Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для азимутального ориентирования платформы трехосного гиростабилизатора в высокоточных навигационных системах различного назначения. Технический результат - упрощение конструкции измерительной системы и сокращение времени готовности гиростабилизатора. Для этого один из гироблоков системы стабилизации горизонтируемой платформы включают в режим двухстепенного гирокомпаса. Азимутальную ориентацию платформы определяют по отклонениям измеряемых углов прецессии гироскопа от расчетных значений. Измерения и определение азимута осуществляют до достижения углом прецессии расчетного конечного значения, выбираемого в пределах измеряемых датчиком углов гироблока системы стабилизации. Гироскоп возвращают в исходное положение и процесс ориентации периодически повторяют до достижения требуемой точности азимутальной ориентации платформы, не меняя значения конечного угла прецессии.

 

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора в высокоточных навигационных системах различного назначения.

Известен способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора (ТГС) по углу прецессии двухстепенного гироблока системы стабилизации платформы, используемого в режиме гирокомпаса [1]. Для этого гироблок системы стабилизации платформы относительно одной из горизонтальных осей отключают от системы стабилизации, горизонтирование и стабилизацию платформы относительно этой оси осуществляют с помощью акселерометра, отключаемого от датчика моментов гироблока и подключаемого к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации. Азимут платформы определяют путем обработки сигналов, снимаемых с широкодиапазонного кодового датчика угла гироблока.

Датчики углов поворота гирокамеры (поплавка) относительно корпуса прибора в современных двухстепенных поплавковых гироскопах (гироблоках) системы стабилизации платформы ТГС обычно рассчитаны на измерение достаточно малых углов - меньше 1-20 ([2], с. 316). При использовании же компасного режима максимальные значения углов прецессии гироскопов к меридиану, требуемые для определения азимутальной ориентации платформы, существенно больше (примерно 300-400). Поэтому для реализации способа требуется разработка двухстепенного гироблока с широкодиапазонным кодовым датчиком угла, обеспечивающим высокоточное измерение азимута платформы ТГС при больших углах поворота ротора гироблока. Это усложняет конструкцию гироблока системы стабилизации платформы и является основным недостатком способа. Кроме того, к недостаткам следует отнести необходимость построения алгоритма определения азимута платформы ТГС на основе полной нелинейной динамической модели движения гироскопа с учетом действия на двухстепенной гироскоп внешних и внутренних возмущений, имеющих случайную природу.

Известен также способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока [3], в котором один двухстепенный гироблок системы стабилизации платформы также используется в режиме гирокомпаса. Азимут определяют по сигналам, равным разности между расчетными (номинальными) значениями угла прецессии и соответствующими значениями, снимаемыми с широкодиапазонного кодового датчика угла. Условно эти разности названы приращениями углов прецессии гироблоков. Исходная динамическая модель движения гироскопа представляется в следующем виде:

где А0 - начальный азимут оси платформы ТГС;

β - угол прецессии гироскопа, то есть угол между одной из осей платформы ТГС, направленной на север с погрешностью А0, и осью чувствительности гироблока (ось чувствительности гироблока перпендикулярна оси ротора гироскопа);

I - момент инерции гироскопа;

ƒ - коэффициент демпфирования;

Н - кинетический момент;

ωГ - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

α=(ωДР - ωВ)t - угол поворота платформы относительно Земли по азимуту;

ωB - вертикальная составляющая угловой скорости вращения Земли;

ωДР - угловая скорость дрейфа платформы ТГС относительно вертикальной оси;

Мвр - возмущающие моменты.

Номинальные значения угла прецессии гироблока βH определяются в соответствии с расчетным нелинейным дифференциальным уравнением невозмущенного движения:

Это уравнение описывает изменение угла βH при действии гироскопического момента, обусловленного горизонтальной составляющей угловой скорости Земли ωГ, в предположении, что в начальный момент времени одна из осей платформы ТГС направлена точно на север, направление оси чувствительности измерительного гироблока совпадает с направлением данной оси, а вредные моменты Мвр отсутствуют, то есть при t=0: А0=0 и β=0.

Номинальные значения угла прецессии βH в соответствии с (2) рассчитывают одним из численных методов, например методом Рунге-Кутта [4]. Исходное уравнение (1) линеаризуют относительно уравнения (2), а для определения начального азимута А0 оси ХП платформы ТГС используют известные методы оценок параметров линейных систем в условиях действия случайных возмущений, например, оптимальный фильтр Калмана [5]. Текущий азимут AП(t) оси платформы ТГС, а также азимут AГБ(t) оси чувствительности гироблока определяют по формулам:

К недостаткам рассмотренных способов кроме необходимости использования широкодиапазонного кодового датчика угла следует отнести существенные затраты времени на возвращение гироскопа в исходное положение с больших углов прецессии, что увеличивает время готовности ТГС к целевому использованию после осуществления азимутальной ориентации.

В дальнейшем для краткости изложения гироблок системы стабилизации платформы ТГС, используемый в компасном режиме для измерения углов поворота гироскопа, называется измерительным гироблоком.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков рассмотренных выше способов азимутальной ориентации платформы ТГС - упрощение конструкции измерительного гироблока, сокращение времени готовности трехосного гиростабилизатора для его целевого назначения.

В качестве прототипа был принят второй способ, использующий приращения номинальных углов прецессии измерительного гироблока.

Поставленная цель достигается тем, что для азимутальной ориентации платформы ТГС используют один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляют путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока контура стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации, а азимутальную ориентацию платформы определяют по отклонениям измеряемого угла прецессии гироблока от номинальных значений данного угла, причем углы прецессии гироблока измеряют до момента достижения ими расчетного конечного значения, устанавливаемого в пределах диапазона углов, измеряемых датчиком углов гироблока системы стабилизации; значение азимута, определенное в конце измерений запоминают в вычислительном устройстве, на датчик моментов измерительного гироблока подают расчетный управляющий ток и возвращают гироскоп в исходное положение; циклы измерений и определения азимута повторяют, не меняя значения конечного угла прецессии, и продолжают их до достижения требуемой точности азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора.

Конечный угол прецессии гироблока устанавливают в пределах примерно 70-90% от диапазона измерений углов датчиком угла гироблока системы стабилизации. Значение задаваемой величины конечного угла определяется исходя из требования к времени перехода ТГС в исходное состояние. Периодические циклы измерений прекращаются при достижении требуемой точности определения азимутального положения платформы. При таком задании конечных углов прецессии отпадает необходимость в применении широкодиапазонного кодового датчика угла поворота гироскопа и уменьшается время возврата гирокамеры измерительного гироблока в исходное положение. Поэтому предлагаемый способ азимутальной ориентации платформы ТГС по периодическим измерениям углов прецессии гироблока дает возможность значительно упростить конструкцию измерительного гироблока, а также сократить время перехода ТГС из режима азимутальной ориентации платформы в режим целевого использования.

Сравнительный анализ существенных признаков способа азимутальной ориентации платформы ТГС, выбранного прототипом, и предлагаемого способа показывает, что предлагаемый способ азимутальной ориентации отличается тем, что углы прецессии гироблока измеряют до момента достижения ими расчетного конечного значения, устанавливаемого в пределах диапазона углов, измеряемых датчиком углов гироблока системы стабилизации; значение азимута, определенное в конце измерений запоминают в вычислительном устройстве, на датчик моментов измерительного гироблока подают расчетный управляющий ток и возвращают гироскоп в исходное положение; циклы измерений и определения азимута повторяют, не меняя значения конечного угла прецессии, и продолжают их до достижения требуемой точности азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора.

Таким образом, предложенный способ имеет новизну. Авторам не известна совокупность существенных признаков, применяемых для решения данной технической задачи, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации:

1. Патент RU №2324897.

2. Никитин Е.А., Шестов С.А., Матвеев В.А. Гироскопические системы. - М.: «Высшая школа», 1988, - 432 с.

3. Патент RU №2509289.

4. Дьяконов В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007. Самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2008.

5. Брамер К., Зифлинг Г. Фильтр Калмана - Бьюси. - М.: «Наука», 1982, - 200 с.

Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора, заключающаяся в том, что используют один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляют путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока контура стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации, а азимутальную ориентацию платформы определяют по отклонениям измеряемого угла прецессии гироблока от номинальных значений данного угла, отличающаяся тем, что углы прецессии гироблока измеряют до момента достижения ими расчетного конечного значения, устанавливаемого в пределах диапазона углов, измеряемых датчиком углов гироблока системы стабилизации; значение азимута, определенное в конце измерений, запоминают в вычислительном устройстве, на датчик моментов измерительного гироблока подают расчетный управляющий ток и возвращают гироскоп в исходное положение; циклы измерений и определения азимута повторяют, не меняя значения конечного угла прецессии, и продолжают их до достижения требуемой точности азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гиростабилизированным устройствам, размещаемым на подвижных объектах, для получения неподвижного изображения и управления линией визирования оптических приборов.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании бесплатформенных инерциальных навигационных систем подвижных носителей. Сущность изобретения заключается в том, что на основе измеряемых сигналов восемнадцати датчиков сил далее в встроенном компьютере вычисляются пять сил реакций опор центрального стержня и момент сил относительно оси, совпадающей с направлением центрального стержня, в локальном компьютере вычисляются восемнадцать переменных инерциальной информации с привлечением априорной информации о параметрах инерциальных датчиков и параметрах их установки на объекте, в бортовом компьютере вычисляются пятнадцать переменных навигационной информации с привлечением априорной информации об угловой скорости Земли, ее гравитационном поле и начальных условиях об ориентации, движении и положении объекта, а затем вычисляется функция управления движением объекта с привлечением априорной информации о программных законах движения объекта во времени.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано при разработке комплексированных навигационных систем, в которых основная навигационная информация, поставляемая бесплатформенными инерциальными навигационными системами (БИНС), корректируется по позиционной и скоростной информации, поставляемой источниками внешней информации.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании навигационных комплексов. Способ коррекции инерциальной навигационной системы (ИНС) заключается в том, что ИНС корректируется предварительно комплектированными внешними источниками навигационной информации путем воздействия корректирующими сигналами на гироскопы горизонтальных каналов ИНС с помощью датчиков момента гироскопов непосредственно и через интегральную коррекцию.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах управления подвижных объектов (летательных аппаратов) с использованием гиростабилизированной платформы, установленной на изделии в кардановом подвесе.

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора, например, в навигационных системах различного назначения.

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств и может найти применение в комплексной навигационной аппаратуре на основе аппаратуры счисления координат и спутниковой навигационной системы.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для создания прецизионных систем инерциальной навигации подвижных объектов.

Группа изобретений относится к средствам для определения положения объектов в заданной системе координат. Инерциальный блок для закрепления на вращающемся узле транспортного средства, сочлененный с его силовым оборудованием, содержит по меньшей мере один датчик ускорения, и/или по меньшей мере один магнитометр, выполненный с возможностью определения угла наклона вращающегося узла, и/или по меньшей мере одно счетное устройство, выполненное с возможностью определения количества вращений вращающегося узла, и два гироскопа, выполненные с возможностью определения направления на уровне обода вращающегося узла в целях предоставления информации об углах для определения положения, при этом данные первого гироскопа умножаются на ряд синусов, а данные второго гироскопа умножаются на ряд косинусов, причем оба ряда выбираются таким образом, чтобы обеспечить максимально точное представление рядов значений акселерометра, и чтобы сумма ряда была равна нулю с максимально возможной точностью.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например в высокоточных навигационных системах различного назначения.

Изобретение относится к способу построения траектории летательного аппарата (ЛА) обхода опасных зон. Для построения траектории по известным координатам начальной и конечной точек пути, направлению скорости ЛА в начальной точке, допустимому радиусу разворота, а также множеству опасных зон определенным образом решают задачу нахождения кратчайшего пути с помощью метода Дейкстры.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании гирокомпасов аналитического типа. Способ гирокомпасирования с применением датчика угловой скорости (ДУС) заключается в том, что после начальной выставки оси чувствительности ДУС в плоскость местного горизонта осуществляется последовательный дискретный поворот оси чувствительности ДУС на заданные углы в направлении плоскости местного меридиана (n-1) раз, в каждом очередном положении оси чувствительности ДУС осуществляется низкочастотная фильтрация выходного сигнала ДУС в течение фиксированного интервала времени.
Изобретение относится к области сигнальных устройств, а именно устройств, сигнализирующих о местонахождении перемещающегося объекта с передачей сигналов на центральную станцию, и может быть использовано для мониторинга перемещения транспортных средств и грузов, пассажиров и обслуживающего персонала транспортных средств, персонала предприятий, а также лиц, перемещение которых подлежит контролю.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств. Система транспортного средства содержит датчик (120), устройство обработки (125) и устройство связи (130).
Изобретение относится к области инженерной психологии и служит для облегчения управления регулируемым параметром, высотой полета летательных аппаратов. На общую шкалу совместно с индексом высоты индицируют прогнозирующий индекс, положение которого отличается от индекса высоты и опережает его при совместном перемещении по шкале на сумму величины, пропорциональной вертикальной скорости, с величиной, пропорциональной темпу изменения вертикальной скорости.

Изобретение относится к транспортным средствам. Система выбора совместно используемого транспортного средства содержит компьютер, хранящий команды для приёма выбора совместно используемого транспортного средства; определения, находится ли совместно используемое транспортное средство в поле зрения камеры пользовательского устройства; выдачи на пользовательское устройство указаний на совместно используемое транспортное средство.

Изобретение относится к определению внутреннего местоположения. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения перемещающихся объектов во внутренних средах.

Изобретение относится области электротехники для наблюдения за соблюдением правил техники безопасности сотрудниками. Технический результат направлен на расширение арсенала средств того же назначения.

Группа изобретений относится к автономной космической навигации космических аппаратов (КА), в частности, на обеих сторонах поверхности Луны. Способ включает измерения в аппаратной системе координат ориентации местной вертикали в точке позиционирования КА бортовым датчиком вертикали, а также положений двух навигационных звезд бортовыми звездными датчиками.

Группа изобретений относится к интеллектуальным системам управления подвижными объектами. Способ создания трека для автономного движения подвижного объекта по заданному пути движения включает в себя шаги, на которых формируют путь движения и представляют его в виде множества последовательных опорных точек в трёхмерной системе координат.
Наверх