоты производной резонансной частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании. Технический результат – повышение точности компенсации дрейфа ТВГ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и может быть использовано в индикаторных гиростабилизаторах. Технический результат - выравнивание скоростей управления платформой. Для этого индикаторная гироскопическая платформа содержит электромеханическую часть, состоящую из гироскопа, дифференциальных датчиков угла первого и второго канала гироскопа, первого и второго датчиков момента первого канала гироскопа, первого и второго датчиков момента второго канала гироскопа, шунтирующих резисторов, датчиков угла платформы, двигателей стабилизации платформы, оси управления X и Y и электронную часть, состоящую из первого и второго усилителей управления платформой, первого и второго усилителей стабилизации платформы, диодов. Способ выравнивания скоростей управления платформой заключается в регулировке шунтирующими резисторами тока, протекающего в обмотках датчиков момента гироскопа, таким образом, чтобы моменты, создаваемые каждым датчиком момента гироскопа, и как следствие скорости управления платформой были одинаковы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

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 микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Сущность изобретения заключается в том, что в ММГ с квадратурными электродами и источниками напряжения, соединенными с ними, введены последовательно сумматор и делитель, обеспечивающие компенсацию изменений зазора, и источники напряжения выполнены управляемыми, при этом вход их управления соединен с выходом делителя. Технический результат - повышение точности ММГ. 1 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что электроды на внутренней поверхности цилиндра двухстепенного поплавкового гироскопа устанавливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m, где m - количество электродов в одной системе, i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов. Технический результат – уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к высокоточным комплексным навигационным системам с использованием астроизмерений, и может найти применение в составе бортового оборудования авиационно-космических объектов. Технический результат - повышение точности астровизирования. Для этого осуществляют выбор звезды, доступной визированию в данной точке местоположения визирующего объекта в данный момент времени, вычисляют ее декартовые координаты в проекциях на оси сопровождающего трехгранника и углы наведения на нее телеблока, последующее визирование звезды с определением ее фактических координат, которые пересчитываются в ошибки корректируемой системы, при этом на этапе визирования звезды основание телеблока устанавливается в плоскости местного горизонта. Причем определенные в проекциях на оси сопровождающего трехгранника декартовы координаты звезды перепроектируются на оси базового приборного трехгранника перемножением вектора ее декартовых координат на транспонированную матрицу ориентации визирующего объекта, и по полученным декартовым координатам в проекциях на оси приборного трехгранника вычисляются углы наведения телеблока, которые используются в качестве целеуказания при визировании звезды. 5 ил.

Предложен способ для определения факта выхода гироскопа на установившийся режим работы, позволяющий его использовать для достоверных измерений, и устройство для реализации данного способа. Заявленный способ оптимизации времени включения Кориолисова гироскопа заключается в том, что система масс указанного гироскопа приводится в состояние возбуждающих колебаний параллельно первой оси (х), причем отклонение системы масс в результате действия Кориолисовой силы вдоль второй оси (y), заданной перпендикулярно первой оси (х), проверяют с использованием выходного сигнала Кориолисова гироскопа, содержащего определение амплитуды (А) возбуждающих колебаний Кориолисова гироскопа в заданный момент времени, и генеририруют нормированный выходной сигнал (S0) от Кориолисова гироскопа путем умножения определенного выходного сигнала (S) на отношение амплитуды (А0) возбуждающих колебаний Кориолисова гироскопа в установившемся состоянии к определенной амплитуде (А), на основании которого судят о выходе гироскопа на установившийся режим работы, и тем самым оптимизируют процесс использования гироскопа с момента его включения. Указанный способ реализуется при помощи соответствующего устройства, включающего в себя специальные электронные блоки. Данная группа изобретений позволяет более оптимально использовать Кориолисов гироскоп, начиная с момента его включения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим арретирование ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе и может быть использовано в космической технике. Устройство арретирования ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе, содержит две конические опоры, по меньшей мере одна из которых подвижна с возможностью поворота вокруг своей оси при одновременном перемещении в осевом направлении, приводной двигатель арретирующего устройства, ротор которого установлен на подвижном элементе, кольцевой ограничитель радиальных и угловых перемещений вала ротора, который при контактном взаимодействии с валом вращающегося ротора в режиме снятого электропитания с электромагнитных опор и приводного двигателя арретирующего устройства перемещает подвижную опору в окружном и осевом направлениях до жесткого контакта вала подвижной опоры с валом ротора электродвигателя-маховика и валом второй опоры и последующего совместного вращения ротора и валов обеих опор. Каждая опора содержит двигатель вращения вала опоры, который при функционирующем магнитном подвесе и вращающемся роторе электродвигателя-маховика вращает вал опоры в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора, так, что угловая скорость вращения вала опоры равна или близка к угловой скорости вращения вала ротора. Технический результат – повышение надежности и долговечности устройства арретирования. 6 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств. Способ автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов гироскопического устройства, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров. При этом принудительный разворот рамки вокруг оси, параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения максимальной допустимой погрешности хранения направления, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов. Технический результат - повышение точности навигационной системы за счет снижения влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от закона движения объекта. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх