RU176676U1 - SINGLE-HYGROSOPLE THREE-COMPONENT MEASURER OF ANGLE OF TURNS OF THE OBJECT ON ELECTROSTATIC SUSPENSION - Google Patents
SINGLE-HYGROSOPLE THREE-COMPONENT MEASURER OF ANGLE OF TURNS OF THE OBJECT ON ELECTROSTATIC SUSPENSION Download PDFInfo
- Publication number
- RU176676U1 RU176676U1 RU2017101033U RU2017101033U RU176676U1 RU 176676 U1 RU176676 U1 RU 176676U1 RU 2017101033 U RU2017101033 U RU 2017101033U RU 2017101033 U RU2017101033 U RU 2017101033U RU 176676 U1 RU176676 U1 RU 176676U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- electrodes
- along
- measuring
- pairs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/02—Rotary gyroscopes
- G01C19/04—Details
- G01C19/16—Suspensions; Bearings
- G01C19/24—Suspensions; Bearings using magnetic or electrostatic fields
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в системах ориентации, навигации и управления таких подвижных объектов, как подводная лодка, корабль, самолет, спутник, автомобиль и других, где требуется информация о трех углах поворотов подвижного объекта (ПО). Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого одногироскопный измеритель трех углов поворотов подвижного объекта на электростатическом подвесе содержит сферический ротор, выполненный из материала с высокой электропроводностью и заключенный в вакуумную концентрическую сферическую камеру, на внутренней поверхности которой выполнены три пары силовых поддерживающих электродов, также выполненных из материала с высокой электропроводностью, электроизолированных от внутренней поверхности камеры, такое же количество по тем же осям ПО расположенных электроизолированных измерительных электродов съема информации о радиальных перемещениях ротора, выполненных из того же материала, что и силовые электроды, двухфазный асинхронный двигатель привода ротора с двумя обмотками и фазосдвигающим конденсатором, обмотки двух датчиков моментов, оси моментов которых перпендикулярны оси собственного вращения гироскопа, две пары фотоэлектрических датчиков углов для съема информации о двух углах подвижного объекта с помощью специальных рисунков на поверхности ротора, электронную схему обработки информации об угловом положении ротора с блоком начальной выставки, блок источников электрического питания, блок вакуумирования. В конструкцию прибора дополнительно введена пара фотоэлектрических датчиков углов по третьей оси ПО, а также по этой оси введены две пары измерительных сегментных электродов, по всем трем осям ПО пары измерительных сегментных электродов выполнены так, что каждый из них расположен по бокам от силовых электродов, в электронную схему обработки информации дополнительно введены канал обработки информации с контроллером об угловом положении подвижного объекта вокруг третьей оси ПО, блок возбуждения и управления синхронными поступательными колебаниями ротора вдоль одной из экваториальных и вдоль полярной осей внутренней поверхности камеры, при этом каждая из пар измерительных электродов, расположенных по бокам от силовых электродов, соединена в шесть измерительных цепочек, состоящих из единого для всех цепочек высокочастотного источника напряжения питания и индивидуальных двух входящих в пару сегментных измерительных электродов, индуктивности и эталонного резистора для съема информации о радиальном перемещении ротора гироскопа. 5 ил.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used in orientation, navigation and control systems of such moving objects as a submarine, ship, plane, satellite, car and others, where information about the three angles of rotation of a moving object (PO) is required. The technical result is an extension of functionality. For this, a single-microscope three-angle meter for rotating a moving object on an electrostatic suspension contains a spherical rotor made of a material with high electrical conductivity and enclosed in a vacuum concentric spherical chamber, on the inner surface of which there are three pairs of power supporting electrodes, also made of a material with high electrical conductivity, electrically insulated from the inner surface of the camera, the same amount along the same axes of software located electrically insulated from measuring electrodes for acquiring information about rotor radial movements made of the same material as power electrodes, a two-phase asynchronous rotor drive motor with two windings and a phase-shifting capacitor, windings of two torque sensors whose moment axes are perpendicular to the gyroscope axis of rotation, two pairs of photoelectric sensors angles for collecting information about the two corners of a moving object using special drawings on the surface of the rotor, an electronic circuit for processing information about the angular the position of the rotor with the block of the initial exhibition, the block of electric power sources, the vacuum unit. In addition, a pair of photoelectric angle sensors along the third axis of the software is introduced into the device’s design, and two pairs of measuring segment electrodes are introduced along this axis, along all three axes of the software, pairs of measuring segment electrodes are made so that each of them is located on the sides of the power electrodes, in an electronic information processing circuit additionally introduced an information processing channel with a controller about the angular position of the moving object around the third axis of the software, a unit for excitation and synchronous translational control rotor vibrations along one of the equatorial and along the polar axes of the inner surface of the chamber, while each of the pairs of measuring electrodes located on the sides of the power electrodes is connected into six measuring chains consisting of a single high-frequency power supply source and two individual a pair of segmented measuring electrodes, inductance and a reference resistor for reading information about the radial movement of the gyro rotor. 5 ill.
Description
Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в системах ориентации, навигации и управления таких подвижных объектов, как подводная лодка, корабль, самолет, спутник, автомобиль и других, где требуется информация о трех углах поворотов подвижного объекта (ПО). Особенность прибора состоит в том, что он однороторный. В отличие от других приборов, дополнительно измеряет угол поворота ПО вокруг оси собственного вращения ротора, в силу чего на выходе выдает информацию о трех углах поворотов ПО в инерциальном пространстве.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used in orientation, navigation and control systems of such moving objects as a submarine, ship, plane, satellite, car and others, where information about the three angles of rotation of a moving object (PO) is required. The feature of the device is that it is single-rotor. Unlike other devices, it additionally measures the angle of rotation of the software around the axis of its own rotation of the rotor, whereby the output gives information about the three angles of rotation of the software in inertial space.
Известен микромеханический гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора (Пат. РФ №2158903, МПК G01C 19/24, G01P 15/14, 2000 г., авторы Чеботаревский Ю.В., Мельников А.В., Плотников П.К.), содержащий статически и динамически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, имеющий электропроводящие части и окруженный статорами, в состав которых входит торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры вращающего момента. При этом торцевой статор подвеса состоит из четного числа плоских электродов, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности и закрепленных в боковых стенках нижней электроизолирующей втулки, укрепленной в корпусе. В конструкцию также входят нижний и верхний одинаковые планарные статоры подвеса, каждый выполненный в виде четного числа плоских электродов, расположенных по окружности и закрепленных в нижней и верхней электроизолирующих втулках, причем последняя укреплена в крышке гироскопа-акселерометра, а каждый из двух соседних плоских электродов любого из статоров подвеса вместе с последовательно включенными с ними источником высокочастотного напряжения и дросселем образуют измерительную цепочку. Кроме того, нижний и верхний планарные статоры вращающего момента, закрепленные в нижней и верхней электроизолирующих втулках, состоящих из плоских электродов, соединены в три секции, так что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции соединены с тремя фазами источника переменного тока, в состав устройства входит схема обработки информации, содержащая измерительные цепочки.Known micromechanical gyroscope accelerometer with electrostatic suspension of the rotor (Pat. RF №2158903, IPC
Однако гироскоп-акселерометр микромеханического типа не обладает свойством измерения трех углов поворотов ПО в инерциальной системе координат и высокой точностью в отличие от описанного ниже прецизионного сферического гироскопа на электростатическом подвесе. Он является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели (прототипом). Это гироскоп, описанный в трудах: 1. Журавлев В.Ф. // Изв-РАН. МТТ., 2014, №1, с. 6-17; 2. Горенштейн И.А., Шульман И.А. Инерциальные навигационные системы. М.: Машиностроение, 1970. 232 с.However, the micromechanical type gyroscope-accelerometer does not possess the property of measuring three angles of rotation of software in an inertial coordinate system and is highly accurate in contrast to the precision spherical gyroscope described below using an electrostatic suspension. It is the closest analogue of the proposed utility model (prototype). This is the gyroscope described in the works: 1. Zhuravlev V.F. // Izv-RAS. MTT., 2014, No. 1, p. 6-17; 2. Gorenstein I.A., Shulman I.A. Inertial navigation systems. M.: Mechanical Engineering, 1970.232 s.
Гироскоп на электростатическом подвесе имеет сферический полый (или сплошной) ротор, выполненный из материала с высокой электропроводностью (например, бериллия), заключенный в вакуумную камеру, для поддержания его во взвешенном состоянии предназначены три пары силовых электродов электростатического подвеса, двухфазный асинхронный двигатель с фазосдвигающим конденсатором для привода ротора, демпфирующие обмотки, измерительные электроды, служащие для измерения радиальных перемещений ротора, обмотки двух датчиков моментов для коррекции углового положения ротора вокруг осей ОХ и OY, в первую очередь, для начальной выставки, и пары оптических датчиков для съема информации по двум углам с помощью специальных рисунков, нанесенных на поверхности ротора.The gyroscope on an electrostatic suspension has a spherical hollow (or solid) rotor made of a material with high electrical conductivity (for example, beryllium) enclosed in a vacuum chamber, three pairs of power electrodes of the electrostatic suspension, a two-phase asynchronous motor with a phase-shifting capacitor are designed to maintain it in suspension for rotor drive, damping windings, measuring electrodes used to measure radial rotor movements, windings of two torque sensors for correction and the angular position of the rotor around the axes OX and OY, primarily for the initial exhibition, and a pair of optical sensors for acquiring information at two angles using special drawings printed on the surface of the rotor.
Недостатком прибора является невозможность измерения третьего угла поворота подвижного объекта вокруг оси собственного вращения ротора. Следовательно, для определения трех углов полной ориентации ПО требуется применение дополнительного прибора.The disadvantage of this device is the inability to measure the third angle of rotation of the moving object around the axis of its own rotation of the rotor. Therefore, to determine the three angles of full software orientation, an additional device is required.
Задачей настоящей полезной модели является устранение отмеченного недостатка.The objective of this utility model is to eliminate the noted drawback.
Поставленная задача решается за счет того, что в одногироскопный измеритель трех углов поворотов подвижного объекта на электростатическом подвесе, содержащий сферический ротор, выполненный из материала с высокой электропроводностью и заключенный в вакуумную концентрическую сферическую камеру, на внутренней поверхности которой выполнены три пары силовых поддерживающих электродов, также выполненных из материала с высокой электропроводностью, электроизолированных от внутренней поверхности камеры, такое же количество по тем же осям расположенных электроизолированных измерительных электродов съема информации о радиальных перемещениях ротора, выполненных из того же материала, что и силовые электроды, двухфазный асинхронный двигатель привода ротора с двумя обмотками и фазосдвигающим конденсатором, обмотки двух датчиков моментов, оси моментов которых перпендикулярны оси собственного вращения гироскопа, две пары фотоэлектрических датчиков углов для съема информации о двух углах подвижного объекта с помощью специальных рисунков на поверхности ротора, электронная схема обработки информации об угловом положении ротора с блоком начальной выставки, блок источников электрического питания, блок вакуумирования, дополнительно в его конструкцию введена пара фотоэлектрических датчиков углов по третьей оси, а также по этой же оси введены две пары измерительных сегментных электродов, по всем трем осям пары измерительных сегментных электродов выполнены так, что каждый из пары электродов расположен по бокам от силового электрода, в электронную схему обработки информации дополнительно введены канал обработки информации, с контроллером, об угловом положении подвижного объекта вокруг третьей оси, блок возбуждения и управления синхронными поступательными колебаниями ротора вдоль одной из экваториальных и вдоль полярной осей внутренней поверхности камеры, при этом каждая из пар измерительных сегментных электродов, расположенных по бокам от силового электрода, соединены в шесть измерительных цепочек, состоящих каждая из единого для всех цепочек высокочастотного источника напряжения и индивидуальных двух входящих в пару сегментных измерительных электродов, индуктивности и эталонного резистора для съема информации о радиальном перемещении ротора гироскопа.The problem is solved due to the fact that in a single-gyrometer of three angles of rotation of a moving object on an electrostatic suspension, containing a spherical rotor made of a material with high electrical conductivity and enclosed in a vacuum concentric spherical chamber, on the inner surface of which there are three pairs of power supporting electrodes, made of a material with high electrical conductivity, electrically insulated from the inner surface of the chamber, the same amount along the same axes p of electrolyzed measuring electrodes for retrieving information about rotor radial movements made of the same material as power electrodes, a two-phase asynchronous rotor drive motor with two windings and a phase-shifting capacitor, windings of two torque sensors, the moment axis of which are perpendicular to the gyroscope’s axis of rotation, two pairs photoelectric angle sensors for collecting information about the two angles of a moving object using special drawings on the surface of the rotor, electronic with a circuit for processing information about the angular position of the rotor with an initial exhibition unit, an electric power supply unit, a vacuum unit, an additional pair of photoelectric angle sensors along the third axis is introduced into its design, and two pairs of segment segment electrodes are introduced along the same axis along all three axes pairs of measuring segment electrodes are made so that each of the pair of electrodes is located on the sides of the power electrode, a processing channel is additionally introduced into the electronic data processing circuit and information, with a controller, about the angular position of the movable object around the third axis, the excitation and control unit for synchronous translational oscillations of the rotor along one of the equatorial and along the polar axes of the inner surface of the chamber, each pair of measuring segment electrodes located on each side of the power electrode are connected in six measuring chains, each consisting of a single high-frequency voltage source and all two individual segmented meters lnyh electrode inductance and the reference resistor for reading information about the radial movement of the gyroscope rotor.
Технический результат полезной модели состоит в измерении полной информации об угловом положении подвижного объекта высокой точности за счет введения блока раскачки и управления поступательными колебаниями ротора по двум осям, схемы обработки сигналов шести пар сегментных измерительных электродов и системы обработки информации об угле поворота подвижного объекта по третьей оси, с использованием сигналов шести фотоэлектрических датчиков углов.The technical result of the utility model consists in measuring complete information about the angular position of a moving object of high accuracy by introducing a swing unit and controlling translational rotor vibrations along two axes, a signal processing circuit for six pairs of segment measuring electrodes and a processing system for information about the angle of rotation of the moving object on the third axis using signals from six photoelectric angle sensors.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1-фиг. 5.The utility model is illustrated by drawings: FIG. 1-fig. 5.
На фиг. 1 представлена блок-схема подключения гироскопа, на фиг. 2 изображена кинематическая схема гироскопа, на фиг. 3 показаны необходимые системы координат и их повороты, на фиг. 4 представлена функциональная электрическая схема раскачки гироскопа и съема выходной информации, на фиг. 5 изображена функциональная электрическая схема одной из измерительных цепочек.In FIG. 1 shows a block diagram of a gyroscope connection; FIG. 2 shows a kinematic diagram of a gyroscope; FIG. 3 shows the necessary coordinate systems and their rotations, in FIG. 4 is a functional electrical diagram of the buildup of the gyroscope and the removal of output information; FIG. 5 shows a functional electrical diagram of one of the measuring chains.
На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - ротор гироскопа (сферический полый или сплошной ротор, выполненный в виде симметричного гироскопа Эйлера), 2 - блок источников электрического питания; 3 - блок начальной выставки гироскопа; 4 - блок возбуждения и управления его поступательными колебаниями; 5 - блок обработки информации, 6 - корпус прибора, связанный с корпусом подвижного объекта (ПО); 7 - контрастный рисунок верхней полусферы, отличающийся от остальной поверхности отражательной способностью; 8 - контрастный рисунок нижней полусферы ротора 1; 9-9/ - силовые поддерживающие ротор 1 электроды вдоль оси Оξ; 10-10/, 11-11/ - силовые поддерживающие ротор 1 пары электродов вдоль осей Оη и Оξ соответственно; 12а-12а/, 12-12/, 13а-13а/, 13-13/, 14-14/, 14а-14а/ - измерительные пары сегментных электродов перемещений ротора вдоль осей Оξ, Оη, Оζ, соответственно (по всем трем осям ПО пары измерительных сегментных электродов выполнены так, что каждый из них расположен по бокам от силовых электродов); 15-15/, 16-16/, 17-17/ - фотоэлектрические датчики съема угловой информации вокруг осей ξ, η, ζ, соответственно; 18-18/, 19-19/ - пары статорных обмоток электродвигателя для разгона ротора гироскопа вокруг оси его собственного вращения Oz; 20, 21, 22 - функциональные электрические схемы для раскачки ротора 1 вдоль осей Оξ, Oζ, Oη, в исходном состоянии, т.е. при ψ=θ=γ-0, (Oξ=Ох, Оη=Оy, Oζ=Oz), для создания и измерения колебаний. Измерения производятся вдоль осей oui, i=1, 2, 3. Тогда имеются приращения Δu1, Δu2, Δu3 вдоль трех осей; 23 - электронная схема с АЦП предварительной обработки сигналов с фотоэлектрических датчиков углов 15, 16, 17; 24 - электронная схема с контроллером для определения оценок углов ψ, θ, γ; 25 - электронная схема со вторым АЦП для предварительной обработки сигналов с датчиков радиальных колебаний ротора 1, входящих в состав датчиков 9-11/; 26 - второй контроллер для определения оценки угла азимута и выдачи потребителям оценок полной информации об угловой ориентации ПО ψ, θ, γ; Н - кинетический момент, Oξηζ - инерциально невращающаяся система координат; Oxyz - система координат, жестко связанная с ротором 1 гироскопа; Оu1u2u3 - система координат, связанная с корпусом ПО, О - центр подвеса ротора гироскопа 7, совпадающий с его центром масс. Oξцηцζц - система координат, моделируемая осью кинетического момента Н и плоскостью колебаний ротора; ψ, θ, γ - углы азимута, тангажа, вращения (крена) ПО, Rэ - эталонный резистор для съема информации, L - индуктивность для обеспечения электрического резонанса в измерительной цепочке, R - эквивалентное активное сопротивление элементов измерительной цепочки, включая зазоры, каждая из пар измерительных электродов, расположенных по бокам от силовых электродов, соединены в шесть измерительных цепочек, состоящих из единого для всех цепочек высокочастотного источника напряжения питания и индивидуальных двух входящих в пару сегментных измерительных электродов, индуктивности и эталонного резистора для съема информации о радиальном перемещении ротора гироскопа.The following notation is used in the drawings: 1 - gyroscope rotor (spherical hollow or solid rotor made in the form of a symmetrical Euler gyroscope), 2 - electric power supply unit; 3 - block of the initial exhibition of the gyroscope; 4 - block excitation and control of its translational vibrations; 5 - information processing unit; 6 - device body associated with the body of a moving object (ON); 7 is a contrast pattern of the upper hemisphere, which differs from the rest of the surface by reflectivity; 8 is a contrast drawing of the lower hemisphere of the
Очень важно, что внутренняя полость в вакуумплотном корпусе 6 гироскопа имеет давление 10-9-10-10 мм рт.ст.It is very important that the internal cavity in the vacuum
Моменты инерции в гироскопе Эйлера 2 подчиняются соотношениям:Moments of inertia in the Euler 2 gyroscope obey the relations:
Iξ=Iη=A, Iζ=C, C>A,I ξ = I η = A, I ζ = C, C> A,
где Iξ, Iη, Iζ - осевые моменты инерции вокруг осей Oξ, Oη, Оζ, в исходном состоянии совпадающие с осями системы координат oxyz.where I ξ , I η , I ζ are the axial moments of inertia around the axes Oξ, Oη, Oζ, which in the initial state coincide with the axes of the coordinate system oxyz.
Прибор сложный, и кроме указанных на фиг. 1-5 связей имеют место и другие, не указанные на фигурах, но обеспечивающие его функционирование. На фиг. 1-5 указаны стрелками основные связи блоков, реальных связей между блоками 1-5, 20-26 гораздо больше. Например, источники питания 2 соединены со всеми элементами прибора 1-5, 20-26, а также в гироскопе от элементов 9 до 19/. При этом назначение связей элементов типа с 6 по 19; описаны в статье (Журавлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система маятникового типа (БИНС МТ) // Изв-РАН. МТТ., 2014, №1, с. 6-17.), патенте (Пат. №155046, МПК G01C 19/24, Трехкомпонентный измеритель угловой скорости на основе сферического гироскопа с электростатическим подвесом / Журавлев В.Ф., Плотников П.К., Кузнецов А.О.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО СГТУ им. Гагарина Ю.А. Заявл. 04.06.2015; опубл. 20.09.2015 г.), в книгах (Горенштейн И.А., Шульман И.А. Инерциальные навигационные системы. М.: Машиностроение, 1970. 232 с.; Лукьянов Д.П., Распопов В.Я., Филатов В.Я. Прикладная теория гироскопов. Учебник. - г. СПб, «ЦНИИ» Электроприбор», 2015 г. - 316 с.).The device is complex, and in addition to those indicated in FIG. 1-5 connections are other, not indicated in the figures, but ensuring its functioning. In FIG. 1-5, arrows indicate the main bonds of the blocks; there are much more real links between blocks 1-5, 20-26. For example,
Одногироскопный измеритель трех углов поворотов подвижного объекта на электростатическом подвесе имеет связи и особенности элементов. Он содержит сферический ротор 1, выполненный из материала с высокой электропроводностью и заключенный в вакуумную концентрическую сферическую камеру, на внутренней поверхности которой выполнены три пары силовых поддерживающих электродов 9-9/, 10-10/, 11-11/, также выполненных из материала с высокой электропроводностью, электроизолированных от внутренней поверхности камеры, такое же количество по тем же осям расположенных электроизолированных измерительных электродов 12а-12а/, 12-12/, 13а-13а/, 13-13/, 14-14/, 14а-14а/ съема информации о радиальных перемещениях ротора, выполненных из того же материала, что и силовые электроды, двухфазный асинхронный двигатель привода ротора с двумя обмотками и фазосдвигающим конденсатором, обмотки двух датчиков моментов, оси моментов которых перпендикулярны оси собственного вращения гироскопа, две пары фотоэлектрических датчиков углов для съема информации о двух углах подвижного объекта с помощью специальных рисунков на поверхности ротора, электронная схема обработки информации об угловом положении ротора с блоком начальной выставки, блок источников электрического питания 2, блок вакуумирования. Что касается новых блоков 20-22, то связи в них требуют пояснения. Блоки 20 и 21 предназначены для создания поступательных стабильных по частоте и амплитуде колебаний центра масс ротора 1 вдоль осей Oξ, Oη, т.е. плоских колебаний. Для их реализации к поддерживающим электродам 10-10/, 11-11/ подведено высокочастотное напряжение, например, в диапазоне 8-10 МГц от СВЧ - генератора. Оно обеспечивает в зарезонансной области частот электрической цепи работу указанных электродов аналогично механическим пружинам вдоль осей Oξ и Oη. От генератора напряжения в диапазоне частот 250-1000 Гц к этим же электродам подводится высоковольтное напряжение такое, при настройке на которое обеспечивается резонанс механических колебаний ротора на электростатическом подвесе. Вдоль оси Oζ (блок 22) колебаний нет, силовые электроды 10-10/ предназначены для удержания ротора в состоянии левитации. По оси Оu2 при θ, γ, не равных 0, колебания имеют место. Усилители 27, 28, 29 являются масштабирующими и предназначены для ввода в блок 25, содержащий АЦП, аналоговой информации. Выходом этого блока является цифровая информация об оценках перемещений ротора 7 Δu1, Δu2, Δu3.A single-gyroscope meter of three angles of rotation of a moving object on an electrostatic suspension has connections and features of the elements. It contains a
Выходы фотоэлектрических датчиков 15-17/ соединены со входами блока 23, где сигналы с помощью АЦП подлежат оцифровке, и соединены с контроллером 24, в котором углы должны преобразовываться в оценки фазочувствительно продетектированных углов θ, γ в направляющие косинусы, т.е. в элементы преобразующей матрицы АγАθ. В нем же подлежат преобразованию Δui (Δu1, Δu2, Δu3) i=1, 2, 3 и элементы матрицы АγАθ в оценку угла азимута ψ.The outputs of the photoelectric sensors 15-17 / are connected to the inputs of
Рассмотрим работу прибора.Consider the operation of the device.
После установки прибора на трехкомпонентном поворотном стенде (ТПС), до его включения, платформу устанавливают, например, по осям местной географической системы координат, или по осям глобальной географической системы координат. Во втором варианте после этого включают электрическое питание ТПС, и ось Оζ предполагаемого направления кинетического момента Н устанавливается по оси Мира, ось Оξ в плоскости гринвичского меридиана, а ось Оη образует с осями Оζ и Оξ правую ортогональную систему координат. Платформе придают вращение, равное угловой скорости вращения Земли обратного знака. В этом случае корпус 6 в мировом пространстве вокруг оси Оζ не вращается. Вокруг двух других осей также не вращается. От блока начальной выставки 3 устанавливают ротор гироскопа по осям выбранной системы координат. Запускают ротор гироскопа от бегущего электромагнитного поля от обмоток 18, 19 до набора номинальной угловой скорости Ω и кинетического момента Н. После этого на электроды подключают высоковольтное низкочастотное напряжение также частоты Ω от блока 4 возбуждения и управления синхронными поступательными колебаниями ротора вдоль одной из экваториальных и вдоль полярной осей внутренней поверхности камеры. Колебания ротора 7 устанавливают на уровне амплитуд 2,5-5 мкм, что в несколько раз (в 5-10) меньше величины зазора между корпусом 6 и ротором 7. После этого низкочастотное питание отключают, и ротор продолжает долгое время колебаться в высоковакуумной среде. Плоскость колебаний компланарна оси кинетического момента Н, один компонент колебаний перпендикулярен вектору Н. Поэтому плоскость ротора и меридиональная плоскость колебаний образуют невращающийся в инерциальном пространстве трехгранник. Следовательно, обеспечивается возможность измерения трех углов поворотов ПО в инерциальном пространстве (Журавлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система маятникового типа (БИНС МТ) // Изв-РАН. МТТ., 2014, №1, с. 6-17).After installing the device on a three-component rotary bench (TPS), before turning it on, the platform is installed, for example, along the axes of the local geographical coordinate system, or along the axes of the global geographical coordinate system. In the second embodiment, the TPS electric power supply is then turned on, and the Oζ axis of the assumed direction of the kinetic moment N is set along the World axis, the Oξ axis in the plane of the Greenwich meridian, and the Oη axis forms the right orthogonal coordinate system with the Oζ and Oξ axes. The platform is given a rotation equal to the angular velocity of the Earth's rotation of the opposite sign. In this case, the
Полагая способ и устройства измерения углов θ, γ известными через посредство датчиков углов 15-17/ и рисунков 8 на сфере ротора 7, а алгоритм пересчета сигналов датчиков 15, 16, 17 в оценки углов θ, γ известными (С.М. Дюгуров, Б.Е. Ландау "Об измерительном трехграннике бескарданного электростатического гироскопа". Гироскопия и навигация, №1, 1999), выведем алгоритмы определения оценки угла азимута ψ, что является новым - стр. 9.Assuming the method and device for measuring the angles θ, γ known through angle sensors 15-17 / and Figures 8 on the sphere of the rotor 7, and the algorithm for converting the signals of the
Дифференциальные уравнения смещений и колебаний центра масс ротора после отключения от силовых электродов низкочастотного напряжения имеют вид (предполагается, что приняты меры обеспечения линейности характеристик подвеса, например, по [1]):Differential equations of displacements and oscillations of the center of mass of the rotor after disconnecting the low-frequency voltage from the power electrodes have the form (it is assumed that measures have been taken to ensure the linearity of the suspension characteristics, for example, according to [1]):
mξ''+Cξ=mWξ mξ '' + Cξ = mW ξ
mη''+Cη=mWη mη '' + Cη = mW η
mζ''+Cζ=mWζ mζ '' + Cζ = mW ζ
где Wξ, Wη, Wζ - ускорения точки Oo ПО. Разделив коэффициенты жесткости электростатического подвеса С на массу ротора m и обозначив квадрат частоты собственных колебаний ротора Ω2=C/m, получают:where W ξ , W η , W ζ are the accelerations of the point Oo PO. Dividing the stiffness coefficients of the electrostatic suspension C by the mass of the rotor m and designating the square of the frequency of natural oscillations of the rotor Ω 2 = C / m, we obtain:
ξ''+Ω2ξ=Wζ ξ '' + Ω 2 ξ = W ζ
n''+Ω2 η=Wη n '' + Ω 2 η = W η
ζ''+Ω2ζ=Wζ ζ '' + Ω 2 ζ = W ζ
Решения ищут в виде:Solutions are sought in the form of:
ξ=ξm+Δξ, n=ηm+Δη, ζ=ζm ξ = ξ m + Δξ, n = η m + Δ η , ζ = ζ m
где ξm, ηm, ζm - медленноменяющиеся составляющие решения; Δξ, Δη - быстрые, колебательные составляющие решения.where ξ m , η m , ζ m are slowly varying components of the solution; Δξ, Δη are the fast, oscillatory components of the solution.
Для начальных условий:For initial conditions:
t=0, Δξ(0)=Δξ0, Δη(0)=Δη0, Δζ(0)=Δζ0,t = 0, Δξ (0) = Δξ 0 , Δη (0) = Δη 0 , Δζ (0) = Δζ 0 ,
Δξ'(0)=Δξ'0, Δη'(0)=Δη'0, Δζ'(0)=Δζ'0 Δξ '(0) = Δξ' 0 , Δη '(0) = Δη' 0 , Δζ '(0) = Δζ' 0
Δζ(0)=Δζ(0)=0Δζ (0) = Δζ (0) = 0
ИмеемWe have
Δξ=Δξ0cosΩt+(Δξ'0sinΩt)/ΩΔξ = Δξ 0 cosΩt + (Δξ ' 0 sinΩt) / Ω
Δη=Δη0cosΩt+(Δη'0sinΩt)/ΩΔη = Δη 0 cosΩt + (Δη ' 0 sinΩt) / Ω
При Δξ'0=Δη'0=0, что должно быть технически реализовано в 26, имеемWhen Δξ ' 0 = Δη' 0 = 0, which should be technically implemented in 26, we have
Δξ=Δξ0cosΩtΔξ = Δξ 0 cosΩt
Δη=Δη0cosΩtΔη = Δη 0 cosΩt
Δζ=0Δζ = 0
Плоскость колебаний стабилизирована в ИСК.The oscillation plane is stabilized in the ISK.
При наличии поворотов ПО на углы θ, γ имеем преобразование координат:In the presence of software rotations at the angles θ, γ, we have a coordinate transformation:
[u1,u2,u3]T=AγA0[x,y,z]T [u 1 , u 2 , u 3 ] T = A γ A 0 [x, y, z] T
Для колебаний имеем соотношения;For oscillations, we have the relations;
гдеWhere
Колебания Δu1, Δu2, Δu3 измеряют датчиками перемещений 12…14а/ соответственно. После процедуры фазочувствительного детектирования сигналов об измеренных углах получаем:The oscillations Δu 1 , Δu 2 , Δu 3 are measured by
На основе фиг. 3 получаем следующую формулу:Based on FIG. 3 we get the following formula:
Задача определения трех углов поворотов ПО решена в заявке с помощью одного гироскопа на электростатическом подвесе, что является новым.The task of determining the three angles of software rotation is solved in the application using one gyroscope on an electrostatic suspension, which is new.
Источники информацииInformation sources
1. Журавлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система маятникового типа (БИНС МТ) // Изв-РАН. МТТ., 2014, №1, с. 6-17.1. Zhuravlev V.F. Strap-on inertial navigation system of the pendulum type (SINS MT) // Izv-RAS. MTT., 2014, No. 1, p. 6-17.
2. Горенштейн И.А., Шульман И.А. Инерциальные навигационные системы. М.: Машиностроение, 1970. 232 с.2. Gorenstein I.A., Shulman I.A. Inertial navigation systems. M.: Mechanical Engineering, 1970.232 s.
3. Пат. №155046. Российская Федерация. МГЖ G01С 19/24. Трехкомпонентный измеритель угловой скорости на основе сферического гироскопа с электростатическим подвесом / Журавлев В.Ф., Плотников П.К., Кузнецов А.О.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО СГТУ им. Гагарина Ю.А. Заявл. 04.06.2015; опубл. 20.09.2015 г.3. Pat. No. 155046. The Russian Federation.
4. Лукьянов Д.П., Распопов В.Я., Филатов В.Я. Прикладная теория гироскопов. Учебник. - г. СПб, «ЦНИИ» Электроприбор», 2015 г. - 316 с.4. Lukyanov D.P., Raspopov V.Ya., Filatov V.Ya. Applied Theory of Gyroscopes. Textbook. - St. Petersburg, Central Research Institute Electropribor, 2015 - 316 p.
5. С.М. Дюгуров, Б.Е. Ландау "Об измерительном трехграннике бескарданного электростатического гироскопа". Гироскопия и навигация, №1, 1999.5. S.M. Dyugurov, B.E. Landau "On a measuring trihedron of a gimballess electrostatic gyroscope." Gyroscopy and navigation, No. 1, 1999.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017101033U RU176676U1 (en) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | SINGLE-HYGROSOPLE THREE-COMPONENT MEASURER OF ANGLE OF TURNS OF THE OBJECT ON ELECTROSTATIC SUSPENSION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017101033U RU176676U1 (en) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | SINGLE-HYGROSOPLE THREE-COMPONENT MEASURER OF ANGLE OF TURNS OF THE OBJECT ON ELECTROSTATIC SUSPENSION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU176676U1 true RU176676U1 (en) | 2018-01-25 |
Family
ID=61024295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017101033U RU176676U1 (en) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | SINGLE-HYGROSOPLE THREE-COMPONENT MEASURER OF ANGLE OF TURNS OF THE OBJECT ON ELECTROSTATIC SUSPENSION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU176676U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820026C1 (en) * | 2024-01-23 | 2024-05-28 | Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Московский Технический Университет Связи И Информатики" | Method of determining initial orientation of object |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2158903C1 (en) * | 1999-06-29 | 2000-11-10 | Саратовский государственный технический университет | Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor |
RU2196995C1 (en) * | 2001-04-24 | 2003-01-20 | Тульский государственный университет | Three-component meter of angular velocity |
RU155046U1 (en) * | 2015-06-04 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON A SPHERICAL GYROSCOPE WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION |
RU163835U1 (en) * | 2015-10-21 | 2016-08-10 | Петр Колестратович Плотников | THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON THE GYROSCOPE OF THE KOVALEV SPHERICAL FORM WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION |
-
2017
- 2017-01-11 RU RU2017101033U patent/RU176676U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2158903C1 (en) * | 1999-06-29 | 2000-11-10 | Саратовский государственный технический университет | Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor |
RU2196995C1 (en) * | 2001-04-24 | 2003-01-20 | Тульский государственный университет | Three-component meter of angular velocity |
RU155046U1 (en) * | 2015-06-04 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON A SPHERICAL GYROSCOPE WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION |
RU163835U1 (en) * | 2015-10-21 | 2016-08-10 | Петр Колестратович Плотников | THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON THE GYROSCOPE OF THE KOVALEV SPHERICAL FORM WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Журавлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система маятникового типа (БИНС МТ)// Изв-РАН. МТТ., 2014, 1, с. 6-17. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820026C1 (en) * | 2024-01-23 | 2024-05-28 | Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Московский Технический Университет Связи И Информатики" | Method of determining initial orientation of object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW468035B (en) | Micro inertial measurement unit | |
Prikhodko et al. | What is MEMS gyrocompassing? Comparative analysis of maytagging and carouseling | |
Perelyaev et al. | Solid-state wave gyroscope: A new-generation inertial sensor | |
US3463016A (en) | Vibra-rotor gyroscopes | |
RU163835U1 (en) | THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON THE GYROSCOPE OF THE KOVALEV SPHERICAL FORM WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION | |
RU155046U1 (en) | THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON A SPHERICAL GYROSCOPE WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION | |
RU176676U1 (en) | SINGLE-HYGROSOPLE THREE-COMPONENT MEASURER OF ANGLE OF TURNS OF THE OBJECT ON ELECTROSTATIC SUSPENSION | |
US3295379A (en) | Spherically symmetric gyro | |
RU2295113C2 (en) | Inertial measuring instrument | |
RU2568147C1 (en) | Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info | |
RU181082U1 (en) | GYROSCOPE-ACCELROMETER WITH ELECTROSTATIC ROTOR SUSPENSION | |
RU175218U1 (en) | Three-component angular velocity meter based on a Kovalevskaya gyroscope with a spring suspension | |
RU2550592C1 (en) | Stabiliser gyrocompass | |
RU2158903C1 (en) | Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor | |
RU2687169C1 (en) | Dynamically tuned gyroscope | |
Zhuravlev et al. | An ESG-based Sensor for Measuring Three Angles of a Moving Object Rotation: Some Issues of the Theory and Mathematical Simulation of its Operation | |
RU2521765C1 (en) | Universal non-contact gyro | |
US3355953A (en) | Non-constrained pendulous gyroscope for inertial control systems | |
RU2300078C1 (en) | Method for measurement of projections of horizontal component of vector of earth angular velocity for determination of azimuth direction (compassing) | |
Zhuravlev | Strapdown inertial navigation system of pendulum type | |
RU2111454C1 (en) | Inclinometer | |
Zhao et al. | Design of miniaturized MEMS gyro north finder based on two-phase axial flux PMSM | |
RU2296300C1 (en) | Integrating micro-mechanical vibration gyroscope | |
RU2243569C1 (en) | Inertial measuring device | |
RU2771918C2 (en) | Gyroscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC9K | Change of information on author(s) (utility model) |
Effective date: 20180604 |
|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190112 |