Гирокомпас

 

Изобретение относится к морскому приборостроению и может использоваться в системах навигации подвижных объектов для определения курса. Цель изобретения - повышение точности гирокомпаса при упрощении его функциональной схемы, Динамически настраиваемый гироскоп 1 с датчиками момента 2 и 3 и датчиками угла 4 и 5 и акселерометр 13 расположены на платформе 6, которая по двум осям стабилизирована с помощью блоков 7 и 8 формирования сигнала стабилизации и двигателей стабилизации 9 и 10 по сигналам соответствующих датчиков углов гироскопа, а по третьей оси - с помощью дополнительной рамы подвеса 11 со смещенным центром тяжести и демпфера 13. Блок 14 формирования управляющих и корректирующих сигналов по информации с акселерометра , датчик курса 16, а также измерителей широты места и курса объекта осуществляет управление и коррекцию гирокомпаса подачей сигналов на датчики момента 4 и 5 гироскопа. В случае действия качки или постоянных наклонов объекта вокруг оси вращения ротора гироскопа рама со смещенным центром тяжести и демпфер осуществляют маятниковую стабилизацию платформы вокруг названной оси, что в конечном итоге уменьшает погрешности гирокомпаса , вызванные качкой или постоянными наклонами объекта. 1 ил, Ю С го о о о ел Jb, ю о

(я)5 G 01 С 19/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

6 с

О

О (Л

° Ь

Комитет Российской Федерации по патентам и товарнымзнакам (21) 5009785/22 (22) 20.11.91 (46) 07.09.93. Бюл. М 33-36 (71) Киевский завод автоматики им.Г.И,Петровского (72) Аврутов B.B.. Збруцкий А.B., Дедок И.А., Шемелин А,В„Андрущик В,П., Старицкий

Л.П. (73) Киевский завод автоматики им.Г,И.Петровского (54) ГИРОКОМПАС (57) Изобретение относится к морскому приборостроению и может использоваться в си- . стемах навигации подвижных объектов для определения курса, Цель изобретения — повышение точности гирокомпаса при упрощении его функциональной схемы.

Динамически настраиваемый гироскоп 1 с датчиками момента 2 и 3 и датчиками угла 4 и 5 и акселерометр 13 расположены на платформе 6, которая по двум осям стабилизид h

„„Я Ц „„2000542 С рована с помощью блоков 7 и 8 формирования сигнала стабилизации и двигателей стабилизации 9 и 10 по сигналам соответствующих датчиков углов гироскопа, а по третьей оси — с помощью дополнительной рамы подвеса 11 со смещенным центром тяжести и демпфера 13. Блок 14 формирования управляющих и корректирующих сигналов по информации с акселерометра, датчик курса 16, а также измерителей широты места и курса объекта осуществляет управление и коррекцию гирокомпаса подачей сигналов на датчики момента 4 и 5 гироскопа. В случае действия качки или постоянных наклонов объекта вокруг оси вращения ротора гироскопа рама со смещенным центром тяжести и демпфер осуществляют маятниковую стабилизацию платформы вокруг назВанной оси, что в конечном итоге уменьшает погрешности гирокомпаса, вызванные качкой или постоянными наклонами объекта. 1 ил, 2000542

Изобретение относится к морскому приборостроению и может использоваться в системах навигации подвижных объектов для определения курса.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является гирокомпас Robertson SKR-80, построенный на индикаторном гиростабилизаторе, использующем динамически настраиваемый гироскоп. Чувствительный элемент данного прибора расположен на платформе с двухосным кардановым подвесом, стабилизируемым двигателями стабилизации, расположенными в цапфах карадановых рам, по сигналам датчиков углов динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ), Управление положением ротора гироскопа осуществляется датчиками моментов ДНГ по сигналам двух акселерометров, расположенных взаимно перпендикулярно на платформе, и внешней информации о скорости, широте и текущем курсе объекта. Первый акселерометр расположен так, что его ось чувствительности параллельно главной оси гироскопа, Второй акселерометр является датчиком угла наклона платформы вокруг оси вращения ротора ДНГ, Недостатком известного гирокомпаса является появление значительных погрешностей, вызванных двухосной схемой карданового подвеса платформы при постоянных наклонах основания и качке объекта. Такими погрешностями являются: методическая погрешность, вызванная наклоном основания вокруг оси вращения ротора гироскопа ba = %gp, где y — угол постоянного наклона основания. p — широта места: — кардановая погрешность; систематическая погрешность, вызванная качкой объекта;

Ф

<й) =- — <й)1с)$6ОО

Ч где v — угловая скорость вращения земли, у» — угол качки; — погрешности, вызванные дрейфами ДНГ, которые зависят от ускорения.

Для алгоритмической компенсации данных погрешностей контуром компенсации служит информация второго акселерометра. Попытка компенсировать систематические погрешности, вызванные качкой объекта, приводят к усложнению контура компенсации, Однако испытания гирокомпаса SKR-80 на стенде Скорсби показали, что прибор имеет значительные систематически погрешности (1-1,20) н а и н т е ркардинальных и главн.ix румбах.

Для устранения указанных недостатков прототипа в гирокомпас, содержащий диня5

55 мически настраиваемый тироскоп с двумA датчиками моментов и двумя датчиками угля, расположенный ня платформе в кардановом подвесе, стабилизируемом относительно двух осей подвеса с помощью двух блоков формирования сигналов стабилизации и двух двигателей стабилизации по сигналам соответствующих датчиков углов гироскопа, а также акселерометр, ось чувствительности которого параллельна главной оси гироскопа, датчик курса и блок фортлирования управляющих и корректирующих сигналов. первый вход которого соединен с выходом второго акселерометра, второй вход — с выходом датчика курса, а третий и четвертый входы — с источниками информации о широте места и скорости объекта, выходы блока формулирования управляющих и корректирующих сигналов соединены с датчиками момента гироскопа, введена дополнительная рама подвеса со смещенным вниз центром тяжести для обеспечения маятниковой стабилизации платформы относител ьно третьей оси подвеса. совпадающей с осью вращения ротора гироскопа. Для успокоения угловых колебаний вокруг этой оси введен демпфер.

Введение маятниковой стабилизации платформы вокруг оси вращения ротора гироскопа позволяет уменьшить угол у,, наклона платформы относительно данной оси.

Как следует из перечисленных выше выражений погрешностей гирокомпаса, вызванных постоянными и переменными наклонами по углу у, введение дополнительной рамы подвеса уменьшает эти погрешности. Следовательно, отсутствует необходимость в их алгоритмической компенсации и, как следствие, не необходимости в наличии датчика наклонов, которым является второй акселерометр у прототипа.

Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой гирокомпаса на чертеже.

Гирокомпас содержит динамически настраиваемый гироскоп 1 с датчиками мо лента 2 и 3 и датчиками углов 4 и 5, измеряющими отклонение ротора гироскопа относительно его корпуса. Гироскоп расположен на платформе 6 в трехосном кардансвом подвесе, стабилизированном по двух осям блоками 7 и 8 формирования сигналов стабилизации и двигателями стабилизации 9 и 10, расположенными в двух цапфах карданова подвеса, по сигналам соответствующих датчиков угла гироскопа, а по третьей оси стабилизироваHHûM дополнительной рамой подвеся 11 со смещенным вниз центром тяжести nò ° .nт .лт,нр pcи ерлц(еtt(1(t рлк1и, Дел(пфер 12. рлсположенt3 ы il (3 цл пфBх пОдеесл рлк1и. демпфl(p",ст кспебания длн>(ай рамы. Г1а платформе размещен лксеперсме,р 13, >(еляю((»1йся длтчико»IBv>10>IB платформы от«ос IT0> ьно плоскости горизо((та. Акселерометр 0(IBBB(3 с блока(1 14 формирования уг(раеля агцих il корректирующ(1х сигналов, в который поступает, кр0ме того, информация о скорости

ОбЬЕкта, ЕГО ШИратЕ МЕСта И тЕКущЕМ КурCÅ.

Блок 14 формирует управляющие и корректирующие с(1гнлл(,>, который поступают нл дзтчики момента гироскопа. HB корпусе прибора 15 расположен датчик курса 16, подвижная часть которого сеяsлHà с вертикальной осью вращения карданова ((одвсс(3, внешняя рама которого является указателем меридиана

Гирокомпас рлботает спедующим обрлзом. При отклонеtt(1«0cv гирокомпаса от меридиана на какай-то угол а у гироскопа

1, установленного на платформе б, главная ось нач(1!3Båт отvë0няTüся ат гари30нтлльной плоскости со скоростью Vcos p sin а, При наклоне оси кинематичсского v0(let(TB гироскопа относительно платформы возникает сигнал датчика угла 4, который поступает на блок 7 формирования и стабилизации, а затем на двигатель стабилизации 9. Последний разворачивает платформу до тех пор, пока не исчезнет угловое рассогласование между осью гироскопа и платформой. В результате платформа отлеживает наклон гироскопа относительно оси вращения, а сигнал акселерометра 13, пропорциональный углу наклона платформы над плоскостью горизонта, поступает в блок

14 формирования управляющих и корректирующих сигнллое, где формируются сигналы управления в датчики момента гироскопа 2 и 3. Последние создают прецессионное движение гироскопа по азимуту, ((апрлвленное к меридиану, а по высоте — к плоскости горизонта. Широтная и скоростная коррекция формируется в блоке 14 по информации о скорости объекта V, его широте и курсе К, Так, азимутальная коррекция создает прецессию со скоростью Vsin ч

p+ — siI3K(g р, где R — радиус Земли.

Горизонтальная коррекция создает прецесv сию со скоростью — cosl . Возника(ощее

R угловое рассогласование между осью гироскопа и карданоеым подвесом платформы устраняется двигателями стабилизации 9 >и

10 по сигналам датчиков угла гироскопа 4 и

5 и блоков 7 и 8. Дпя стлбилизаци:1 платформы относитепt >Iî с-..и ера(цения ротора ги5

55 роска(1л ы(.>3альзуется $(t>1(3>lt>(11(, 3ьнлч г>лм,3

II 0ä(30ñ;3 1 1 00 ск1РЦ((.н н((м (3 (3(13 03 ((etc(ITPль

>(с> оси «ращения центрам TRжести,,((ля ус(3окс..lt(1(1 KO>I;„ áBII(1й jjппапнитсльнîll рамы (1спальзустся демпфер 12. Таки>1 0(>р;3зом. (3СР LI: 3 "Iht(B>3 PBМ-.3 KBPjlBII0 >3B ".30+(3eCB Oт с;:ежиелет движение оси гироскопа я азимуТ0 и я(3>IBåòñë указателем меридиана, а д 3гчик 16 является датчиком курса.-В случае дей-TB1я качки динамику введенной рамы с0! с((сщенным центром тяжести и демпфср3м можно рассматривать как реакцию (0

3(с(>лтельного звенз на переменное (3азд .;йствие, которым является угол качки.

О (ееидно, что B результате воздействия ма;.3 ILlкоеыи стабилизации угол íлклонл плàT фар 1ы тем меньше. чем выше частота качки.

При постоянном наклоне обьекта вокруг Oc(1 кинематического момента гироскопл введенная рама парирует данный наклон с погрешностью из-за зоны застоя, еизеанI 0l1 трением в осях подвесе рамы. Однако дл IIIBB погрешность знлчительно меньше, чем погрешность Жк =- ) gp .

Кроме того, благодаря введению дополнительной рамы со смещенным центром тяжести упрощается функциональная схема гирокомпаса, так как отсутствует необходимость второго акселерометра и алгоритмической компенсации наклонов объекта вокруг оси вращения гироскопа, Таким образом, достигается повышение точности гирокомпаса при качке и постоянных наклонах основания и упрощение

pã0 функциональной схемы.

Формула изобретения

Гирокомпас. содержащий платформу в клрдановом подвесе, динамически настраиваемый гироскоп с двумя датчиками угла и дьумя датчиками момента и акселерометр, расположенные на платформе. два двигателя стабилизации, установленные по осям карданова подвеса, датчик курса. два блока формирования сигнала стабилизации и блок формирования управляющих и корректирующих сигналов, при этом ось чувствительности акселерометра параллельна главной оси гироскопа, выходы датчиков угла гироскопа соединены через соответствующие блоки форм(рования стабилизации с соответствую(ци(1(1 двигателями стабилизации, выход акселерометра соединен с первым входом блока формирования управляющих и корректиру(ощих сигналов, с вторым входом которого соединен выход датчика курса, третий и четвертый входы блока форм(1рования управляющих и корректирующих сигналов соединены с источниками сигналов о (((и(3оте места и скорости обьектл л выходы бл(va формирования упраеляк3ших ll кор2000542

Составитель А, Терехов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М. Ткач

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3076

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ректирующих сигналов соединены с датчиками момента гироскопа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в него введены дополнительная рама подвесв и демпфер, установленный по ее оси, при этом ось дополнительной рамы совпадает с осью вращения ротора гироскопа. а центр тяжести дополнительной рамы смещен вниз относительно центра подвеса.