Способ коррекции программного движения полярного электростатического гироскопа корабельной навигационной системы

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах. Сущность изобретения заключается в определении во время калибровки полярного электростатического гироскопа (ЭСГ) коэффициентов модели ухода, зависящих и не зависящих от широты места. Изобретение позволяет повысить точность корабельной навигационной системы на ЭСГ при всеширотном плавании.

 

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

Рассматривается корабельная навигационная система, построенная на двух электростатических гироскопах (ЭСГ) с карданным съемом информации об угловом положении векторов кинетического момента (ВКМ) роторов ЭСГ относительно объекта (корабля). Обычно в навигационной системе, построенной на ЭСГ, начальное направление ВКМ устанавливается следующим: одного - по оси Мира (полярный ЭСГ), второго - в плоскости Земного экватора (экваториальный ЭСГ) (см. В.З.Гусинский и др. «Использование информационной избыточности в инерциальных навигационных системах на свободных гироскопах», сб. докладов на III Санкт-Петербургской конференции по интегрированным навигационным системам. 1996 г.).

Известен способ повышения точности полярного ЭСГ путем ориентации ВКМ таким образом, чтобы видимое движение было минимально (патент РФ №2308004). Способ включает установку ЭСГ в двухосный гироориентатор таким образом, чтобы при запуске гироскопа ось его ротора была ориентирована близко к направлению оси Мира, приведение гироориентатора в рабочий режим, измерение углов поворота корпуса гироскопа в ортогональной системе координат, связанных с Землей, отсчитываемых в плоскости, перпендикулярной оси Мира, и последующую установку оси симметрии корпуса гироскопа, при которой видимое движение этой оси в системе координат, связанной с Землей, минимально (установку в равновесное положение). В этом случае нет необходимости определять раздельно коэффициенты модели ухода (КМУ), обозначенные в патенте РФ №2308004 (принятом за прототип) индексами n0, n1, m0, так как при такой установке корпуса гироскопа нет нарастающих со временем погрешностей определения координат места β и γ.

Однако при всеширотном плавании корабля необходима корректировка равновесного положения, так как оно зависит от широты места (из патента

где Ω - частота вращения Земли, φ0 - широта места).

Корректировка равновесного положения сопряжена с выводом из обработки показаний полярного гироскопа, знания широты места от постороннего источника, проведения операций выставки оси ротора в новое положение. Все это усложняет использование полярного гироскопа в корабельной навигационной системе при всеширотном плавании.

Задачей изобретения является повышение точности корабельной навигационной системы на ЭСГ при всеширотном плавании.

Поставленная задача решается тем, что во время калибровки полярного гироскопа определяются КМУ n0 и n1.

В патенте РФ №2308004 приведена модель ухода ротора полярного гироскопа:

где ωx, ωy - составляющие скорости ухода ротора по осям Х и У, связанным с ротором, определяемые из выражений:

Там же приведены выражения ошибок определения координат места из-за невозможности разделения коэффициентов n0 и n1.

Так, по координате β

где β0, γ0 - значения β, и γ при t=0;

t - время.

Подставив выражения (1) в (3), получим

при t=0 Δβ=0;

при (24 часа)

Если обозначить β=β1 при

то Δβ=β10 и из (5)

Из выражения (2)

Таким образом, если определена величина βp, известна широта φ0, измерены значения β0 и β1, из выражений (6) и (7) определяются величины n0 и n1.

Из (6) следует, что величина β0 должна отличаться от βравн (например, в 3-5 раз).

Последовательность операций предлагаемого способа определения величин n0 и n1:

- приведение гироориентатора в рабочий режим;

- определение составляющих скорости ухода ротора по осям Х и У (ωx, ωy) и направления оси симметрии корпуса полярного гироскопа (βp, γp), при котором видимое движение этой оси в системе координат, связанной с Землей, минимально;

- вычисление ωx и ωy;

- выключение следящих систем гироориентатора и системы автокомпенсации;

- разворот внутреннего кольца гироориентатора на угол, в 3-5 раз больший угла

βравн, включение демпфирующей катушки;

- ожидание совмещения оси ротора с осью симметрии корпуса;

- выключение демпфирующей катушки;

- включение следящих систем гироориентатора и системы автокомпенсации;

- измерение углового положения внутреннего кольца, β0;

- через 24 часа повторное измерение положения внутреннего кольца, β1;

- вычисление величин n0 и n1 по формулам:

- введение величин n0 и n1 в уравнения программного движения полярного гироскопа.

Реализация этого способа позволяет повысить точность корабельной навигационной системы на ЭСГ.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении точности корабельной навигационной системы.

В связи с отсутствием сведений о потребностях страны в количестве навигационных систем на ЭСГ экономический эффект изобретения подсчитать не представляется возможным.

Способ коррекции программного движения полярного электростатического гироскопа (ЭСГ) корабельной навигационной системы, содержащей два ЭСГ с демпфирующей нутационные колебания катушкой в каждом гироскопе с магнитной осью, направленной по оси симметрии корпуса гироскопа, при этом корпус гироскопа установлен в систему автокомпенсации с осью, направленной по оси симметрии корпуса гироскопа, каждый гироскоп установлен в двухосный гироориентатор, кольца которого управляются от сигналов двухкоординатной оптико-электронной системы слежения за угловым положением оси ротора, ось ротора полярного гироскопа при его запуске ориентирована близко к направлению оси Мира, а модель ухода ротора полярного гироскопа имеет вид ωx=n0-n1cosφ0; ωy=m0, где ωx и ωy - составляющие скорости ухода ротора по осям Х и У, связанным с ротором; n0, n1, m0 - коэффициенты модели ухода, φ0 - широта места, заключающийся в определении направления оси симметрии корпуса полярного гироскопа, в том числе угла разворота внутреннего кольца гироориентатора βp, при котором видимое движение этой оси в системе координат, связанной с Землей, минимально, определение составляющих ωx, ωy скорости ухода ротора по осям Х и У, связанных с ротором, приведении навигационной системы в рабочий режим, выключении следящих систем гироориентатора и системы автокомпенсации, развороте колец гироориентатора, отличающийся тем, что внутреннее кольцо гироориентатора разворачивают на величину угла, в 3-5 раз большую величин углов, при которых видимое движение оси симметрии корпуса гироскопа минимально, включают демпфирующую катушку на время, достаточное для совмещения оси ротора гироскопа с осью симметрии его корпуса, выключают демпфирующую катушку, включают следящие системы гироориентатора и систему автокомпенсации, измеряют угловое положение внутреннего кольца β0, через 24 ч повторно измеряют положения внутреннего кольца β1, после чего производят вычисление величин коэффициентов n0 и n1 прецессионного уравнения движения вектора кинетического момента ротора полярного гироскопа по формулам: где Ω - скорость вращения Земли, и вводят величины этих коэффициентов в уравнение программного движения полярного гироскопа.



 

Похожие патенты:
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 точного приборостроения и может быть использовано в составе навигационных комплексов. .

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных 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 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 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 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.

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.

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

Наверх