Способ регулирования динамически настраиваемого гироскопа

 

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано при изготовлении прецизионных гироскопов. Цель изобретения - повышение точности регулирования за счет уменьшения чувствительности гироскопа к воздействию широкополосной вибрации. При регулировании дополнительно вибрируют гироскоп одновременно в направлении оси вращения вала и в направлении, ортогональном оси вращения вала, с неравными частотами, измеряют обусловленное вибрацией приращение прикладываемого к ротору момента и притиркой боковых поверхностей внутренних торсионов добиваются обнуления приращения этого момента. 4 ил.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано при изготовлении прецизионных гироскопов.

Известные способы регулирования динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ) основаны на определении скорости динамической настройки Ω, вращении вала ДНГ со скоростью W и совмещении центра масс ротора с центром подвеса. Эти способы не устраняют погрешностей, обусловленных совместным воздействием составляющих виброускорения, действующих одновременно на различных частотах.

Известен принятый за прототип способ регулирования ДНГ путем определения скорости динамической настройки (ДНГ) W, вращения вала ДНГ со скоростью W, совмещения центра масс ротора с центром подвеса.

Известный способ не обеспечивает высокой точности регулирования ДНГ. В результате при совместном действии составляющих линейного ускорения с различными частотами (при широкополосной вибрации основания и подшипников повеса) точность ДНГ значительно снижается.

Целью настоящего изобретения является существенное повышение точности регулирования за счет уменьшения чувствительности гироскопа к воздействию широкополостной вибрации.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно вибрируют гироскоп одновременно в направлении оси вращения вала и в направлении, ортогональном с неравными частотами, сумма которых равна 2(S+1), где S 0 и S 1 соответственно для прецессионного и нутационного ДНГ, измеряют обусловленное вибрацией приращение D прикладываемого к ротору момента на частоте 2sΩ притирают боковые поверхности внутренних торсионов упругого подвеса без смещения центра подвеса относительно центра масс ротора, повторно определяют СДН и обеспечивают ее заданное значение W выполняют дополнительные и повторные операции до обнуления приращения D Сущность изобретения заключается в следующем. При движении основания с ускорением в направлении ( амплитуда, ν₁ - частота виброускорения, t время) прикладываемая к ротору инерционная сила (m масса ротора) смещает упругие оси Y и Z торсионов в направлении . В результате появляется непересечение торсионов a cosν₁t и соответственно к ротору прикладывается возмущающий момент M₁, обусловленный непересечением торсионов a cosν₁t и воздействием виброускорения основания (, ν₂ амплитуда и частота виброускорения) в направлении, ортогональном Поскольку непересечение модулирует момент M₁ на частоте 2Ω, то этот момент пример вид: (1) где К коэффициент пропорциональности.

Момент M₁ имеет составляющую на частоте полезного сигнала μ = 2SΩ, где μ = 0 для определения ДНГ (S 0) и μ = 2Ω для нутационного ДНГ (S 1), в том случае, если n₁+ν₂-2Ω = 2SΩ (2) Из (2) получаем ν₁+ν₂= 2(S+1)Ω (3)
Таким образом, если сумма частота возмущений по взаимно ортогональным осям удовлетворяет условию (3), то составляющая возмущающего момента (1), имеющая частоту 2SΩ, приведет к уходу ДНГ и соответственно к снижению его точности. В соответствии с предлагаемым техническим решением вибрируют ДНГ относительно взаимно ортогональных осей с частотами n₁ и ν₂, удовлетворяющими условию (3), фиксируют обусловленное вибрацией изменение Δ момента, прикладываемого к ротору на частоте 2SΩ, и устраняют это изменение обнулением коэффициента "К" в выражении (1). Обнуление обеспечивают притиркой боковых поверхностей внутренних торсионов подвеса, при этом вводят различие в радиальную жесткость внутренних и наружных торсионов, что приводит к разности податливой D₁ и Δ₂ этих торсионов под действием радиальной силы. Эта разность обуславливает модуляцию положения центра подвеса в направлении радиальной силы (на частоте 2Ω), равную половине непересечения под действием осевой силы (параллельной ).

С учетом обозначений:
D₁ удельное смещение (податливость) центра масс ротора относительно центра подвеса под действием радиальной силы в результате прогиба внутренних торсионов;
Δ₂ удельное смещение центра масс ротора относительно центра подвеса под действием радиальной силы в результате прогиба наружных торсионов;
закон модуляции положения центра масс ротора под действием радиальной силы;
Δ₃, Δ₄ удельные смещения центра масс ротора под действием осевой силы в результате прогиба внутренних наружных торсионов соответственно;
коэффициент "К" прототипа изобретения имеет вид:

а коэффициент "К" предлагаемого технического решения

Обнуление коэффициента "К" по предлагаемому способу обеспечивается за счет появления модуляции радиального смещения центра масс ротора , которая обуславливает возникновение дополнительного момента

В результате исходный возмущающий момент примет вид:

Таким образом, обнуление обусловленного вибрацией изменения Δ момента на частоте 2SΩ за счет введения модуляции радиального смещения центра масс ротора и тем самым за счет обнуления коэффициента "К" устраняет возмущающий момент M₁ и тем самым существенно повышает точность ДНГ при широкополосной вибрации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:
на фиг.1 устройство, реализующее способ;
на фиг.2 схема деформаций торсионов при полярном ускорении ;
на фиг. 3 схема деформации наружных торсионов при радиальном ускорении ;
на фиг.4 схема деформации внутренних торсионов при радиальном ускорении ;
1 ротор; 2 наружные торсионы; 3 кольцо; 4 внутренние торсионы; 5 вал; 6 корпус; 7, 8 датчики угла; 9, 10 датчики момента; 11 - основание; 12 диск; 13 постоянные магниты; 14 считывающая головка; 15, 16 генераторы механических колебаний; 17 управляемый генератор; 18 - вставки; 19, 20 усилители; 21, 22 боковые поверхности торсионов.

Ротор 1 (фиг. 1) с помощью пары наружных торсионов 2, кольца 3, пары внутренних торсионов 4 установлен на валу 5, укрепленном на подшипниках в корпусе 6.

В корпусе соответственно ротору установлены датчика угла (ДУ) 7,8 и датчики момента (ДМ) 9, 10. Корпус с помощью двухосного карданного подвеса укреплен в основании 11. На валу установлен диск 12 с четырьмя постоянными магнитами (ПМ) 13, расположенными через 90^o В корпусе соответственно ПМ установлена считывающая головка (СГ) 14. Диск, ПМ и СГ выполняют функции датчика двойной частоты вращения вала. По осям карданного подвеса укреплены генераторы механических колебаний (ГМК) 15, 16. В основании установлен управляемый генератор (УГ) 17 и усилителя 19, 20. В роторе 1 укреплены две взаимно противоположные вставки 18 и более тяжелого, чем ротор, материала. Наличие вставки обеспечивает неравенство экваториальных моментов инерции ротора J_y ≠ J_z относительно осей Y и Z, при этом S 1 нутационный ДНГ). Если в конструкции ДНГ вставки отсутствуют, то J_y J_z, S 0 (прецессионный ДНГ). Выходной сигнал (колебания ротора) нутационного гироскопа имеет частоту 2SΩ = 2Ω,, выходной сигнал (отклонения ротора) прецессионного гироскопа имеет частоту
2SΩ = 0
ДУ 7, 8 через соответствующие усилители 19, 20 подключены к входам ДМ 9, 10. Выход СГ 14 соединен с управляющим входом УГ 17. Выходы УГ 17 подключены к входам ГМК 15, 16.

Вал 5 вместе с ротором 1 и диском 12 приведен во вращение со скоростью динамической настройки Ω от двигателя, не показанного на чертеже. ПМ 13, проходя под СГ 12, генерируют в ней опорный сигнал, имеющий частоту 2Ω. Опорный сигнал с выхода СГ (с выхода датчика двойной частоты вращения вала) поступает на управляющий вход УГ 17, формирующего сигналы с частотами n₁ и ν₂, удовлетворяющими условию (3), где S 0 для прецессионного ДНГ и S 1 для нутационного ДНГ.

Регулирование по предлагаемому способу проводят следующим образом. Вначале фиксируют исходное значение тока i_o в ДМ 9 при отсутствии вибрации. Затем подачей сигналов с частотами ν₁ и ν₂ c выходов УГ 17 на входы ГМК 15, 16 возбуждают колебания ДНГ в направлениях взаимно ортогональных осей Y_o и X_o соответственно и фиксируют измененное значение тока i₁ соответственно в ДМ 9. По разности i₁-i_o= K₁Δ,, где К₁ коэффициент пропорциональности, судят об изменении Δ момента, прикладываемого к ротору на частоте 2SΩ. Притирают боковые поверхности 21, 22 внутренних торсионов. Определяют новое значение СДН W_н резонансным методом (по максимальной реакции ротора на вращение основания вокруг оси Y_o) и изменяют СДН до обеспечения исходного значения, равного Ω, путем притирки кольца (ротора). Операции способа повторяют до обеспечения D = 0.
На фиг.2 показано расположение торсионов при действии ускорения основания и появление непересечения Δ₃+Δ₄ торсионов.

На фиг.3, 4 показаны деформация наружных и внутренних торсионов при действии ускорения основания и появление смещений центра масс ротора Δ₂, Δ₁ относительно центра подвеса, расположенного на средней линии стрелы прогиба торсионов.

Регулирование по предлагаемому способу проводят до обеспечения условия
Δ₁-Δ₂= Δ₃+Δ₄ (8)

Формула изобретения

Способ регулирования динамически настраиваемого гироскопа, включающего ротор в упругом подвесе с внутренними и внешними торсионами, заключающийся в динамической настройке и совмещении центра масс ротора с центром подвеса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования за счет уменьшения чувствительности гироскопа к воздействию широкополосной вибрации, вибрируют гироскоп одновременно в направлении оси вращения вала и в направлении ортогональном оси вращения вала с неравными круговыми частотами, сумма которых равна 2(S+1)Ω где W скорость ротора, S 0 и S 1 соответственно для прецессионной и нутационной настройки гироскопов, определяют приращение прикладываемого к ротору момента на частоте 2SΩ притирают боковые поверхности внутренних торсионов упругого подвеса без смещения центра подвеса относительно центра масс ротора, корректируют скорость динамической настройки и повторяют операции до обнуления приращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4