Способ определения и компенсации ухода трехосного гиростабилизатора

 

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано в системах управления подвижных объектов. Цель изобретения - повышение точности способа. В способе осуществляется непрерывное определение ухода гиростабилизированной платформы с помощью информации об углах прецессии гиростабилизатора, в результате чего непрерывно учитываются изменения возмущающих моментов по осям прецессии гироскопов, вызывающих инструментальный и динамический уход гиростабилизатора. 8 ил.

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано в системах управления подвижных объектов.

Известен способ определения и компенсации ухода трехосного гиростабилизатора, включающий определение и компенсацию скорости динамического дрейфа гиростабилизатора по сигналам, пропорциональным углам прецессии.

Недостатком известного способа является его малая точность, вызванная отсутствием компенсации возмущающих моментов вокруг осей прецессии гироскопов, вызывающих инструментальный уход платформы.

Целью изобретения является повышение точности способа.

Цель достигается тем, что в известном способе через заданные промежутки времени создают вокруг осей стабилизации гиростабилизатора дополнительные моменты сил вязкого трения на время, достаточное для завершения переходных процессов в гиростабилизаторе, фиксируют при приложении дополнительных моментов сил вязкого трения в начале установившегося движения гиростабилизатора значения углов прецессии, выделяют систематические и периодические составляющие сигналов, определяют скорости изменения углов стабилизации по приращениям систематических составляющих в момент завершения переходных процессов, определяют проекции на оси приборной системы координат скорости инструментального ухода гиростабилизатора, определяют скорости измерения углов стабилизации по периодическим составляющим, определяют проекции на оси приборной системы координат скорости динамического ухода, значения проекций скоростей инструментального ухода суммируют с соответствующими значениями проекций скоростей динамического ухода, суммарные значения проекций скоростей ухода компенсируют путем учета при расчете вектора кажущейся скорости летательного аппарата или подачей сигналов, пропорциональных возмущающим моментам, вызывающим динамический и инструментальный уход, с обратным знаком на датчики моментов гироблоков.

Для компенсации суммарного ухода путем использования моментных датчиков гироблоков с помощью приращений систематических составляющих сигналов, пропорциональных углам прецессии, и полученных с их помощью скоростей изменения углов стабилизации определяют возмущающие моменты, действующие вокруг своей прецессии и вызывающие инструментальный уход. С помощью периодических составляющих сигналов, пропорциональных углам прецессии, и полученных с их помощью скоростей изменения углов стабилизации определяют возмущающие моменты, действующие вокруг осей прецессии и вызывающие динамический уход. Значения моментов, вызывающих инструментальный уход, аппроксимируют и суммируют со значениями моментов, вызывающих динамический уход.

С помощью суммарного значения возмущающих моментов формируют сигналы, которые подают с обратным знаком на моментные датчики гироблоков.

В данном техническом решении состав сигнала с ДУП изменяется за счет увеличения удельного момента вязкого трения вокруг осей стабилизации путем включения установленных на осях стабилизации (на осях карданова подвеса) специальных демпферов на небольшое время периодически, в силу чего сигналы с ДУП во время включения демпфера содержат соизмеримые составляющие, пропорциональные возмущающим моментам и вокруг осей прецессии, и вокруг осей стабилизации.

Сигналы с ДУП подвергаются обработке с целью разделения сигналов на систематические и периодические составляющие с помощью фильтров низкой и высокой частоты соответственно с фиксированием приращения систематической составляющей в результате включения демпферов.

Помимо определения динамического ухода (дрейфа), путем вычисления нелинейных гироскопических моментов, действующих вокруг осей прецессии, определяется инструментальный уход путем вычисления инструментальных возмущающих моментов вокруг осей прецессии.

В известном способе соотношение между углами прецессии и стабилизации вычисляется с помощью уравнений прецессии, в заявленном техническом решении с помощью уравнений и прецессии и стабилизации.

Уравнения прецессии в прототипе не учитывают произвольное расположение гироблоков на платформе, в заявляемом техническом решении уравнения прецессии (как и уравнения стабилизации) учитывают произвольное расположение гироскопов на платформе (углы μ и μ_l).

В изобретении предусмотрено сглаживание сигнала во время вычисления производных, то есть дифференцирования сигналов, представленных в вычислителе в дискретной форме.

Создание дополнительных моментов сил вязкого трения вокруг осей стабилизации синхронизируют с определением скорости изменения углов стабилизации путем использования приращений систематических соответствующих сигналов, пропорциональных УП, с определением инструментального ухода или определением возмущающих моментов, вызывающих инструментальный уход, с суммированием инструментального и динамического ухода или суммированием моментов, вызывающих инструментальный и динамический уход.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема ТГС.

Схема содержит платформу 1 в трехосном карданном подвесе, гироблоки 2 4, датчики 5 7 моментов, командные датчики 8 10, двигатели 11 13 разгрузки, датчики 14 16 углов прецессии, синусно-косинусный трансформатор 17, усилительно-корректирующие блоки 18 20, демпферы 21 23 и синхронизирующее устройство 24.

На фиг. 2 изображена блок-схема вычислителя, определяющего скорость ухода ТГС. Блоки 14 16 являются датчиками углов прецессии, блок 25 фильтром низкой частоты, блок 26 фильтром высокой частоты, блок 27 определяет углы стабилизации, связанные с возмущающими моментами вокруг осей стабилизации, блок 28 определяет величину динамического ухода, блок 29 определяет углы стабилизации, связанные с возмущающими моментами вокруг осей прецессии, блок 30 скорость инструментального ухода, блок 31 аппроксимирует скорость инструментального ухода и суммирует с динамическим уходом, блок 32 производит вычисление ВКС, компенсируя уходы ТГС, блок 24 синхронизирует работу блоков 29 31.

На фиг. 3 изображена блок-схема вычислителя, определяющего сигналы, пропорциональные возмущающим моментам вокруг осей прецессии.

Блок 33 определяет возмущающие моменты, вызывающие динамический уход, блок 34 возмущающие моменты, вызывающие инструментальный уход, блок 35 аппроксимирует моменты, вызывающие инструментальный уход, и суммирует их с моментами, вызывающими динамический уход, блок 36 формирует сигналы, пропорциональные суммарным возмущающим моментам.

На фиг. 4 изображена структурная схема блока 27; на фиг. 5 то же, блока 33; на фиг. 6 то же, блока 29 (для астатической СС); на фиг. 7 то же, блока 34.

На фиг. 8 графически проиллюстрирована операция дифференцирования дискретного сигнала с эффектом сглаживания, где x_i+1 последнее значение дифференцируемого сигнала; x_i значение сигнала, отстоящего на два шага; x_i-1 значение сигнала, отстоящего на шаг; x_i-2 значение сигнала, отстоящего на три шага; x_i^в последнее вычисленное значение; x_i-1^в вычисленное значение, отстоящее на шаг от последнего.

Предлагаемый способ определения и компенсации ухода ТГС может быть реализован с помощью дискретного спецвычислителя. Он может осуществлять функции включения и выключения демпферов, фильтрации сигналов с ДУП, вычисление углов стабилизации по углам прецессии с помощью алгоритмов, построенных из уравнений прецессии и стабилизации, вычисление инструментального и динамического ухода, вычисление возмущающих моментов вокруг осей прецессии гироблоков, экстраполяцию инструментального ухода и суммирование его с динамическим уходом. Спецвычислитель должен иметь связь с датчиками угла прецессии, с датчиками моментов или с БЦВМ, которая производит вычисление вектора кажущейся скорости аппарата с учетом ухода платформы. Размещение алгоритмов спецвычислителя в БЦВМ нецелесообразно в силу перегруженности БЦВМ и специфики решаемой задачи, которая проявляет себя в необходимости вычисления скорости ухода с шагом значительно более малым, чем шаг решаемых задач в БЦВМ. Эта специфика связана с необходимостью учета высокочастотных периодических движений ТГС, пренебречь которыми нельзя во избежание утраты адекватности математической модели ТГС физическим процессам, в ТГС протекающим.

Конкретный вид математических выражений, описывающих работу блоков 27 31, 35, зависит от особенностей кинематической схемы ТГС, величины и соотношения параметров ТГС, определяющих его динамические свойства (моментов инерции, удельных моментов вязкого трения, кинематических моментов, коэффициентов усиления и постоянных времени систем стабилизации).

Конкретный вид математических выражений, описывающих работу блоков 24 26, 31, 35, 36, зависит от заданной точности вычислений и возможностей применяемой для этого техники.

Использование предлагаемого способа определения и компенсации ухода ТГС позволяет повысить точность инерциальной системы.

Предлагаемый способ дает возможность компенсировать текущее значение ухода во время движения, то есть компенсировать помимо предсказанной заранее систематической составляющей составляющую, которая определяет нестабильность ухода.

Точность системы определения ухода (СОУ), построенной на базе предложенного способа, может быть исследована с помощью математической модели погрешностей, которая может быть получена путем варьирования математических зависимостей, составляющих алгоритм СОУ. Суммарная (выходная) погрешность СОУ является функцией входных погрешностей, которые можно разделить на две группы: погрешности (шумы) сигналов, поступающих на вход основной части СОУ, к которым можно отнести погрешности ДУП, погрешности системы, разделяющей сигналы на систематические и переменные составляющие, погрешности, связанные либо с нестабильностью параметров системы, то есть с отклонением их от номинального значения, либо с недостоверностью информации об их истинной величине, то есть с погрешностью в измерении параметров.

Результаты исследования точности СОУ показали, что ТГС со статическими СС потенциально при прочих равных условиях точнее ТГС с астатическими СС за счет того, что в СОУ ТГС со статическими СС погрешность не зависит от времени и связана только с погрешностью исходных сигналов и нестабильностью параметров ТГС, в силу чего целесообразно в ТГС с астатическими СС на время включения демпферов производить отключение интегральной коррекции. Точность в определении инструментального ухода СОУ Δω_и для гиростабилизатора со статическими СС, рассчитанная с помощью математической модели погрешностей, не превышает 2,6·10^-3 уг.с/с.

Формула изобретения

Способ определения и компенсации ухода трехосного гиростабилизатора, включающий определение и компенсацию скорости динамического дрейфа гидростабилизатора по сигналам, пропорциональным углам процессии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, через заданные промежутки времени создают вокруг осей стабилизации гидростабилизатора дополнительные моменты сил вязкого трения на время, достаточное для завершения переходных процессов в гиростабилизаторе, фиксируют при приложении дополнительных моментов сил вязкого трения в начале установившегося движения гиростабилизатора значения углов процесии, выделяют систематические и периодические составляющие сигналов, определяют скорости изменения углов стабилизации по приращениям систематических составляющих в момент завершения переходных процессов, определяют проекции на оси приборной системы координат скорости инструментального ухода гиростабилизатора, определяют скорости изменения углов стабилизации по периодическим составляющим, определяют проекции на оси приборной системы координат скорости динамического ухода, значения проекций скоростей инструментального ухода суммируют с соответствующими значениями проекций скоростей динамического ухода, суммарные значения проекций скоростей ухода комперсируют путем учета при расчете вектора кажущейся скорости летательного аппарата или подачей сигналов, пропорциональных возмущающим моментам, вызывающим динамический и инструментальный уход, с обратным знаком на датчики моментов гироблоков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8