Система стабилизации линии визирования
Владельцы патента RU 2461799:
Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" (RU)
Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение для стабилизации поля зрения и управления линией визирования оптических приборов, размещаемых на подвижных объектах. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата система содержит датчик угловой скорости, связанный с валом привода с элементами стыковки оптических узлов, выход датчика угловой скорости подключен к первому входу сумматора, на второй вход которого подается внешний сигнал наведения, а выход сумматора подключен к входу привода стабилизации и наведения, выход которого связан с валом привода с элементами стыковки оптических узлов. При этом введены вычислитель, компаратор и нагревательный элемент, выход датчика температуры подключен к входу компаратора и к входу вычислителя. Причем выход компаратора подключен к нагревательному элементу, а выход вычислителя подключен к третьему входу сумматора. 2 ил.
Изобретение относится к системам автоматического управления и регулирования, в частности к гиростабилизирующим устройствам, и используется для обеспечения стабилизации поля зрения и управления линией визирования оптических приборов, размещаемых на подвижных объектах.
Известны различные варианты построения систем стабилизации линии визирования. Например, известно устройство стабилизации линии визирования, описанное в патенте РФ №2260773 (кл. G01C), предназначенное для стабилизации и управления линией визирования в двух плоскостях (так называемая двухканальная система) и использующее в качестве гироскопических чувствительных элементов датчики угловой скорости. Данные системы обладают таким недостатком, как низкая точность наведения линии визирования в режиме управления оператором и увод при стабилизации, обусловленные наличием большой скорости дрейфа стабилизированной линии визирования.
Наиболее удобной для рассмотрения настоящего изобретения является система стабилизации линии визирования согласно диссертационной работе А.И.Коршунова «Методы и средства повышения эффективности гирооптических систем управления объектом» (далее по тексту - диссертации) из фондов Российской Государственной библиотеки, 2005 г. Данная система стабилизации линии визирования (далее по тексту - система) принята за прототип. В соответствии с изложенным в диссертации описанием система может быть выполнена с произвольным количеством каналов (или плоскостей, контуров) стабилизации, с одной и той же структурой каждого канала стабилизации (см. с.27, 28, 82 диссертации). Поэтому принципиально может быть рассмотрена структурная схема одного контура соответственно одноканальной системы, а затем, при необходимости, такая схема может быть распространена на необходимое количество каналов в конкретном изделии при построении многоканальных систем. В изложенном ниже будет использован такой же подход.
Согласно описанию из раздела 1.3 (см. с.22-31) и раздела 3.2 (см. с.82-86) диссертации система-прототип может быть представлена в виде, показанном на фиг. 1, и имеет датчик угловой скорости, привод стабилизации и наведения, вал привода с элементами стыковки оптических узлов. Датчик угловой скорости, являющийся гироприбором, измеряет абсолютную угловую скорость связанного с ним вала привода и формирует сигнал, поступающий на сумматор. На другой вход сумматора поступает внешний сигнал наведения Н для задания скорости наведения. Выходной сигнал сумматора поступает на привод стабилизации и наведения, который, в свою очередь, разворачивает вал привода в соответствующем направлении. При этом разворачиваются и соответствующие оптические узлы, состыкованные с валом привода, что приводит к перемещению или стабилизации положения (в зависимости от режима работы) линии визирования. Из-за несовершенства датчика угловой скорости, при отсутствии сигнала наведения даже при неподвижном в пространстве вале привода на выходе датчика угловой скорости присутствует небольшой паразитный сигнал, меняющийся с изменением температуры и вызывающий дрейф (поворот в пространстве с малой скоростью) вала привода и, соответственно, состыкованных с ним оптических узлов, что приводит к дрейфу стабилизированной линии визирования. Требование уменьшения дрейфа линии визирования является одним из важнейших при выборе гироприбора согласно исследованию, приведённому в диссертации (см. с.85). При этом вынужденно применяются датчики угловой скорости с большими габаритами, так как они имеют меньший дрейф при прочих равных условиях; из-за этого, в свою очередь, растут габариты системы стабилизации линии визирования.
Недостатками системы-прототипа являются:
низкая точность наведения линии визирования в режиме управления оператором и увод при стабилизации, обусловленные отсутствием средств уменьшения скорости дрейфа стабилизированной линии визирования;
необходимость применять крупногабаритные датчики угловой скорости для минимизации дрейфа стабилизированной линии визирования.
Изобретение решает задачу повышения точности наведения линии визирования в режиме управления оператором и снижения увода при стабилизации, за счёт введения в структуру управления специальных звеньев для уменьшения скорости дрейфа стабилизированной линии визирования.
Для достижения указанного технического результата в систему-прототип, содержащую датчик угловой скорости, связанный с валом привода с элементами стыковки оптических узлов, причём выход датчика угловой скорости подключен к первому входу сумматора, на второй вход которого подаётся внешний сигнал наведения, а выход сумматора подключен к входу привода стабилизации и наведения, выход которого связан с валом привода с элементами стыковки оптических узлов,
дополнительно введены связанный с датчиком угловой скорости датчик температуры, выход которого подключен к входу компаратора и к входу вычислителя, причём выход компаратора подключен к нагревательному элементу, связанному с датчиком угловой скорости, а выход вычислителя подключен к третьему входу сумматора.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система отличается наличием новых элементов (датчика температуры, вычислителя, компаратора, нагревательного элемента). Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь вводимые элементы достаточно хорошо известны в технике, но при их введении в указанной связи в систему позволяют решить задачу повышения точности наведения линии визирования в режиме управления оператором и снизить увод при стабилизации за счёт уменьшения скорости дрейфа стабилизированной линии визирования, причём функции вычислителя могут быть выполнены процессором, имеющимся в составе привода стабилизации и наведения, в случае наличия в нём свободных вычислительных ресурсов (см. с.31 диссертации). Заявляемое изобретение позволяет добиваться уменьшения скорости дрейфа стабилизированной линии визирования без применения крупногабаритных датчиков скорости, имеющих уменьшенный дрейф.
На фиг.1 приведена структурная схема системы-прототипа.
На фиг.2 представлена структурная схема заявляемой системы.
Система содержит связанный с датчиком угловой скорости 1 датчик температуры 2, выход которого подключается к входу вычислителя 3 и к входу компаратора 4, причём выход компаратора 4 подключается к входу нагревательного элемента 5, связанному с датчиком угловой скорости 1, а выход вычислителя 3 подключается к третьему входу сумматора 6, первый вход которого подключен к выходу датчика угловой скорости 1, на второй вход сумматора 6 подаётся внешний сигнал наведения Н, а выход сумматора 6 подключен к входу привода стабилизации и наведения 7, выход которого связан с валом привода с элементами стыковки оптических узлов 8, связанным, в свою очередь, с датчиком угловой скорости 1.
Система работает следующим образом.
Датчик угловой скорости 1, являющийся гироприбором, измеряет абсолютную угловую скорость связанного с ним вала привода с элементами стыковки оптических узлов 8 и формирует на своём выходе сигнал, поступающий на привод стабилизации и наведения 7 через сумматор 6, при этом привод стабилизации и наведения 7 разворачивает вал привода с элементами стыковки оптических узлов 8 и связанный с ним датчик угловой скорости 1 по внешнему сигналу наведения Н, поступающему на сумматор 6, или, например, при отсутствии сигнала наведения, обеспечивает стабилизацию в пространстве углового положения вала привода с элементами стыковки оптических узлов 8 (неизменное направление линии визирования) в условиях качки основания системы.
Датчик температуры 2 измеряет температуру датчика угловой скорости 1 и передаёт её в вычислитель 3, который формирует поправку в соответствии с законом дрейфа нуля от температуры данного датчика угловой скорости 1. Выработанная поправка складывается в сумматоре 6 с сигналом датчика угловой скорости 1 и внешним сигналом наведения Н.
Таким образом, паразитный сигнал датчика угловой скорости 1 будет сводиться к нулю поправкой, вырабатываемой вычислителем 3, и при отсутствии внешнего сигнала наведения Н и качки не будет происходить вращения вала привода с элементами стыковки оптических узлов 8 и, соответственно, перемещения линии визирования.
Согласно проведённым экспериментам зависимость дрейфа нуля от температуры датчика угловой скорости 1 у нижней границы его предельной рабочей температуры имеет плохую воспроизводимость.
В связи с этим в систему введен компаратор 4, который включает нагревательный элемент 5, связанный с датчиком угловой скорости 1, при температуре последнего, не превышающей его нижнюю предельную рабочую температуру более чем на 10-20 градусов. При этом, в отличие от применения термостатирования датчика угловой скорости 1, нагрев на такую небольшую температуру незначительно сказывается на времени готовности системы стабилизации к работе, и нагревательный элемент 5 может иметь простую и компактную конструкцию, так как не требуется высокая точность поддержания температуры.
Полученная система имеет повышенную точность наведения линии визирования в режиме управления оператором и пониженный увод при стабилизации за счёт введения в структуру управления специальных звеньев для уменьшения скорости дрейфа стабилизированной линии визирования.
С использованием предлагаемого технического решения в ОАО «СКБПА» разработан стабилизатор МКРН.469119.012 в рамках работ по модернизации прицельного комплекса ПНК-4С-01 производства ОАО «РОМЗ» г.Ростов, в котором стабилизация поля зрения по вертикали обеспечивается за счет стабилизации головного зеркала, кинематически связанного со стабилизатором.
Результаты испытаний опытных образцов стабилизаторов подтвердили эффективность предлагаемого технического решения. Согласно проведённым сравнительным испытаниям скорость увода стабилизированной линии визирования в диапазоне рабочих углов наведения не превысила 0,25 мрад за минуту, что в несколько раз лучше значения данного параметра, полученного на серийных образцах при тех же условиях испытаний.
Система стабилизации линии визирования, содержащая датчик угловой скорости, связанный с валом привода с элементами стыковки оптических узлов, причем выход датчика угловой скорости подключен к первому входу сумматора, на второй вход которого подается внешний сигнал наведения, а выход сумматора подключен к входу привода стабилизации и наведения, выход которого связан с валом привода с элементами стыковки оптических узлов, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены связанный с датчиком угловой скорости датчик температуры, вычислитель, компаратор и нагревательный элемент, при этом выход датчика температуры подключен к входу компаратора и к входу вычислителя, причем выход компаратора подключен к нагревательному элементу, также связанному с датчиком угловой скорости, а выход вычислителя подключен к третьему входу сумматора.
