Система демпфирования сферического ротора электростатического гироскопа

 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором. Система содержит источник тока, две катушки, установленные на противоположных сторонах корпуса гироскопа в положение, при котором их оси симметрии совпадают с продольной осью корпуса, конец обмотки первой катушки и конец обмотки второй катушки соединены между собой и с одной из клемм источника тока, в цепь которого введены генератор импульсов и управляемое переключающее устройство (например, реле) с тремя выходами и управляющим входом, первый выход соединен с началом первой катушки, второй выход - с началом второй катушки, третий выход - со второй клеммой источника, управляющий вход переключающего устройства соединен с генератором, вырабатывающим импульсы частотой F, значение которой определяется из соотношения: где - действительная часть коэффициента магнитной поляризуемости ротора, L - модуль вектора момента количества движения ротора, Н - модуль вектора напряженности магнитного поля, 1 - допускаемое отклонение оси симметрии ротора от оси симметрии первой катушки, 2 - допускаемое отклонение оси симметрии ротора от оси симметрии второй катушки. Техническим результатом является уменьшение времени демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа при сохранении эффективности (времени, точности) приведения. 2 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором.

Известна система демпфирования гироскопа со сферическим ротором [Гироскопические системы./Под редакцией Д.С. Пельпора. Ч II. М.: Высшая школа, 1988 г., стр.141, рис.5.2д], включающая наружную сферическую поверхность ротора и внутреннюю сферическую поверхность корпуса, поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между сферическими поверхностями. Колебания ротора, возникающие в процессе работы гироскопа, демпфируются силами вязкого трения.

Недостатком данной системы демпфирования является ограниченная область применения. Данная система применяется только на гироскопах малой точности.

Известна также система демпфирования сферического ротора электростатического гироскопа [Новые типы гироскопов. П.И. Малеев. Л.: Судостроение, 1971 г., стр.20, рис.15], которую принимаем за прототип.

Система демпфирования ротора электростатического гироскопа содержит источник постоянного тока, две катушки с одинаковыми геометрическими и электрическими параметрами. Катушки установлены на противоположных сторонах корпуса гироскопа в положение, при котором их оси симметрии совпадают с продольной осью корпуса. Конец обмотки первой катушки и конец обмотки второй катушки соединены между собой и с одной из клемм источника. Начало обмотки первой катушки и начало обмотки второй катушки соединены между собой и со второй клеммой источника. При включении источника питания через катушки протекает электрический ток, образуется магнитное поле. Под действием магнитного поля катушек в материале вращающегося ротора образуются вихревые токи, которые являются источником магнитного поля ротора. За счет взаимодействия радиальной составляющей магнитного поля катушек с радиальной составляющей магнитного поля ротора осуществляется демпфирование его нутационных колебаний. За счет взаимодействия осевой составляющей магнитного поля катушек с осевой составляющей магнитного поля ротора (направленной по оси вращения ротора) осуществляется приведение оси вращения ротора к продольной оси корпуса прибора. Для повышения эффективности (уменьшения времени приведения) используют две катушки демпфирования. При этом точность приведения определяется погрешностью выставки оси симметрии одной и второй катушки относительно продольной оси корпуса гироскопа.

Недостатком системы является большое время демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа (большое время готовности гироскопа). Указанный недостаток обусловлен тем, что в результате сложения магнитных полей двух последовательно включенных катушек создаваемый ими магнитный потенциал уменьшается за счет взаимной компенсации части их составляющих. (Магнитный потенциал, создаваемый данной конструкцией, не содержит третьего и четных членов разложения в ряд по сферическим функциям с применением полиномов Лежандра [Г.А. Штамбергер. Устройства для создания слабых постоянных магнитных полей. Новосибирск: Наука, 1972]).

Задачей настоящего изобретения является уменьшение времени демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа при сохранении эффективности (времени, точности) приведения.

Поставленная задача решается тем, что в известной системе демпфирования ротора электростатического гироскопа, содержащей источник тока, две катушки, установленные на противоположных сторонах корпуса гироскопа в положение, при котором их оси симметрии совпадают с продольной осью корпуса, конец обмотки первой катушки и конец обмотки второй катушки соединены между собой и с одной из клемм источника, в цепь источника тока дополнительно введен генератор импульсов и управляемое переключающее устройство (например, реле) с тремя выходами и управляющим входом, первый выход соединен с началом первой катушки, второй выход - с началом второй катушки, третий выход - со второй клеммой источника, управляющий вход переключающего устройства соединен с генератором, вырабатывающим импульсы частотой F, значение которой определяется из соотношения:

где - действительная часть коэффициента магнитной поляризуемости ротора;

L - модуль вектора момента количества движения ротора;

Н - модуль вектора напряженности магнитного поля;

1 - допускаемое отклонение оси симметрии ротора от оси симметрии первой катушки;

2 - допускаемое отклонение оси симметрии ротора от оси симметрии второй катушки.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 изображена функциональная схема включения системы демпфирования сферического ротора электростатического гироскопа.

На фиг.2 изображена схема прохождения силовых линий магнитных полей, создаваемых катушками.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - первая катушка демпфирования,

2 - вторая катушка демпфирования,

3 - источник постоянного тока,

4 - переключающее устройство,

5 - генератор импульсов,

6 - ротор гироскопа,

7 - электроды электростатического подвеса ротора,

8, 9 - магнитные силовые линии катушки 1 и 2,

а, в, с - контакты переключающего устройства,

ОХ1, ОХ2 - оси симметрии катушек,

OX - продольная ось корпуса гироскопа.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.1) две одинаковые по электрическим и геометрическим параметрам катушки 1 и 2 демпфирования, источник 3 постоянного тока, переключающее устройство (например, реле) 4, генератор 5 импульсов. Катушки установлены по продольной оси корпуса (не показан) на его противоположных сторонах. Концы катушек 1 и 2 соединены между собой и подключены к одной клемме источника 3 постоянного тока. Начало катушки 1 подключено к контакту "а", начало катушки 2 - к контакту "в" переключающего устройства 4. Вторая клемма источника 3 подключена к контакту "с" переключающего устройства 4. Управляющий вход переключающего устройства 4 соединен с выходом генератора 5.

Работа системы демпфирования осуществляется следующим образом. При включении генератора 5 с помощью контактов "а", "в" и "с" переключающего устройства 4 (реле) происходит поочередное подключение источника 3 постоянного тока к катушкам 1 или 2. При подключении контакта “с” к контакту “а” через катушку 1 протекает электрический ток, образуется магнитное поле, силовые линии 8 которого изображены на фиг.2. Под действием магнитного поля катушки 1 в материале вращающегося ротора 6 образуются вихревые токи, которые являются источником магнитного поля ротора 6. За счет взаимодействия радиальной составляющей магнитного поля катушки 1 с радиальной составляющей магнитного поля ротора 6 осуществляется демпфирование его нутационных колебаний. При этом используются все компоненты магнитного поля катушки 1. За счет взаимодействия осевой составляющей магнитного поля катушки 1 с осевой составляющей магнитного поля ротора 6 (направленной по оси вращения ротора) осуществляется приведение оси вращения ротора 6 в положение, заданное ориентацией оси ОХ1 симметрии катушки 1. При подключении контакта "с" к контакту "в" через катушку 2 протекает электрический ток, образуется магнитное поле, силовые линии 9 которого изображены на фиг.2. Под действием магнитного поля катушки 2 в материале вращающегося ротора 6 образуются вихревые токи, которые являются источником магнитного поля ротора 6. За счет взаимодействия радиальной составляющей магнитного поля катушки 2 с радиальной составляющей магнитного поля ротора 6 осуществляется демпфирование его нутационных колебаний. При этом используются все компоненты магнитного поля катушки 2. За счет взаимодействия осевой составляющей магнитного поля катушки 2 с осевой составляющей магнитного поля ротора 6 (направленной по оси вращения ротора 6) осуществляется приведение оси вращения ротора 6 в положение, заданное ориентацией оси ОХ2 симметрии катушки 2. Для сохранения эффективности (времени приведения и точности) приведения оси вращения ротора в заданное положение переключение с одной катушки на другую осуществляется с частотой, определяемой соотношением:

которое получено после простых преобразований соотношений приведенных в [В.И. Завгородний, Б.Е. Ландау, Ю.Г. Мартыненко. Экспериментальное определение коэффициентов магнитной поляризуемости вращающегося проводящего шара в однородном магнитном поле, 1994, Письма в ЖТФ, том 20, вып.14].

Таким образом, путем исключения взаимной компенсации составляющих магнитного поля катушек 1 и 2, использования всех компонент их магнитного поля (за счет последовательного подключения) время демпфирования ротора гироскопа уменьшается, сохраняется эффективность приведения оси вращения ротора в заданное положение. Поставленная задача решена.

На предприятии ЦНИИ “Электроприбор” предлагаемое техническое решение реализовано. При испытаниях получены положительные результаты. Время демпфирования удалось уменьшить, примерно, в два раза. В настоящее время разрабатывается техническая документация для его применения при производстве электростатических гироскопов со сферическим ротором.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в уменьшении времени готовности гироскопа, следовательно, и времени готовности систем, в которых применяются такие гироскопы.

В связи с отсутствием сведений о потребностях страны в таких гироскопах экономический эффект изобретения подсчитать не представляется возможным.

Формула изобретения

Система демпфирования сферического ротора электростатического гироскопа, содержащая источник тока, две катушки, установленные на противоположных сторонах корпуса гироскопа в положение, при котором их оси симметрии совпадают с продольной осью корпуса, конец обмотки первой катушки и конец обмотки второй катушки соединены между собой и с одной из клемм источника, отличающаяся тем, что в цепь источника тока дополнительно введен генератор импульсов и управляемое переключающее устройство с тремя выходами и управляющим входом, первый выход соединен с началом первой катушки, второй выход с началом второй катушки, третий выход со второй клеммой источника, управляющий вход переключающего устройства соединен с генератором, вырабатывающим импульсы частотой F, значение которой определяется из соотношения

где - действительная часть коэффициента магнитной поляризуемости ротора;

L - модуль вектора момента количества движения ротора;

Н - модуль вектора напряженности магнитного поля;

1 - допускаемое отклонение оси симметрии ротора от оси симметрии первой катушки;

2 - допускаемое отклонение оси симметрии ротора от оси симметрии второй катушки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором и датчиком угла, расположенным на полюсе ротора

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для использования в электромеханических устройствах на переменном токе для демпфирования поступательных и угловых колебаний тел, статическое или динамическое состояния которых заданы магнитным или электрическим полями соответственно электромагнитов или электродов, питаемых переменным током

Изобретение относится к области точного приборостроения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения измерительного центра инерционной массы чувствительного элемента приборов, в которых используется магнитный или электростатический подвес тела

Изобретение относится к гироскопическим устройствам и может быть применено в навигации и ориентации различных объектов, а также в других областях, где необходимо обеспечить управление подвижной массой при энергетических и временных ограничениях

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления таких подвижных объектов, как самолет, корабль, автомобиль, микроробот и другие, где требуется информация об угловых скоростях и кажущихся ускорениях

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано, например, в неконтактных гироскопах, акселерометрах и магнитных подшипниках

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

Изобретение относится к гироскопическим устройствам и может быть применено в тех областях, где необходимо обеспечить не только вращение сферического электро- и магнитопроводящего ротора вокруг оси, расположенной в любом заданном положении в пространстве, но и измерение этого положения

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

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в составе навигационных комплексов
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 прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах

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. Достигаемым техническим результатом является повышение точности определения информации об угловом положении ротора относительно корпуса электростатического гироскопа в различных режимах работы. Технический результат достигается изменением формы роторного рисунка и введением специального вида дополнительной модуляции световых потоков, а также благодаря выделению отдельных гармонических составляющих модулированных сигналов и однотипному методу определения углового положения ротора по фазовым соотношениям соответствующих гармонических составляющих как для точного, так и для грубого отсчетов. Для этого в известном электростатическом гироскопе, содержащем ротор с нанесенным на него рисунком из четного количества одинаково наклоненных к экватору светопоглощающих полос, форма полос выполнена так, что в любом широтном сечении ротора они равноотстоят друг от друга по своим центрам и составляют последовательность двух чередующихся групп с одинаковым четным количеством полос в группе. При этом ширина полос в каждой группе отличается от ширины полос соседней рядом расположенной группы и равна ширине промежутков между полосами соседней группы, а в пределах одной группы ширина полос одинакова. Кроме того, в способе определения углового положения ротора электростатического гироскопа за счет раскрутки ротора с рисунком указанной формы дополнительная модуляция шести световых потоков, оси которых образуют прямоугольную систему координат, осуществляется так, что каждый модулированный световой поток представляет последовательность чередующихся групп световых импульсов с большой и малой длительностями, а между центрами пауз всех импульсов на оси времени лежат равные интервалы. Причем в группе импульсов с большой длительностью все импульсы, кроме крайних, равны по длительности интервалу времени паузы между импульсами группы импульсов малой длительности, а в группе импульсов с малой длительностью все импульсы кроме крайних равны по длительности интервалу времени паузы между импульсами группы импульсов большой длительности. Кроме того, в способе определения углового положения ротора для каждого модулированного сигнала введено выделение низкочастотной гармонической составляющей на частоте вращения ротора, умноженной на количество групп широких импульсов за один оборот ротора, и высокочастотной гармонической составляющей на частоте вращения ротора, умноженной на количество всех импульсов за один оборот ротора, а определение углового положения ротора производится многоотсчетным методом по разностям фаз соответствующих гармонических составляющих. Причем по разности фаз двух низкочастотных составляющих, соответствующих пространственно смежным световым потокам, определяют знак проекции вектора кинетического момента ротора на перпендикулярную этим потокам координатную ось, по разности фаз двух низкочастотных составляющих, соответствующих пространственно противоположным световым потокам, определяют грубое значение угла между осью вращения ротора и координатной осью этих потоков, а по разности фаз двух высокочастотных составляющих, соответствующих пространственно противоположным световым потокам, определяют точное значение угла между осью вращения ротора и координатной осью этих потоков. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

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. Использование одного общего настроечного элемента позволяет упростить схему предложенного подвеса, обеспечить линейность тяговой характеристики и стабильность нулевого положения ротора, благодаря исключению относительного изменения величин двух настроечных элементов традиционного резонансного подвеса. 4 ил.

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. Технический результат - определение трех углов ориентации и трех координат местоположения подвижного объекта. 7 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором

Наверх