Способ гироскопической стабилизации платформы

Авторы патента:

G01C21/18 - на стабилизированных платформах, например с помощью гироскопов

Владельцы патента RU 2477834:

Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к управляемым гиростабилизаторам с косвенной стабилизацией, работающим на подвижных объектах. Способ заключается в том, что для стабилизации положения платформы, установленной на основании с возможностью вращения относительно оси, параллельной основанию, определяют угол поворота платформы относительно стабилизируемого положения и скорость изменения угла поворота. Определяют угловую скорость основания относительно оси, параллельной оси вращения платформы, формируют управляющий сигнал, который подают на исполнительный двигатель, поворачивающий платформу и компенсирующий моменты, возмущающие стабилизируемую платформу. Дополнительно определяют угол поворота платформы относительно основания, в момент изменения знака угловой скорости фиксируют значение угла поворота платформы относительно основания, а к управляющему сигналу добавляют дополнительный сигнал, который формируют в функции отклонения угла поворота основания относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости. Дополнительный сигнал формируют пропорционально зависимости момента сухого трения от угла поворота основания. Изобретение обеспечивает повышение точности гиростабилизатора за счет компенсации возмущающего момента от сухого трения в опорах платформы. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к управляемым гиростабилизаторам с косвенной стабилизацией, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации положения чувствительных элементов.

Известны способы гироскопической стабилизации, в которых повышение точности гиростабилизатора достигается за счет формирования компенсирующих моментов, разгружающих ось стабилизируемой платформы от возмущающих моментов (патент США №3920199, патенты России №№2011171, 2193160).

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является способ гироскопической стабилизации, описанный в книге Бесекерский В.А, Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. Л.: Судостроение, 1968, стр.105-124. В известном способе, принятом за прототип, повышение точности гиростабилизатора достигается за счет компенсации возмущающих моментов от вязкого трения в оси подвеса платформы.

Способ-прототип заключается в том, что для стабилизации положения платформы, установленной на основании с возможностью вращения относительно оси, параллельной основанию, определяют угол поворота платформы относительно стабилизируемого положения и скорость изменения угла поворота, затем определяют угловую скорость основания относительно оси, параллельной оси вращения платформы, формируют управляющий сигнал для управления положением платформы, подают управляющий сигнал на исполнительный двигатель и компенсируют моменты, возмущающие стабилизируемую платформу.

В известном способе гироскопической стабилизации управляющий сигнал формируется с использованием угла поворота платформы относительно стабилизируемого положения и скорости его изменения, измеряемых инерциальными датчиками, установленными на платформе. Для уменьшения ошибки от вязкого трения в опорах подвеса платформы к управляющему сигналу добавляют сигнал, сформированный как сумма производных движения основания относительно оси, параллельной оси вращения платформы. Однако при этом не компенсируется ошибка от сухого трения в опорах платформы. Сухое трение в опорах платформы изменяется при изменении направления движения основания, изменение момента сухого трения возмущает систему стабилизации и вызывает ошибку, доминирующую среди погрешностей гиростабилизатора.

Задачей изобретения является повышение точности гиростабилизатора за счет компенсации возмущающего момента от сухого трения в опорах платформы.

Задача решается тем, что в известном способе гироскопической стабилизации, заключающемся в том, что для стабилизации положения платформы, установленной на основании с возможностью вращения относительно оси, параллельной основанию, определяют угол поворота платформы относительно стабилизируемого положения и скорость изменения угла поворота, определяют угловую скорость основания относительно оси, параллельной оси вращения платформы, формируют управляющий сигнал для управления положением платформы, подают управляющий сигнал на исполнительный двигатель, поворачивающий платформу и компенсирующий моменты, возмущающие стабилизируемую платформу, дополнительно определяют угол поворота платформы относительно основания, в момент изменения знака угловой скорости фиксируют значение угла поворота платформы относительно основания, а к управляющему сигналу добавляют дополнительный сигнал, который формируют в функции отклонения угла поворота основания относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости.

Отклонение угла поворота основания относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости, определяют путем интегрирования угловой скорости.

Дополнительный сигнал формируют пропорционально зависимости момента сухого трения от угла поворота основания.

Блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ гироскопической стабилизации, приведена на фиг.1.

Устройство содержит платформу 1, установленную на подшипниковых опорах 2 и 3 на основании 4 с вращением относительно оси, параллельной основанию 4, исполнительный двигатель 5, установленный на основании 4 и осуществляющий поворот платформы 1, установленный на платформе 1 гироскопический датчик угла 6 с осью чувствительности, параллельной оси вращения платформы 1, установленный на основании 4 датчик угловой скорости 7 с осью чувствительности, параллельной оси вращения платформы 1, и блок управления 8. Входы блока управления 8 соединены с выходами гироскопического датчика угла 6 и датчика угловой скорости 7, а выход подключен к исполнительному двигателю 5.

Устройство работает следующим образом.

Исполнительный двигатель 5, отрабатывая управляющий сигнал, поступающий с блока управления 8, удерживает платформу 1 в стабилизируемом положении, при котором сигнал с гироскопического датчика угла 6 равен нулю. При колебаниях основания 4 вокруг оси вращения платформы 1 система стабилизации испытывает возмущения, под действием которых платформа 1 отклоняется от заданного положения. При колебаниях основания 4 вокруг оси вращения платформы 1 датчик угловой скорости 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный угловой скорости основания. Сигнал угловой скорости от датчика 7 поступает на вход блока управления 8, где добавляется к управляющему сигналу для компенсации возмущения от вязкого трения. Кроме того, в блоке 8 из сигнала датчика 7 в функции отклонения угла поворота основания 4 относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости, формируется дополнительный сигнал, который добавляется к управляющему сигналу, подаваемому на исполнительный двигатель 5, и препятствует отклонению платформы 1 от заданного положения.

Таким образом, в описанном устройстве для стабилизации положения платформы 1, установленной на основании 4 с возможностью вращения относительно оси, параллельной основанию 4, определяют угол поворота платформы 1 относительно стабилизируемого положения и скорость изменения угла поворота, определяют угловую скорость основания 4 относительно оси, параллельной оси вращения платформы 1, формируют управляющий сигнал для управления положением платформы 1, подают управляющий сигнал на исполнительный двигатель 5, поворачивающий платформу 1 и компенсирующий моменты, возмущающие стабилизируемую платформу 1, дополнительно определяют угол поворота платформы 1 относительно основания 4, в момент изменения знака угловой скорости основания 4 фиксируют значение угла поворота платформы 1 относительно основания 4, а к управляющему сигналу добавляют дополнительный сигнал, который формируют в функции отклонения угла поворота основания 4 относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости. Формирование и подача дополнительного сигнала на исполнительный двигатель 5 обеспечивает компенсацию возмущающего момента, обусловленного сухим трением в подшипниковых опорах 2 и 3, и повышение точности стабилизации положения платформы 1.

Отклонение угла поворота основания 4 относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости, определяют, в частности, путем интегрирования угловой скорости.

Дополнительный сигнал формируют, в частности, пропорционально зависимости момента сухого трения от угла поворота основания 4.

Использование данного способа позволяет существенно повысить точность гиростабилизаторов, используемых на подвижных объектах, в результате подавления возмущений, возникающих при колебаниях основания в моменты изменения угловой скорости основания. Повышение точности гиростабилизаторов достигается за счет уменьшения на порядок и более составляющей ошибки, обусловленной сухим трением в подшипниковых опорах.

1. Способ гироскопической стабилизации платформы, установленной на основании с возможностью вращения относительно оси, параллельной основанию, заключающийся в том, что определяют угол поворота платформы относительно стабилизируемого положения и скорость изменения угла поворота, определяют угловую скорость основания относительно оси, параллельной оси вращения платформы, формируют управляющий сигнал для управления положением платформы, подают управляющий сигнал на исполнительный двигатель, осуществляющий поворот платформы и компенсирующий моменты, возмущающие стабилизируемую платформу, отличающийся тем, что дополнительно определяют угол поворота платформы относительно основания, в момент изменения знака угловой скорости фиксируют значение угла поворота платформы относительно основания, а к управляющему сигналу добавляют дополнительный сигнал, который формируют в функции отклонения угла поворота основания относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отклонение угла поворота основания относительно угла, зафиксированного в момент изменения знака угловой скорости, определяют путем интегрирования угловой скорости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный сигнал формируют пропорционально зависимости момента сухого трения от угла поворота основания.

Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение для стабилизации поля зрения и управления линией визирования оптических приборов, размещаемых на подвижных объектах.

Способ спутниковой коррекции гироскопических навигационных систем морских объектов // 2428659

Изобретение относится к области корректируемых по информации от навигационных спутников гироскопических систем навигации морских объектов. .

Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора // 2428658

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения. .

Устройство стабилизации линии визирования // 2414732

Изобретение относится к управляемым гиростабилизаторам линии визирования, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации оптического изображения.

Способ определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической // 2407989

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при разработке, изготовлении и эксплуатации самоориентирующихся гироскопических систем курсоуказания и курсокреноуказания.

Гироскопическое следящее за целью устройство самонаводящейся вращающейся вокруг продольной оси ракеты // 2397435

Изобретение относится к области наведения управляемых снарядов. .

Способ определения угловых параметров движения беспилотного летательного аппарата // 2374609

Изобретение относится к способам определения угловых параметров движения крылатых беспилотных летательных аппаратов (далее БЛА) и может быть использовано при управлении БЛА, совершающего маневр с помощью различных режимов полета: рикошетирования, планирования и комбинированного режима.

Способ и устройство определения курса объекта // 2347192

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности к средствам прецизионного измерения курса объекта при контроле погрешности выработки курса системами навигации корабля при нахождении его у причала.

Элемент силового гироскопического устройства для создания управляющего момента на борту искусственного спутника земли // 2343419

Изобретение относится к электромеханическим исполнительным органам систем ориентации искусственных спутников Земли. .

Способ определения азимута с помощью датчика угловой скорости // 2340875

Изобретение относится к области определения азимута заданного направления и может быть использовано в геодезии, навигации, топографии, системах прицеливания и наведения.

Способ контроля гиростабилизированной платформы // 2491508

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для контроля гиростабилизированных платформ космического назначения

Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока // 2509289

Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока относится к области приборостроения и может быть использована для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения. Технический результат - повышение точности и сокращение времени определения азимута базового направления, связанного с платформой трехосного гиростабилизатора. Для достижения данных целей используется один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляется путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока системы стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации. Перед началом измерений одну из осей, связанных с платформой трехосного гиростабилизатора, грубо приводят по азимуту к меридиану. Одновременно со считыванием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла гироблока рассчитываются номинальные значения данного угла в соответствии с уравнением номинального движения, а азимут оси чувствительности гироблока определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями датчика угла этого гироблока. 1 ил.

Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся токам коррекции // 2509979

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение точности. Для этого определение азимута осуществляется без связи с заданным базовым направлением на Земле. Перед началом измерений платформа грубо приводится в требуемое положение по азимуту, при этом в датчик моментов азимутального гироблока подается расчетный управляющий сигнал. Азимутальное положение платформы определяется по информации о токах коррекции в датчиках моментов системы точного приведения платформы в горизонт.

Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора по углу поворота корпуса гироблока // 2513631

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения. Предлагаемый способ заключается в том, что корпус одного из гироблоков, вектор кинетического момента которого направлен примерно на запад или на восток, поворачивают относительно платформы трехосного гиростабилизатора в азимуте вслед за поворотом гироскопа к меридиану. Поворот корпуса осуществляется следящей системой, состоящей из шагового двигателя, на вход которого поступают импульсы, частота следования которых пропорциональна сигналу, снимаемому с датчика угла гироблока. Азимут платформы трехосного гиростабилизатора определяется путем обработки информации об угле поворота корпуса гироблока, который пропорционален числу импульсов на входе шагового двигателя.

Способ коррекции дрейфа микромеханического гироскопа, используемого в системе дополненной реальности на движущемся объекте // 2527132

Способ коррекции дрейфа микромеханического гироскопа, используемого в системе дополненной реальности на движущемся объекте. Изобретение относится к области навигационного приборостроения. Для повышении эффективности пространственной ориентации операторов, управляющих подвижными объектами (автомобилями, водными и воздушными судами) могут применяться системы дополненной реальности в виде наголовных модулей, включающие, в том числе, автономные подсистемы ориентации, обеспечивающие определение трех угловых координат положения линии наблюдения в пространстве. Недостатком подсистем ориентации, выполненных на микромеханических элементах (гироскопах, акселерометрах, магнитометрах) является значительный дрейф данных, особенно по углу рыскания, достигающий нескольких сотен градусов в час. Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышение точности пространственной ориентации посредством микромеханических гироскопов за счет коррекции их дрейфа с помощью данных спутниковой навигационной системы и оптического распознавания маркеров дополненной реальности. Технический результат достигается тем, что по данным бортового приемника спутниковой навигационной системы с помощью метода регрессионного анализа строится трехмерный вектор движения объекта и, при обнаружении участка прямолинейного движения, производится коррекция показаний гироскопа по углам рыскания и тангажа путем приведения их к угловым координатам текущего вектора движения. Для учета положения головы оператора относительно движущегося объекта применяется оптическое распознавание графических маркеров (четких изображений различных геометрических фигур), неподвижно размещенных на объекте в поле зрения видеокамеры, также входящей в наголовный модуль системы дополненной реальности. 1 ил.

Устройство наведения двухосного гиростабилизатора // 2532242

Изобретение относится к системам автоматического регулирования, а конкретно к двухосным управляемым гиростабилизаторам оптической линии визирования, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и наведения линии визирования. Устройство содержит исполнительные двигатели наружной и внутренней рамок, установленные на осях вращения наружной и внутренней рамок, усилители каналов наружной и внутренней рамок, выходы которых соединены с входами исполнительных двигателей наружной и внутренней рамок, выходные валы наружной и внутренней рамок, связанные с выходами исполнительных двигателей наружной и внутренней рамок, электронный преобразователь координат, выходы которого соединены с входами усилителей каналов наружной и внутренней рамок. Дополнительно введены пульт наведения, входы которого связаны с сигналами углов наведения на цель по азимуту и высоте, постоянного угла наклона наружной рамки и угла поворота выходного вала подвеса, а выходы пульта наведения соединены с соответствующими входами электронного преобразователя координат, исполнительный двигатель подвеса, установленный на основании, усилитель канала подвеса, вход которого соединен с выходом пульта наведения, а выход усилителя канала подвеса соединен с входом исполнительного двигателя подвеса. Техническим результатом является повышение точности наведения двухосного гиростабилизатора в подвесе за счет использования электронного преобразователя координат в устройстве наведения.

Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора на подвижном основании // 2541710

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для определения положения платформы трехосного гиростабилизатора в азимуте, например, в высокоточных навигационных системах различного назначения. Технический результат - возможность определения азимутального положения гиростабилизированной платформы в условиях азимутальных смещений основания, упрощение конструкции, сокращение времени и повышение точности определения азимутального положения платформы. Для этого измерения производятся в инерциальном режиме функционирования системы стабилизации платформы относительно вертикальной оси. Перед началом измерений платформа грубо устанавливается и удерживается в требуемом исходном положении по азимуту. Азимутальное положение определяется по информации о токах обратной связи и углах поворота штатного гироблока, отключаемого от системы стабилизации и включаемого в режим датчика угловой скорости. Стабилизация и горизонтирование платформы при измерениях осуществляется соответствующим акселерометром, подключенным через усилитель к двигателю стабилизации. 1 з.п. ф-лы.

Способ автономного определения азимута гиростабилизированной платформы // 2552608

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано в навигационных системах. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого определение азимута производится при введении одного из гироблоков системы стабилизации в компасный режим путем его отключения от штатного канала системы стабилизации, при осуществлении стабилизации и горизонтирования платформы в измененном канале стабилизации с помощью соответствующего акселерометра, отключаемого от датчика моментов гироблока и подключаемого через усилитель к двигателю стабилизации платформы измененного канала, а также при осуществлении режима «памяти» в азимутальном канале. В расчетный момент времени на датчик моментов гироблока подаются управляющие сигналы, возвращающие гироскоп в исходное положение. Определение азимута исходного положения платформы производится по сигналам с датчика угла гироблока и акселерометра. Использование управляющих сигналов дает возможность сократить время измерительного процесса за счет совмещения его с процессом приведения компасного гироскопа в исходное положение при одновременном обеспечении заданной точности определения азимута платформы, а также возможность для ТГС дальнейшего непрерывного функционирования по назначению.

Способ калибровки инерционного датчика, установленного в произвольной позиции на борту транспортного средства, и система датчиков динамических параметров транспортного средства, выполненная с возможностью установки на борту в произвольной позиции // 2591018

Группа изобретений относится к установке и работе инерционных датчиков, таких как, например, датчики пространственного положения (гироскопы) или датчики движения (акселерометры) на борту транспортного средства. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений. В способе осуществляют калибровку устройства (S) инерционного датчика, установленного в произвольной позиции на борту транспортного средства (V), на основе формирования (200-500) матрицы (R) преобразования, приспособленной преобразовывать реально измеренные данные динамических параметров транспортного средства (V), найденных в локальной системе (x, y, z) координат, в данные, указывающие динамические параметры транспортного средства (V) в системе (X, Y, Z) координат транспортного средства, причем значение каждого элемента матрицы (R) преобразования модифицируют посредством наложения ограничения ортогональности (600) матрицы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ и система для определения угловой ориентации устройств корабля с учетом деформаций его корпуса // 2599285

Изобретение относится к судовым системам ориентации и может найти применение в системах угловой ориентации устройств корабля с учетом статических и динамических деформаций корпуса корабля, а также ошибок установки систем на корабле. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого система содержит блок ориентации, соединенный с системой корабля, навигационный комплекс корабля, преобразователи координат, интегрирующие, множительные и запоминающие устройства, а также фильтры нижних частот. Угловое положение блока ориентации осуществляется замкнутыми системами автоматического регулирования, образованными из элементов системы. Текущие значения углов ориентации вычисляются путем совместной обработки в общей горизонтальной системе координат скоростей изменений этих углов, определенных блоком ориентации, и углов ориентации, определенных навигационным комплексом. Статические поправки к углам бортовой и килевой качек вычисляются, сглаживаются фильтрами и запоминаются как разности измеренных блоком ориентации и навигационным комплексом соответствующих величин. Статическая поправка курса вычисляется, сглаживается фильтром и запоминается после определения статических поправок к углам бортовой и килевой качек. Статическая поправка курса определяется путем сравнения между собой направлений, вокруг которых в данный момент времени происходят наклоны палубы корабля в местах расположения блока ориентации и навигационного комплекса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.