Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости. Технический результат – обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

 

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для измерения навигационных параметров подвижных объектов.

Известен резонансный способ управления подвесом ротора ЭСГ (П.И. Малеев. Новые типы гироскопов // Л.: Судостроение, 1971, стр. 17). Элементами подвеса при этом являются емкость силового электрода и индуктивность катушки, которые образуют последовательный резонансный контур. При этом контур запитывается переменным синусоидальным напряжением с частотой, превышающей резонансную частоту резонансного контура. В случае увеличения расстояния от ротора до силового электрода уменьшается емкость силового электрода, возрастает резонансная частота контура, растет амплитуда переменного напряжения на силовом электроде, растет сила, действующая со стороны электрода на ротор, и ротор возвращается в первоначальное положение; таким образом, подвес ротора осуществляется автоматически.

Недостатком такого способа является малая точность поддержания положения ротора в подвесе, зависящая от величины добротности резонансного контура.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (П.И. Малеев. Новые типы гироскопов // Л.: Судостроение, 1971, стр. 15), согласно которому преобразуют смещение ротора из центра подвеса в постоянное напряжение, производят частотную коррекцию полученного напряжения для создания опережения по фазе, усиливают результат коррекции, затем складывают результат усиления с опорным напряжением. Результат сложения подают на один силовой электрод подвеса, также результат усиления вычитают из опорного напряжения и результат вычитания подают на другой силовой электрод подвеса.

Недостатком такого способа является наличие операций сложения и вычитания высоковольтных напряжений, которые подают на силовые электроды. Данные напряжения составляют по величине 1-2 кВ, что трудно реализовать на современной электронике.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (патент РФ №233899), взятый за прототип, согласно которому в начале процесса взвешивания ротора создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из осей подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое в процессе паузы подвергают частотной коррекции. Результат коррекции складывают с опорным напряжением, сумму опорного напряжения и напряжения управления усиливают и подают на силовой электрод подвеса. Одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, разность опорного напряжения и напряжения управления усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса. При взвешенном роторе после окончания временной паузы в частотную коррекцию добавляют операцию интегрирования.

Недостатком способа является малая точность гироскопа, обусловленная появлением в рабочем зазоре подвеса посторонних частиц, нарушением формы ротора. Появление посторонних частиц, нарушение формы ротора происходит при ударах ротора, расположенного произвольным образом в зазоре между силовыми электродами, об упоры при подаче в момент взвешивания на силовые электроды одновременно опорного напряжения и напряжения управления. При этом за счет неравномерного распределения зазоров между ротором и электродами сила, сформированная подвесом, имеет две явно выраженные составляющие:

- составляющую, направленную по вектору силы тяжести, превышающую вес ротора (перемещает ротор вдоль вектора тяжести, компенсируя его вес);

- составляющую, направленную перпендикулярно вектору силы тяжести. Под действием этой составляющей ротор перемещается в зазоре в горизонтальном направлении до механического контакта с упором. При этом часто за счет сил, образованных подвесом, и сил упругости, возникающих при механическом контакте, происходит кратковременное самовозбуждение подвеса, происходят множественные удары ротора об упоры. При ударах ротора об упоры в вакуумной камере гироскопа могут появляться посторонние частицы, отделившиеся как от ротора, так и от упоров. Кроме того, при ударах ротора по упорам нарушается форма ротора. Особенно в гироскопах с тонкостенным ротором. Наличие этих возмущающих факторов уменьшает точность гироскопа.

Заявляемое изобретение решает задачу совершенствования способа управления подвесом ЭСГ.

Техническим результатом заявляемого изобретения являются обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

Для решения поставленной задачи в способе управления подвесом ротора ЭСГ, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции. Результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса. Одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса. Введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора, гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости.

Работа устройства по предлагаемому способу происходит следующим образом. Гироскоп перед взвешиванием ротора устанавливают в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна. При этом ротор ложится на упоры, расположенные вокруг нижнего силового электрода, и располагается симметрично в зазоре силовых электродов, оси которых лежат в плоскости горизонта. Создают временную паузу, в течение которой на силовые электроды подается только опорное напряжение. Со стороны подвеса формируется сила, определяемая величиной зазоров между ротором и силовыми электродами. По вертикальной оси подвеса на ротор действует составляющая силы, прижимающая его к упорам нижнего силового электрода, так как зазор между нижним электродом и ротором минимален. Составляющая силы со стороны электродов, оси которых расположены в плоскости горизонта, вследствие центрирования ротора в зазоре равна (близка) нулю. После окончания временной паузы начинается процесс взвешивания ротора. При этом измеряют смещение ротора из центра подвеса по каждой оси. Преобразуют это смещение в напряжение управления. Затем осуществляют частотную коррекцию измеренного напряжения. Результат частотной коррекции после окончания временной паузы складывают с опорным напряжением одного силового электрода и вычитают из опорного напряжения другого (противоположного) силового электрода. При этом сила, сформированная опорными напряжениями на силовых электродах вертикальной оси подвеса во время паузы, начинает плавно изменяться, поднимая ротор с нижнего электрода до центра подвеса. По другим осям ротор остается практически неподвижен вследствие того, что был отцентрирован во время паузы. В результате суммарная составляющая сил, перемещающая ротор в горизонтальном положении и являющаяся причиной появления процесса самовозбуждения, равна нулю. Удары ротора об упоры при взвешивании отсутствуют, что обеспечивает сохранность его формы, исключает вероятность образования и попадания в рабочий зазор посторонних частиц.

Таким образом, поставленная цель достигнута.

На предприятии предлагаемый способ экспериментально проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого технического решения при производстве гироскопов с электростатическим подвесом ротора.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, отличающийся тем, что перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазорах между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации и навигации подвижных объектов (самолет, корабль, автомобиль), в инклинометрах (для подземной навигации) и других устройствах, где требуется информация об угловых скоростях, получаемая с помощью микромеханического гироскопа.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления различных подвижных объектов. Предложенный электростатический гироскоп содержит ротор, основной статор с поддерживающими электродами на цилиндрической рабочей поверхности, два дополнительных статора с электродами и привод вращения ротора, ротор выполнен в виде кольца со сферической наружной (внешней) поверхностью, дополнительные статоры, прилегающие к основному центральному статору, выполнены с электродами на сферических рабочих поверхностях или на конических поверхностях, касательных к сферической поверхности ротора, а привод вращения ротора выполнен в виде обращенного статора с обмотками и внешней рабочей поверхностью, расположенной напротив внутренней цилиндрической поверхности кольца ротора.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления подвижными объектами (ПО). Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией дополнительно содержит измерительные цепочки, электроды, фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), сумматоры, масштабирующие элементы.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в неконтактных гироскопах, акселерометрах и магнитных подшипниках. Предложенный неконтактный подвес ротора содержит пары диаметрально противоположно расположенных поддерживающих ротор элементов в виде электромагнитов или электродов, подключенных к выходам фазоинвертора, вход которого соединен с источником переменного напряжения, и один общий настроечный элемент в виде конденсатора или катушки индуктивности, примененный для каждой пары поддерживающих элементов и включенный между общей точкой соединения пары поддерживающих элементов и общей точкой фазоинвертора.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптической системой съема информации об угловом положении оси ротора относительно корпуса.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах.
Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов.
Изобретение относится к гироскопической технике, а именно, к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в составе навигационных комплексов. .

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Сущность изобретения заключается в том, что способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа дополнительно содержит этапы, на которых после раскрутки ротора до рабочей частоты вращения величину начального напряжения на электродах устанавливают равной нулю, а приращение напряжения подают только на электрод подвеса, от которого удаляется ротор, кроме того, для создания момента сил, стабилизирующих вращение ротора на рабочей частоте, коэффициент усиления К1 напряжения, пропорционального смещению по осям подвеса, увеличивают на величину ΔK где ΔK - коэффициент увеличения коэффициента К1;U0 - начальное напряжение на электродах подвеса до раскрутки ротора;Um - амплитуда переменной составляющей приращения напряжения до установки значения начального напряжения равного нулю. Технический результат – повышение точности ЭСГ.

Использование: для производства криогенных гироскопов со сферическим ротором. Сущность изобретения заключается в том, что криогенный гироскоп содержит герметичный корпус, сферический ротор, выполненный из сверхпроводящего материала, комбинированный подвес ротора, включающий систему сверхпроводящих экранов, установленных в корпусе попарно вдоль осей подвеса с противоположных сторон ротора и формирующих магнитное поле в рабочем зазоре подвеса, рабочая поверхность каждого из сверхпроводящих формирующих экранов, обращенная к ротору, выполнена в виде профилированной части сферы и образует со сферической поверхностью ротора переменный рабочий зазор, обеспечивающий равномерную плотность магнитного потока в зазоре, катушки возбуждения магнитного подвеса, установленные над экранами, схему управления магнитным подвесом, формирующую токи, протекающие в катушках возбуждения, схему управления электростатическим подвесом, формирующую электрический потенциал на поверхности сверхпроводящих формирующих экранов, на профилированную рабочую поверхность каждого сверхпроводящего формирующего экрана установлен дополнительный экран, имеющий электрический контакт со сверхпроводящим формирующим экраном из материала, не обладающего сверхпроводящими свойствами, рабочая поверхность которого выполнена в виде части сферы и образует со сферической поверхностью ротора равномерный зазор, что обеспечивает равномерность плотности электрических сил в зазоре. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности криогенного гироскопа. 2 ил.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов. Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости. Технический результат – обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

Наверх