Гировертикаль

 

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах инерциального управления объектами. Цель изобретения - повышение точности определения вертикали. Гировертикаль содержит ротор 1 гироскопа в двухосном кардановом подвесе, датчик углового положения ротора гироскопа 12, усилители 17, 18, разгрузочные двигатели 13, 14, фазочувствительные демодуляторы 15, 16, формирователь опорных сигналов 7. Ротор 1 гироскопа выполнен с неравными экваториальными моментами инерции и закреплен на оси вращения 4 с помощью двух пар непересекающихся торсионов 2, 3, проекции осей которых на экваториальную плоскость ротора 1 составляют с его главными экваториальными осями угол 45^o. Датчик углового положения ротора гироскопа 12 соединен с усилителями 17, 18 через фазочувствительные демодуляторы 15, 16, вторые входы которых соединены с выходами формирователя опорных сигналов 7, а выходы усилителей соединены с разгрузочными двигателями 13, 14 по осям подвеса. 3 ил.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах инерциального управления движущимися объектами. Известны гировертикали (ГВ), содержащие гироскопы, маятники, усилители, разгрузочные двигатели. Недостатком известных ГВ является низкая точность, обусловленная формированием полезной информации (отклонения маятников) и управлением (приложение корректирующих моментов) на нулевой частоте на фоне большого уровня амплитудных помех. Известна принятая за прототип ГВ, содержащая гироскопы, маятники, усилители, разгрузочные двигатели. Недостатком известной ГВ является низкая точность, обусловленная высоким уровнем амплитудных помех при формировании полезных сигналов маятников и гироскопов на нулевой частоте. Целью изобретения является повышение точности определения вертикали. Поставленная цель достигается тем, что в ГВ дополнительно введены формирователь опорных сигналов (ФОС) и два фазочувствительных демодулятора (ФД), а ротор гироскопа выполнен с неравными главными экваториальными моментами инерции и закреплен на оси вращения с помощью двух пар вновь введенных непересекающихся торсионов, проекции осей которых на экваториальную плоскость ротора составляют с его главными экваториальными осями угол 45^о, при этом датчик углового положения ротора гироскопа соединен с усилителями через фазочувствительные демодуляторы, вторые входы которых соединены с выходами формирователя опорных сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что в результате модуляции проекция силы тяжести на ось чувствительности маятника формируется маятниковый момент не на нулевой, а на двойной частоте вращения ротора 2 Ω, что делает маятник невосприимчивым к помехам на нулевой частоте. Ротор гироскопа также не реагирует на моменты нулевой частоты, так как его подвес настроен в резонанс на частоте 2 Ω. А поскольку уровень возрастания значительно меньше на частоте 2 Ω чем на нулевой частоте (вследствие существенного уменьшения помех с ростом частоты модуляции), то существенно увеличивается точность определения вертикали. Функцию маятника в изобретении выполняет сам ротор с упругим подвесом, причем маятниковость ротора на частоте 2 Ω в сочетании с конфигурацией ротора и его упругого подвеса (в отличие от всех известных маятников) непосредственно обеспечивает радиальную коррекцию главной оси гироскопа (движение вектора скорости собственного вращения ротора к вертикали по кратчайшему пути). На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 схема расположения торсионов при горизонтальном расположении вектора ; на фиг.3 графики прикладываемых к ротору моментов за один оборот ротора. Устройство содержит ротор 1 динамически настраиваемого гироскопа (ЛНГ), укрепленный с помощью двух пар торсионов 2,3 на главной оси 4 (оси вала), установленной с помощью подшипников 5 на платформе 6. Платформа с использованием карданного подвеса укреплена в основании. Формирователь опорных сигналов (ФОС) 7 содержит диск 8 с четырьмя постоянными магнитами (ПМ) 9 противоположной полярности, равномерно расположенными по окружности диска. Диск установлен на главной оси 4. В состав ФОС входят также две считывающие головки (СГ) 10,11 с углом 45^о между их осями. СГ 10,11 укреплены на платформе 6 соответственно ПМ. Соответственно ротору 1 на платформе установлен датчик углового положения ротора (ДУПР) 12. По осям карданного подвеса укреплены разгрузочные двигатели (РД) 13,14. В основании установлены фазочувствительные демодуляторы (ФД) 15,16, усилители 17,18. Ротор выполнен с неравными главными экваториальными моментами инерции относительно его собственных осей Y,Z. Оси упругих торсионов 2,3 не пересекаются (О₁О₂ а ≠ 0) в направлении главной оси. Центр масс ротора S расположен в центре подвеса SO₁=SO₂= Главные экваториальные оси ротора Y,Z составляют угол 45^о с проекциями осей торсионов 2,3 на экваториальную плоскость ротора. ДУПР 12 подключен к первым входам ФД 15,16, вторые входы которых соединены с выходами СГ 11,10, а выходы ФД 15,16 через соответствующие усилители 17,18 подключены к входам РД 13,14. Работа устройства происходит следующим образом. Главная ось 4 (вместе с ротором 1) приводится во вращение со скоростью динамической настройки Ω от двигателя, не показанного на чертеже. При этом ПМ 9, проходя под СГ 10,11, генерирует в них опорные импульсы, изменяющиеся по законам sin 2 Ω t и cos 2 Ω t соответственно и поступающие на вторые входы ФД 16,15. Динамическая настройка гироскопа осуществлена на частоте 2 Ω. При наличии возмущающих моментов, прикладываемых к платформе вокруг осей РД 14,13, вследствие угловых скоростей платформы возникают колебания ротора 1 (из-за неравенства его экваториальных моментов инерции) на частоте 2 Ω, изменяющиеся соответственно по законам sin2 Ω t и cos2 Ω t. Эти колебания измеряются ДУПР 12. Выходной сигнал ДУПР 12, изменяющийся по законам sin2 Ω t и cos2 Ω t, поступает на первые входы ФД 16,15, осуществляющихся с помощью опорных сигналов СГ 10,11 фазочувствительное детектирование сигналов, пришедших на их первые выходы, и подачу детектированных сигналов через усилители 18,17 на РД 14,13, которые парируют прикладываемые к платформе возмущающие моменты. При отклонении главной оси 4 от вертикали ОВ на угол β 90^о, поскольку упругие оси торсионов 2,3 не пересекаются (а ≠ 0, см.фиг.2), то сила тяжести Р ma, где m масса ротора, а ускорение силы тяжести, обуславливает приложение к ротору маятниковых моментов относительно осей торсионов 2,3. Проекция силы тяжести на плоскость чувствительности гироскопа, т.е. плоскость, ортогональную вектору , (фиг.2) обуславливает появление приложенных к ротору вертикальных составляющих маятникового момента М₁^В,М₂^В. График 19 изменения вертикальной составляющей маятникового момента М₁^В (фиг.3), приложенного к ротору и обусловленного смещением центра масс S ротора на величину а/2 относительно оси торсионов 2 при повороте ротора на один оборот вокруг главной оси, представляет собой кривую, изменяющуюся с частотой 2 Ω, при этом максимальная величина момента М^B_1max maq/2. Аналогичный вид имеет график 20 изменения вертикальной составляющей маятникового момента М₂^В, обусловленного смещением центра масс на величину а/2 относительно оси торсионов 3, при этом максимальная величина момента на частоте 2 Ω составляет М^B_2max maq/2. Поскольку графики 19,20 синфазны, то суммарный момент М_р^В= М₁^В + М₂^В, приложенный к ротору вокруг вертикали (кривая 21), также изменяется с двойной частотой вращения ротора, а его максимальная величина М^B_рmax maq. Таким образом, вследствие непересечения а ≠ 0 к ротору вокруг вертикали прикладывается маятниковый момент, изменяющийся с частотой 2 Ω. Парирование этого момента в соответствии с изобретением осуществляется вращением платформы 6 с угловой скоростью вокруг горизонтальной оси. Парирующий момент (кривая 22 на фиг.3) равен по абсолютной величине моменту М_р^В и противоположен по фазе, а максимальная величина его M^B_cmax (J_y J_z) Ω ω, где Jy,Jz главные экваториальные моменты инерции ротора (J_y ≠ J_z). Как показано на фиг.2, вследствие вращения платформы с угловой скоростью вершина вектора (точка С) двигается к вертикали по кратчайшей траектории 23. Обработка информации в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом. При отклонении главной оси 4 от вертикали на углах α, β вокруг осей карданного подвеса (фиг.1) проекция силы тяжести а плоскость чувствительности гироскопа приводит к появлению момента М_р^В, прикладываемого к ротору и изменяющегося с частотой 2Ω причем М_р^В имеет две квадратурные (изменяющиеся по законам sin2 Ω t и cos2 Ω t) составляющие, амплитуды которых пропорциональны углам α и β соответственно. Момент М_р^В приводит к резонансным колебаниям ротора на частоте 2 Ω, которые изменяются с помощью ДУПР 12. Выходной сигнал ДУПР 12 поступает на первые входы ФД 16,15 на вторые входы которых поданы опорные сигналы sin2 Ω t и cos2 Ω t с выходов СГ 10,11. ФД 16,15 производят фазочувствительное выпрямление сигналов, поданных на их первые входы. В результате с выходов ФД 16,15 через усилители 18,17 на входы РД 14,13 поступают управляющие сигналы по постоянному току, пропорциональные углам α и β РД 13,14 вращают платформу до обнуления выходных сигналов ФД, тем самым до совмещения главной оси 4 с вертикалью. По положению главной оси судят о вертикали.

Формула изобретения

Гировертикаль, содержащая гироскоп в двухосном кардановом подвесе, датчик углового положения ротора гироскопа, усилители, соединенные выходами с разгрузочными двигателями по осям подвеса, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, в нее дополнительно введены формирователь опорных сигналов и два фазочувствительных демодулятора, а ротор гироскопа выполнен с неравными главными экваториальными моментами инерции и закреплен на оси вращения с помощью двух пар вновь введенных непересекающихся торсионов, проекции осей которых на экваториальную плоскость ротора составляют с его главными экваториальными осями угол 45^o, при этом датчик углового положения ротора гироскопа соединен с усилителями через фазочувствительные демодуляторы, вторые входы которых соединены с выходами формирователя опорных сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 2-2002

Извещение опубликовано: 20.01.2002        

---