Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа

Авторы патента:

G01C19/24 - с использованием магнитного или электростатического поля

Владельцы патента RU 2338999:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов. Способ заключается в том, что вначале при взвешивании ротора вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают операции дифференцирования. Величину результата складывают или вычитают из величины постоянного опорного напряжения, затем усиливают величины двух напряжений и подают их на соответствующие силовые электроды подвеса. После взвешивания ротора в подвесе создают временную паузу, после окончания которой результат операции дифференцирования электрического напряжения подвергают операции интегрирования. Изобретение позволяет взвешивать ротор без возбуждения подвеса, при этом обеспечивается расположение ротора точно в центре между силовыми электродами, что повышает точность гироскопа.

Известен резонансный способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. П.И.Малеев. Новые типы гироскопов. - Л.: Судостроение, 1971, стр.17). Элементами подвеса при этом является емкость силового электрода и индуктивность катушки, которые образуют последовательный резонансный контур. При этом запитывается контур переменным синусоидальным напряжением с частотой, превышающей резонансную частоту резонансного контура. В случае увеличения расстояния от ротора до силового электрода уменьшается емкость силового электрода, возрастает резонансная частота контура, растет амплитуда переменного напряжения на силовом электроде, растет сила, действующая со стороны электрода на ротор, и ротор возвращается в первоначальное положение, таким образом, подвес ротора осуществляется автоматически.

Недостатком такого способа является малая точность поддержания положения ротора в подвесе, зависящая от величины добротности резонансного контура.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. там же, стр.15), согласно которому преобразуют смещение ротора из центра подвеса в постоянное напряжение, производят частотную коррекцию полученного напряжения для создания опережения по фазе, усиливают результат коррекции, затем складывают результат усиления с опорным напряжением. Результат сложения подают на один силовой электрод подвеса, также результат усиления вычитают из опорного напряжения и результат вычитания подают на другой силовой электрод подвеса.

Недостатком такого способа является наличие операций сложения и вычитания высоковольтных напряжений, которые подают на силовые электроды. Данные напряжения составляют по величине 1-2 кВ, что трудно реализовать на современной электронике.

Известен способ управления подвесом ротора ЭСГ (см. Теория и применение электромагнитных подвесов. - М.: Машиностроение, 1980, стр.51, 52, 245), согласно которому вдоль каждой из осей подвеса преобразуют смещение ротора из центра подвеса в электрическое напряжение. Напряжение для обеспечения опережения по фазе подвергают операции дифференцирования. Результат складывают или вычитают из постоянного опорного напряжения. Результат сложения усиливают и подают на один силовой электрод, а результат вычитания усиливают и подают на другой силовой электрод.

Недостатком такого способа является зависимость положения ротора в подвесе от величины и направленности действия внешнего ускорения (силы тяжести). При смещении ротора меняются моменты сил, действующие на ротор, ухудшается точность гироскопа.

Заявляемое изобретение решает задачу создания способа управления подвесом ЭСГ, которое обеспечивает повышение точности гироскопа.

Для решения поставленной задачи предлагается способ управления подвесом ЭСГ, согласно которому вначале при взвешивании ротора вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают операции дифференцирования, при этом величину результата дифференцирования складывают или вычитают из величины постоянного опорного напряжения, затем усиливают величины двух два напряжений и подают их на соответствующие силовые электроды подвеса и вводится последовательность действий, согласно которой после взвешивания ротора в подвесе создают временную паузу, после окончания которой результат операции дифференцирования электрического напряжения подвергают операции интегрирования.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение взвешивания без возбуждения подвеса, а при работающем подвесе обеспечение астатизма, когда положение ротора в подвесе не зависит от величины и направления действия внешнего ускорения.

Работа по предложенному способу происходит следующим образом.

Вначале при взвешивании ротора по каждой оси подвеса определяют в виде электрического напряжения величину смещения ротора из среднего положения между силовыми электродами подвеса, причем знак полученного напряжения определяет смещение ротора в направлении оси или против нее. Затем полученную величину напряжения подвергают операции дифференцирования для создания опережения по фазе, что обеспечивает устойчивость системе управления подвесом.

После чего величину результата дифференцирования складывают с опорным напряжением, величина которого больше максимально возможного значения напряжения дифференцирования. Затем усиливают результат сложения. Полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса.

Кроме того, результат дифференцирования вычитают из опорного напряжения. Затем усиливают результат вычитания. Полученное усиленное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса.

При этом замыкается отрицательная обратная связь в подвесе, когда при начальном смещении ротора из центра подвеса создают напряжения на силовых электродах подвеса, которые перемещают ротор в центр подвеса. При нахождении ротора в центре подвеса напряжения на силовых электродах равны между собой при условии отсутствия внешнего ускорения, действующего вдоль этой оси подвеса.

Однако в условиях воздействия на подвес внешнего ускорения (силы тяжести) ротор смещается из центра подвеса на такую величину, при которой создают на силовых электродах не равные между собой напряжения, разница которых компенсирует внешние ускорения.

Смещение ротора из центра создает уводящие моменты, действующие на ротор, что снижает точность работы гироскопа. Однако взвешивание ротора из начального положения на упорах в центр подвеса происходит плавно без возбуждения, без ударов о противоположные упоры.

После окончания процесса взвешивания ротора в течение определенного промежутка времени (паузы) в подвесе заканчиваются переходные процессы. После окончания паузы начинают дополнительно производить операцию интегрирования над результатом операции дифференцирования. Причем интегрирование производят в диапазоне частот на порядок меньших, чем операции дифференцирования. В результате чего после операции интегрирования образуют постоянный сигнал, с помощью которого на силовых электродах создают постоянную разницу напряжений, которая компенсирует действующее на подвес постоянное внешнее ускорение. При этом ротор перемещают в центр подвеса. При нахождении ротора в центре подвеса уводящие моменты, действующие на ротор, минимизируются.

Включение операции интегрирования одновременно с началом процесса взвешивания ротора часто приводит к самовозбуждению подвеса, при котором ротор ударяется об упоры, расположенные равномерно по всей поверхности сферы подвеса с целью недопущения касания ротора силовых электродов. Возбуждение подвеса происходит за счет сочетания низкочастотных свойств операции интегрирования и ограничения упорами диапазона свободного перемещения ротора.

При ударах об упоры ротор в вакуумной камере гироскопа могут появляться продукты износа как ротора, так и упоров и, как следствие, нестабильность электрического заряда ротора. Поэтому в заявляемом способе вводят паузу между началом взвешивания ротора и началом операции интегрирования. В результате чего взвешивание ротора осуществляют плавно без возбуждения, а при последующем включении операции интегрирования повышают точность гироскопа путем размещения ротора в центре подвеса.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому вначале при взвешивании ротора вдоль каждой из осей подвеса преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают операции дифференцирования, величину результата дифференцирования складывают с опорным напряжением, величина которого больше максимально возможного значения напряжения дифференцирования, усиливают результат сложения, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, кроме того, результат дифференцирования вычитают из опорного напряжения, усиливают результат вычитания и полученное усиленное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, отличающийся тем, что после взвешивания ротора создают временную паузу, в течение которой в подвесе заканчиваются переходные процессы, после окончания которой результат операции дифференцирования подвергают операции интегрирования, причем частоты диапазона, в котором производят интегрирование, на порядок меньше, чем при дифференцировании, в результате чего образуют постоянный сигнал, с помощью которого на силовых электродах создают постоянную разницу напряжений, которая компенсирует действующее на подвес постоянное внешнее ускорение.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно, к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов.

Способ ориентации полярного электростатического гироскопа корабельной навигационной системы // 2308004

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

Способ автокомпенсации уходов электростатического гироскопа // 2296298

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

Трехосный гиромотор // 2275601

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.

Способ определения номинальной частоты вращения ротора электростатического гироскопа // 2269745

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

Система демпфирования сферического ротора электростатического гироскопа // 2235293

Электростатический гироскоп // 2208764

Способ определения погрешности электростатического гироскопа // 2193162

Гирокамера электростатического гироскопа // 2193159

Демпфер для электромеханических устройств переменного тока // 2193122

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.

Способ коррекции программного движения полярного электростатического гироскопа корабельной навигационной системы // 2386106

Электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора и способ определения углового положения оси ротора // 2531060

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.

Неконтактный подвес ротора // 2545310

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.

Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией // 2568147

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.

Электростатический гироскоп // 2579156

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.

Электромагнитный гироскоп // 2589939

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.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа // 2626572

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.

Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа // 2640967

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Сущность изобретения заключается в том, что способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа дополнительно содержит этапы, на которых после раскрутки ротора до рабочей частоты вращения величину начального напряжения на электродах устанавливают равной нулю, а приращение напряжения подают только на электрод подвеса, от которого удаляется ротор, кроме того, для создания момента сил, стабилизирующих вращение ротора на рабочей частоте, коэффициент усиления К1 напряжения, пропорционального смещению по осям подвеса, увеличивают на величину ΔK где ΔK - коэффициент увеличения коэффициента К1;U0 - начальное напряжение на электродах подвеса до раскрутки ротора;Um - амплитуда переменной составляющей приращения напряжения до установки значения начального напряжения равного нулю. Технический результат – повышение точности ЭСГ.

Криогенный гироскоп // 2643942

Использование: для производства криогенных гироскопов со сферическим ротором. Сущность изобретения заключается в том, что криогенный гироскоп содержит герметичный корпус, сферический ротор, выполненный из сверхпроводящего материала, комбинированный подвес ротора, включающий систему сверхпроводящих экранов, установленных в корпусе попарно вдоль осей подвеса с противоположных сторон ротора и формирующих магнитное поле в рабочем зазоре подвеса, рабочая поверхность каждого из сверхпроводящих формирующих экранов, обращенная к ротору, выполнена в виде профилированной части сферы и образует со сферической поверхностью ротора переменный рабочий зазор, обеспечивающий равномерную плотность магнитного потока в зазоре, катушки возбуждения магнитного подвеса, установленные над экранами, схему управления магнитным подвесом, формирующую токи, протекающие в катушках возбуждения, схему управления электростатическим подвесом, формирующую электрический потенциал на поверхности сверхпроводящих формирующих экранов, на профилированную рабочую поверхность каждого сверхпроводящего формирующего экрана установлен дополнительный экран, имеющий электрический контакт со сверхпроводящим формирующим экраном из материала, не обладающего сверхпроводящими свойствами, рабочая поверхность которого выполнена в виде части сферы и образует со сферической поверхностью ротора равномерный зазор, что обеспечивает равномерность плотности электрических сил в зазоре. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности криогенного гироскопа. 2 ил.