Способ автокомпенсации уходов электростатического гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах. Сущность изобретения: придание чувствительному элементу электростатического гироскопа двойного углового движения. Изобретение позволяет уменьшить влияние на уходы ротора электростатического гироскопа таких факторов, как моменты трения в осях кардановых колец гироустройств на электростатических гироскопах, что повышает точность гироскопа.

 

Предлагаемое изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в составе навигационных комплексов.

Известны различные способы автокомпенсации уводящих моментов, действующих на гироскоп и связанных с его корпусом, чем обеспечивается повышение точности гироскопа при использовании (см. книгу "Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем", авторы С.М.Зельдович и др. Изд. "Судостроение" 1976 г., УДК 531382 - аналог способа).

Существо способов автокомпенсации состоит в придании отдельным элементам и узлам гироскопического устройства дополнительных механических движений, позволяющих осуществить модуляцию уходов гироприборов и в конечном итоге превратить эти уходы из монотонных в периодические функции времени с ограниченной амплитудой. К этим способам относятся: принудительное движение шарикоподшипниковых опор подвесов гироскопов, принудительное вращение гироскопических чувствительных элементов, реверсирование векторов кинетических моментов гироскопов и т.д.

Однако ошибки следящих систем гироустройств, связанные с моментными нагрузками от трения на осях карданного подвеса и наличием зоны нечувствительности датчика угла, при такой автокомпенсации не устраняются и приводят к угловым рассогласованиям корпуса и ротора гироскопа и, как следствие, к уводящим моментам.

В качестве прототипа взят способ автокомпенсации принудительным вращением подвеса гироскопа, установленного в двухосном индикаторном гиростабилизаторе, описанном в вышеупомянутой книге "Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем", стр.85-86. Способ-прототип основан на вращении подвеса гироскопа вокруг оси, перпендикулярной внутреннему кольцу гиростабилизатора (в случае электростатического гироскопа подвес гироскопа - его чувствительный элемент).

Рассмотрим движение ротора чувствительного элемента в двухосном карданном подвесе-прототипе при наличии сухого трения в осях карданного подвеса гироустройства и зоны нечувствительности датчика угла. В прототипе оси датчика угла и гироприбора совпадают. Обозначим углы рассогласования между корпусом, датчиком угла, ротором и горизонтной системой координат h и q через hк, hд, hp, qк, qд, qр (нижние индексы к, д, р обозначают координаты осей корпуса, датчика, ротора).

Ориентация системы координат датчика угла относительно системы координат ротора определяется малыми углами α и β которые выражаются в координатах h и q следующим образом:

Δh=hд-hp=α;

Δq=qд-qp=βcosh.

Для устранения рассогласования осей ротора и датчика угла к кольцам карданного подвеса прикладываются управляющие моменты, пропорциональные значениям углов αд, βд, полученных с двухкоординатного датчика угла:

Kh, Kq - коэффициенты "жесткости" следящей системы по осям h и q, соответственно.

Управляющие моменты служат для преодоления моментов сухого трения в осях карданного подвеса:

С учетом уравнений (1), (2) угловое рассогласование осей ротора и датчика, вызванное моментами трения в осях карданного подвеса и наличием зоны нечувствительности датчика угла, описывается следующими уравнениями:

Выражения в скобках представляют собой статические погрешности следящей системы, αст, βст.

Координаты оси корпуса в данном случае совпадают с координатами оси ротора:

Отсюда

Учитывая, что скорость видимого движения осей ротора электростатического гироскопа - медленно меняющиеся функции времени (с периодом на уровне суток), величины α(t), β(t) практически постоянные и скорости ухода ротора определяются из выражений:

где τ - постоянная времени гироскопа по рассогласованию.

Из (5) видно, что при способе автокомпенсации согласно прототипу существуют вековые составляющие ухода ротора.

Задачей изобретения является повышение точности выработки навигационных параметров. Эта задача в способе автокомпенсации решается двойным угловым движением чувствительного элемента гироскопа: вращением корпуса гироскопа с постоянной угловой скоростью ω вокруг оси, перпендикулярной плоскости внутреннего кольца карданного подвеса, и колебательным коническим движением чувствительного элемента гироскопа вокруг оси кинетического момента ротора. Коническое движение чувствительного элемента гироскопа обеспечивается путем установки чувствительного элемента в корпусе с наклоном оси симметрии относительно оси вращения корпуса на угол А, величину которого выбирают из условия (где Ω - угловая скорость вращения Земли).

В этом случае выражения (4) примут вид:

где ω - угловая скорость вращения корпуса гироскопа,

ρ - начальное значение угла поворота корпуса.

Из (6)

Если за время оборота корпуса угловые скорости меняют знак, то средние значения погрешностей становятся значительно меньше значений αст, βст. Эффективность компенсации тем выше, чем больше отношение

и

На чертеже представлен график отношения среднего значения погрешности по координате α за период автокомпенсации Т к значению статической погрешности αст от параметра Из чертежа видно, что компенсация статических погрешностей будет эффективной при

Для ЭСГ имеют порядок Ω, поэтому из выражения (6) получается, что наклон А чувствительного элемента гироскопа относительно оси вращения корпуса гироскопа должен быть больше

Способ автокомпенсации уходов электростатического гироскопа, содержащего чувствительный элемент с расположенным на нем оптикоэлектронным датчиком угла, оптическая ось которого совпадает с осью симметрии чувствительного элемента, включающий установку электростатического гироскопа в гироустройство, содержащее карданный подвес, следящие системы, управляющие кольцами карданного подвеса от сигналов оптикоэлектронного датчика угла, придание вращения корпусу гироскопа с угловой скоростью ω вокруг оси, перпендикулярной плоскости внутреннего кольца карданного подвеса, отличающийся тем, что чувствительному элементу дополнительно придается коническое движение за счет установки чувствительного элемента в корпусе гироскопа с наклоном оси симметрии относительно оси вращения корпуса на угол А, выбираемый из условия , где Ω - угловая скорость вращения Земли.



 

Похожие патенты:

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 навигационных систем на электростатических гироскопах.

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.

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 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 приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления различных подвижных объектов. Предложенный электростатический гироскоп содержит ротор, основной статор с поддерживающими электродами на цилиндрической рабочей поверхности, два дополнительных статора с электродами и привод вращения ротора, ротор выполнен в виде кольца со сферической наружной (внешней) поверхностью, дополнительные статоры, прилегающие к основному центральному статору, выполнены с электродами на сферических рабочих поверхностях или на конических поверхностях, касательных к сферической поверхности ротора, а привод вращения ротора выполнен в виде обращенного статора с обмотками и внешней рабочей поверхностью, расположенной напротив внутренней цилиндрической поверхности кольца ротора. Кольцо ротора может быть выполнено с шириной В, удовлетворяющей условию А>В>С, где А - толщина пакета из трех статоров, С - толщина основного статора. Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности и перегрузочной способности микромеханического электростатического гироскопа с непрерывно вращающимся ротором. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации и навигации подвижных объектов (самолет, корабль, автомобиль), в инклинометрах (для подземной навигации) и других устройствах, где требуется информация об угловых скоростях, получаемая с помощью микромеханического гироскопа. Электромагнитный гироскоп содержит ферромагнитный ротор в виде кольца со сферической наружной и цилиндрической внутренней поверхностями, верхний, центральный и нижний статоры электромагнитного подвеса ротора, при этом статор вращения ротора выполнен обращенным и помещен внутри кольца ротора, при этом кольцо ротора выполнено с шириной В, удовлетворяющей условию А>В>С, где А - толщина пакета из трех статоров, С - толщина центрального статора. Технический результат - упрощение конструкции электромагнитного гироскопа, повышение перегрузочной способности и предотвращение аварийного обката ротора при внешних возмущениях, превышающих заданные значения. 5 ил.
Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости. Технический результат – обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

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

Наверх