Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут



Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут
Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут

 


Владельцы патента RU 2608337:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") (RU)

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

 

Изобретение относится к области гироскопии и может быть использовано для выставки в плоскость горизонта и на заданный азимут стабилизированной платформы (СП) трехосного гиростабилизатора (ТГС) системы управления ракет-носителей и разгонных блоков космического назначения, запускаемых со стартовых комплексов наземного базирования и морских платформ.

Известны способы начальной выставки, основанные на использовании датчика угловой скорости (ДУС). Например, «Способ гирокомпасирования с применением гироскопического датчика угловой скорости при автономной и алгоритмической компенсации его дрейфа» [1]. Суть способа состоит в выставке осей гироскопа, работающего в режиме обратной связи по току датчика момента (режим ДУС) в три заданных положения, измерении токов обратной связи в этих положениях, определении углов наклона плоскости измерительных осей гироскопа по тангажу и крену и вычислении истинного курса объекта.

Также известны способы, основанные на использовании информационных сигналов с каналов горизонтального приведения. Например, в «Способе автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся токам коррекции» [2] платформу выставляют системой грубого приведения в горизонт и по азимуту в исходное положение, предварительно отключают цепь приведения платформы по азимуту, грубо переводят платформу в требуемое положение по азимуту, включают систему точного приведения платформы в горизонт, увеличивают угловую скорость движения платформы относительно Земли по азимуту путем подачи соответствующего управляющего сигнала в датчик моментов азимутального гироблока, а азимутальную ориентацию платформы определяют путем обработки информации о токах коррекции в датчиках моментов гироблоков системы точного приведения платформы в горизонт.

Главным недостатком перечисленных способов является то, что описанные в них системы являются замкнутыми и поэтому имеют дополнительные погрешности выставки от возмущений, вызывающих угловые колебания объекта, в котором расположен гиростабилизатор.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ азимутального ориентирования, основанный на измерении видимых уходов СП [3]. В этом способе после предварительного приведения осей ОХП и OZП в плоскость горизонта система приведения отключается и платформа начинает уходить относительно Земли с угловыми скоростями, определяемыми следующими выражениями:

где , , - угловые скорости поворота СП относительно Земли;

ωд1, ωд2, ωд3 - угловые скорости ухода (дрейфа) СП, вызванные вредными моментами по осям прецессии гироскопов;

ωв и ωг - вертикальная и горизонтальная составляющие вектора скорости вращения Земли соответственно;

А - азимутальное положение СП.

Измеряя видимые уходы и и зная дрейф ωд2 и ωд3 СП вокруг осей ОХП и OZП, находят азимутальное положение A (например, из третьего выражения (1)):

Данный способ имеет недостатки. Выражения (1) справедливы только для малых углов отклонения платформы α1, α2, α3, т.е. для достаточно малых промежутков времени, пока α1, α2, α3 не достигли больших значений, для которых нужны более точные выражения. Параметры , , , измеренные на малых промежутках времени, будут иметь большие погрешности от действия возмущений (ветер, морские волны и др.). На точность выставки влияет нестабильность от запуска к запуску уходов гироскопа от вредных моментов по его оси прецессии (согласно (2)). Кроме этого при больших значениях α1, α2, α3 увеличиваются погрешности измерений уходов гироскопа из-за нестабильности этих параметров в одном запуске.

Задачей предлагаемого изобретения является начальная выставка приборной системы координат XПYПZП, связанной с осями СП, в плоскость горизонта и на азимут запуска (физическое совмещение со стартовой системой координат XCYCZC) автономными средствами бортовой инерциальной навигационной системы (ИНС) при действии на объект, в котором установлен ТГС, неспешно изменяющихся во времени возмущений различной природы, и повышение точности прицеливания за счет уточнения собственных уходов гироскопов, вызванных вредными моментами по их осям прецессии.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе после грубого приведения осей ОХП и OZП в плоскость горизонта включается система стабилизации, в датчики моментов (ДМ) двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопов (ГБ) подаются токи компенсации уходов СП, затем вычисляется отклонение СП от плоскости горизонта и нескомпенсированные скорости поворота СП относительно осей ОХП, OZП и вычисляются проекции горизонтальной составляющей вектора скорости вращения Земли на оси чувствительности (ОЧ) ГБ по осям рыскания (Р) и тангажа (Т), грубо определяется азимут корпуса ТГС, затем уточняются масштабные коэффициенты акселерометров, а также независящие составляющие уходов ГБ Р и Т и калибровочные коэффициенты их трактов путем выставки СП в четыре положения с азимутом 0°, 90°, 180° и 270°, компенсацией уходов СП и проведением измерений в этих положениях, после чего СП осью ОХП грубо выставляется на азимут запуска, в ДМ ГБ подаются токи компенсации собственных уходов ГБ и составляющих вектора вращения Земли, уточняются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ Т и Р и производится их пересчет на направления север-юг, запад-восток, вычисляется рассогласование оси ОХП с азимутом запуска, вычисленное рассогласование устраняется поворотом вокруг вертикальной оси на рассчитанный угол, и СП удерживается у азимута запуска токами компенсации.

На фиг. 1 приведена структурная схема ТГС ракеты, для которой применяется предлагаемый способ,

где XПYПZП - приборная система координат (ПСК);

XKYKZK - система координат, связанная с корпусом;

ГБ В, ГБ Р, ГБ Т - двухстепенные поплавковые интегрирующие гироскопы, расположенные по осям вращения (ось В), рыскания (ось Р) и тангажа (ось Т) соответственно;

X, Y, Z - акселерометры, расположенные по осям Р, В и Т соответственно;

ДК В, ДК Р, ДК Т - датчики команд, расположенные по осям В, Р и Т соответственно;

ДУ В, ДУ Р, ДУ Т - датчики углов, расположенные по осям В, Р и Т соответственно.

ТГС содержит СП, расположенную в трехосном кардановом подвесе с установленными на каждой из его осей датчиками углов (ДУ) и датчиками команд (ДК). На СП установлены три акселерометра и три двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопа таким образом, что образуют правые прямоугольные системы координат, параллельные осям ПСК. Гироскопы на оси прецессии имеют ДУ и ДМ, входящие в систему стабилизации СП и системы приведения и коррекции соответственно. Алгоритмы управления стабилизированной платформой реализуются вычислительным устройством.

На фиг. 2 показана взаимосвязь ПСК (XПYПZП) и стартовой системы координат (XCYCZC),

где NLE - система координат, связанная с Землей;

АЗ - азимут запуска;

ΔAЗ - отклонение оси ОХП от АЗ.

Предполагается, что корпус объекта, в котором установлена ИНС, находится в неподвижной относительно Земли точке старта и колеблется под действием внешних возмущений (например, перемещение верхней части ракеты-носителя на стартовом столе из-за порывов ветра), создавая таким образом линейные перемещения ИНС относительно Земли. Ось OYK объекта (фиг. 1) направлена вертикально с точностью до установки корпуса на стартовом столе, а оси ОХК и OZK перпендикулярны OYK и образуют вместе с ней систему координат, связанную с корпусом.

Системой грубого приведения - управляющими сигналами из бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) в ДК, установленные на рамах карданова подвеса, по информации ДУ осей Т и Р ТГС - СП и связанная с ней ПСК выставляется осями ОХП, OZП в плоскость горизонта с точностью до положения корпуса.

Включается система стабилизации - выходы датчиков углов прецессии ГБ Т, ГБ, Р и ГБ В через усилители системы стабилизации подключаются к входам ДК Т, ДК Р и ДК В ТГС соответственно.

Зная широту места испытаний, находят проекцию вертикальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ, и, зная калибровочные коэффициенты их трактов, в ДМ ГБ подают сигналы, компенсируя эту составляющую, а также собственные уходы всех гироскопов.

Аппроксимируя показания акселерометров X и Z на некотором интервале измерения (1-20 мин), например, методом наименьших квадратов, измеряют проекции вектора силы тяжести на их измерительные оси, вычисляют отклонения СП от плоскости горизонта (αх, αz) и некомпенсированные скорости поворота (,) относительно осей ОХП, OZП.

Согласно формулам (3) находят проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ тангажа ΩT и рыскания ΩР.

где , - скорости поворота СП относительно осей ОХП, OZП, реализуемые ДМ ГБ Р и Т соответственно;

ωдZ ωдX - независящие составляющие уходов ГБ Т и Р соответственно;

Ωв - вертикальная составляющая скорости вращения Земли;

Kz, Кх - калибровочные коэффициенты трактов ГБ Т и Р соответственно;

iz, ix - токи компенсации, подаваемые на соответствующие ДМ ГБ.

По формулам (4) находят азимут корпуса ТГС АТГС.

где ΩГ - горизонтальная составляющая скорости вращения Земли.

Далее проводят калибровку трактов акселерометров и гироскопов.

Для определения масштабного коэффициента акселерометра СП выставляется системой грубого приведения в положение, в котором измерительная ось акселерометра параллельна вектору силы тяжести, включается система стабилизации, в ДМ ГБ подаются токи компенсации собственных уходов ГБ и составляющих вектора скорости вращения Земли в этом положении, проводятся измерения и, зная величину ускорения свободного падения, производится вычисление.

Предполагается, что независящие (вызванные вредными моментами по оси прецессии гироскопа) составляющие уходов ГБ Т ωдZ и ГБ Р ωдХ и калибровочные коэффициенты трактов ДМ ГБ Т Kz и ДМ ГБ Р Кх известны заранее, но из-за нестабильности указанных параметров от запуска к запуску и для повышения точности выставки требуется их уточнение. Для этого предварительно отгоризонтированная СП выставляется последовательно в четыре положения с азимутом оси ОХП 0°, 90°, 180° и 270°. Выставка осуществляется заданием рассчитанных в БЦВМ сигналов в ДМ ГБ. После завершения выставки в ДМ ГБ подаются токи компенсации уходов СП. В каждом положении по формулам (3) вычисляются проекции ΩГ на оси ОХП, OZП (, , , ) и угловые скорости по тем же осям (, , , ). Затем по формулам (5) определяются отклонения ΔωдZ, ΔωдХ, ΔKZ, ΔКХ параметров от предварительно измеренных

где , - определенные ранее калибровочные коэффициенты.

СП выставляют в горизонт и, вычисляя из и информации датчика угла оси B ТГС текущий азимут A оси ОХП, ориентируют ось ОХП грубо на азимут запуска Аз. В ДМ ГБ подаются токи компенсации собственных уходов ГБ и составляющих вектора вращения Земли. Токи для компенсации горизонтальной составляющей вектора вращения Земли вычисляются по формулам (6)

По информации акселерометров уточняются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ Т и Р по формулам (3). Выполняется пересчет ΩT, ΩР на направления север-юг ΩN, запад-восток ΩE по формулам (7)

где Аз - азимут запуска, равный углу NOXС (фиг. 2).

Далее определяется отклонение оси ОХП от Аз по формуле (8)

Для обеспечения равенства текущего азимута оси ОХП заданному азимуту Аз выполняется поворот СП (задается соответствующий ток в ДМ ГБ В) относительно оси OYП на угол ΔАз и по окончании поворота - удержание СП в заданном положении токами компенсации уходов СП.

Предлагаемый способ предусматривает проведение следующих операций:

1. Грубое приведение осей ОХП и OZП в плоскость горизонта.

2. Включение системы стабилизации.

3. Подача токов компенсации уходов СП в ДМ ГБ.

4. Вычисление отклонения СП от плоскости горизонта и нескомпенсированных скоростей поворота СП относительно осей ОХП, OZП.

5. Вычисление проекций горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ Р и Т.

6. Грубое определение азимута корпуса ТГС.

7. Уточнение масштабных коэффициентов акселерометров.

8. Уточнение независящих составляющих уходов ГБ Р и Т и калибровочных коэффициентов их трактов путем выставки СП в четыре положения с азимутом оси ОХП 0°, 90°, 180°, 270°, компенсацией уходов СП и проведением измерений в этих положениях.

9. Выставка СП в плоскость горизонта и ориентация оси ОХП грубо на азимут запуска.

10. Подача в ДМ ГБ токов компенсации уходов СП и составляющих вектора вращения Земли.

11. Уточнение проекций горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ Р и Т и их пересчет на направления север-юг, запад-восток.

12. Определение отклонения оси ОХп от азимута запуска.

13. Поворот СП вокруг вертикальной оси для устранения рассчитанного отклонения и удержание СП токами компенсации у заданного положения.

Таким образом, предложен способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут, основанный на измерении видимых уходов СП, на которой установлены три акселерометра и три двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопа таким образом, что образуют правые прямоугольные системы координат, параллельные осям ПСК, расположенной в трехосном кардановом подвесе с установленными на каждой из его осей ДУ и ДК. Предложенный способ включает грубое приведение СП в плоскость горизонта, включение системы стабилизации и азимутальную ориентацию, основанную на измерении уходов СП акселерометрами.

Отличительная особенность заключается в том, что после включения системы стабилизации в ДМ ГБ подаются токи компенсации уходов СП, затем вычисляется отклонение СП от плоскости горизонта и некомпенсированные скорости поворота СП относительно осей ОХП и OZП, вычисляются проекции горизонтальной составляющей вектора скорости вращения Земли на ОЧ ГБ Р и Т, грубо определяется азимут корпуса ТГС, затем уточняются масштабные коэффициенты акселерометров, а также независящие составляющие уходов ГБ Р и Т и калибровочные коэффициенты их трактов путем выставки СП в четыре положения с азимутом 0°, 90°, 180° и 270°, компенсацией уходов СП и проведением измерений в этих положениях, после чего СП осью ОХП грубо выставляется на азимут запуска, в ДМ ГБ подаются токи компенсации собственных уходов ГБ и составляющих вектора вращения Земли, уточняются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на ОЧ ГБ Т и Р и производится их пересчет на направления север-юг, запад-восток, вычисляется рассогласование оси ОХП с азимутом запуска, вычисленное рассогласование устраняется поворотом вокруг вертикальной оси на рассчитанный угол, и СП удерживается у азимута запуска токами компенсации.

Техническим результатом применения предлагаемого способа является уменьшение погрешностей выставки СП ТГС в плоскость горизонта и на заданный азимут, обусловленных внешними возмущениями: ветром, морскими волнами, работой системы позиционирования морской платформы и др., и собственными уходами гироскопов, установленных на СП; исключаются угловые повороты СП от внешних возмущений, а для их фильтрации применяются простые методы аппроксимации.

Источники литературы

1. Патент RU 2272253 «Способ гирокомпасирования с применением гироскопического датчика угловой скорости при автономной и алгоритмической компенсации его дрейфа».

2. Патент RU 2509979 «Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся токам коррекции».

3. Назаров Б.И., Хлебников Г.А. Гиростабилизаторы ракет. М.: Воениздат, 1975. стр. 189-191.

Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут, включающий грубое приведение стабилизированной платформы (СП) трехосного гиростабилизатора (ТГС) в плоскость горизонта, включение системы стабилизации и азимутальную ориентацию, основанную на измерении уходов СП акселерометрами, отличающийся тем, что после включения системы стабилизации в датчики моментов (ДМ) двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопов (ГБ) системы стабилизации СП подаются токи компенсации уходов СП, затем вычисляется отклонение СП от плоскости горизонта и нескомпенсированные скорости поворота СП относительно осей ОХП и OZП, вычисляются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на оси чувствительности ГБ по осям рыскания (P) и тангажа (Т), грубо определяется азимут корпуса ТГС, затем уточняются масштабные коэффициенты акселерометров, составляющие уходов ГБ P и Т и калибровочные коэффициенты их трактов путем выставки СП в четыре положения с азимутом 0°, 90°, 180° и 270°, компенсацией уходов СП и проведением измерений в этих положениях, после чего СП осью ОХП грубо выставляется на азимут запуска, в ДМ ГБ подаются токи компенсации собственных уходов ГБ и составляющих вектора вращения Земли, уточняются проекции горизонтальной составляющей скорости вращения Земли на оси чувствительности ГБ Т и P и производится их пересчет на направления север-юг, запад-восток, вычисляется рассогласование оси ОХП с азимутом запуска, вычисленное рассогласование устраняется поворотом вокруг вертикальной оси на рассчитанный угол, и СП удерживается у азимута запуска токами компенсации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судовым системам ориентации и может найти применение в системах угловой ориентации устройств корабля с учетом статических и динамических деформаций корпуса корабля, а также ошибок установки систем на корабле.

Группа изобретений относится к установке и работе инерционных датчиков, таких как, например, датчики пространственного положения (гироскопы) или датчики движения (акселерометры) на борту транспортного средства.

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано в навигационных системах. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

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

Изобретение относится к системам автоматического регулирования, а конкретно к двухосным управляемым гиростабилизаторам оптической линии визирования, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и наведения линии визирования.

Способ коррекции дрейфа микромеханического гироскопа, используемого в системе дополненной реальности на движущемся объекте. Изобретение относится к области навигационного приборостроения.

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

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

Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока относится к области приборостроения и может быть использована для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для контроля гиростабилизированных платформ космического назначения. .
Наверх