RU2073206C1 - Гирокомпас - Google Patents

Гирокомпас Download PDF

Info

Publication number
RU2073206C1
RU2073206C1 SU5060655/28A SU5060655A RU2073206C1 RU 2073206 C1 RU2073206 C1 RU 2073206C1 SU 5060655/28 A SU5060655/28 A SU 5060655/28A SU 5060655 A SU5060655 A SU 5060655A RU 2073206 C1 RU2073206 C1 RU 2073206C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
platform
gyroscope
gyro
sensors
angle
Prior art date
Application number
SU5060655/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Вадим Викторович Аврутов
Ua]
Игорь Алексеевич Дедок
Александр Васильевич Збруцкий
Ru]
Лев Павлович Старицкий
Анатолий Валентинович Шемелин
Original Assignee
Киевский государственный завод автоматики им.Г.И.Петровского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Киевский государственный завод автоматики им.Г.И.Петровского filed Critical Киевский государственный завод автоматики им.Г.И.Петровского
Priority to SU5060655/28A priority Critical patent/RU2073206C1/ru
Priority to UA93121868A priority patent/UA19719C2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2073206C1 publication Critical patent/RU2073206C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к морскому приборостроению, а именно к гирокомпасам. Цель изобретения - упрощение конструкции и уменьшение потребляемой мощности и времени готовности прибора. Гирокомпас содержит динамически настраиваемый гироскоп 4 с датчиками моментов и углов, который расположен на платформе 2 в кардановом подвесе 3. Датчики угла гироскопа через усилители 13, 14 соединены с датчиками моментов 9, 10, установленными в цапфах подвеса платформы. На платформе размещен датчик наклона 11 платформы относительно ее горизонтальной оси вращения и термодатчик 16, которые через вычислитель 15 соединены с датчиками моментов гироскопа. В случае изменения температуры окружающей среды в вычислителе по информации термодатчика формируется сигнал, пропорциональный дрейфу гироскопа, зависящему от изменения температуры. 2 ил.

Description

Изобретение относится к морскому приборостроению и может использоваться в системах навигации подвижных объектов для определения курса.
Известен однороторный корректируемый гирокомпас, который содержит трехстепенной гироскоп с датчиками угла, подвешенный с помощью упругих торсионов в следящей сфере, заполненной вязкой жидкостью (1). Следящая сфера находится в кардановом подвесе, стабилизируемом относительно вертикальной и поперечной горизонтальной осей с помощью двигателей стабилизации по сигналам датчиков углов гироскопа, а относительно продольной горизонтальной оси с помощью маятниковости следящей сферы. На последней установлен индикатор горизонта физический маятник, являющийся датчиком угла наклона следящей сферы относительно горизонта. Управление положением чувствительного элемента осуществляется закруткой вертикальных и горизонтальных торсионов поворотом следящей сферы, производимым двигателями стабилизации. Формирование сигналов управления и коррекции происходит в счетно-решающем приборе по сигналам индикатора горизонта и информации о скорости объекта, его широте и текущем курсе. Недостатком известного гирокомпаса является то, что использование поплавкового подвеса гироскопа, сложного в изготовлении и требующего системы термостабилизации, приводит к повышению стоимости прибора.
Указанный недостаток устраняется использованием в качестве чувствительного элемента динамически настраиваемого гироскопа, который благодаря своей конструкции прост в изготовлении, более надежен и имеет низкую стоимость.
Наиболее близким по технической сущности является гирокомпас Robertson SKR-80, построенный на индикаторном гиростабилизаторе, использующем динамически настраиваемый гироскоп (2). Чувствительный элемент данного прибора расположен на платформе с двухосным кардановым подвесом, стабилизируемым датчиками моментов, расположенными в цапфах кардановых рам, по сигналам датчиков углов динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ). Управление положением ротора гироскопа осуществляется датчиками моментов ДНГ по сигналам двух акселерометров, расположенных взаимно-перпендикулярно на платформе и внешней информации о скорости, широте и текущем курсе объекта. Первый акселерометр аналог индикатора горизонта у гирокомпаса с жидкостно-торсионным подвесом чувствительного элемента расположен так, что его ось чувствительности параллельна главной оси гироскопа. Второй акселерометр является датчиком угла наклона платформы вокруг оси вращения ротора ДНГ.
Недостатком известного гирокомпаса является наличие системы термостабилизации гироскопа, которая приводит к увеличению потребляемой мощности.
Для устранения указанного недостатка прототипа в гирокомпас, содержащий корпус с установленным на платформе в кардановом подвесе динамически настраиваемым гироскопом с датчиками моментов и углов, датчики моментов, установленные в цапфах подвеса платформы, датчик наклона платформы относительно горизонтальной оси вращения и датчик угла, установленный на вертикальной оси карданова подвеса, причем датчики угла гироскопа через усилители соединены с датчиками моментов, установленными в цапфах подвеса платформы, а датчик наклона и датчик угла, установленный на вертикальной оси карданова подвеса через блок формирования управляющих сигналов с датчиками момента гироскопа введен блок термокомпенсации дрейфов гироскопа, зависящих от температуры окружающей среды. Данное устройство содержит термодатчик, расположенный на платформе, и формирователь сигнала, расположенный в блоке формирования управляющих и корректирующих сигналов (вычислителе), причем выход термодатчика соединен со входом формирователя сигнала, выход которого соединен с датчиками моментов гироскопа.
Тепловые процессы оказывают влияние практически на все известные механизмы формирования уводящих моментов (3). Во всех случаях эффективный отвод тепла от гироскопа с наружным кардановым подвесом представляет собой нелегкую инженерную задачу. Совсем по-другому обстоит дело в гироскопе с упругим вращающимся подвесом, где все тепловыделяющие элементы монтируются непосредственно на корпусной детали. В результате его собственный перегрев в рабочем режиме оказывается очень небольшим. Слабый перегрев и незначительные температурные градиенты сами по себе являются благоприятными с точки зрения точности гироскопа факторами. Во многих применениях, однако, рабочая температура прибора выбирается выше максимально возможной температуры окружающей среды, чтобы обеспечить однозначные условия работы без использования сложных активных охлаждающих устройств. В этом случае прогрев до рабочей температуры производится с помощью системы терморегулирования, включающей датчик температуры и нагревательные элементы, установленные на гироскопе. Сравнительно небольшая теплоемкость малогабаритного гироскопа с упругим вращающимся подвесом и хорошая теплопроводность деталей его конструкции позволяют с помощью нагревателей умеренной мощности (до 100 Вт) разогреть прибор от комнатной температуры до 60-70oC за несколько минут.
В случаях когда по условиям эксплуатации затраты энергии на разогрев гироприбора и поддержание его рабочей температуры нежелательны, можно идти по пути измерения температуры гироскопа и ввода поправок на температурные зависимости его точностных параметров. Достаточно четкий характер и высокая стабильность таких зависимостей в ДНГ делают подобный подход популярным среди разработчиков приборов и систем.
Известно, что тепловые процессы описываются дифференциальными уравнениями первого порядка, решения которых представляют собой экспоненциальные выражения. Исследуем в качестве примера уход гироскопа, вызванный осевой разбалансировкой ротора (4). Допустим, что в начальный момент температура снаружи и внутри гироскопа равна t1oC. При этом плечо силы Р или величина осевой разбалансировки ротора равна а, а дрейф гироскопа
Figure 00000002
. Пусть окружающая температура изменилась и стала t2oC (t2>t1). После того как весь гироскоп прогревается до температуры t2oC, плечо а изменится на величину Δa = (t2-t1),, где α коэффициент линейного расширения материала ротора. Переходный процесс изменения плеча от а до a+Δa происходит по закону Δaт= Δa(1-e-t/T),, где постоянная времени Т зависит от теплофизических характеристик прибора. Умножив Δaт на Р и разделив на Н, получим закон теплового ухода
ωт= Δωoc(1-e-t/T) (I)
где
Figure 00000003

Выражение (I) описывает большинство наблюдаемых выходов на тепловой режим как самих ДНГ, так и систем на их основе. Стабильность теплового дрейфа (1) позволяет учитывать его в вычислителе гиросистемы с ДНГ с учетом текущей температуры, которая измеряется термодатчиком на корпусе ДНГ.
Итак, введение термокомплексации дрейфов гироскопа, зависящих от температуры окружающей среды, устраняет необходимость наличия системы термостабилизации гироблока. Последняя приводит к увеличению энергопотребления и габаритов прибора.
Обеспечение термокомпенсации дрейфов гироскопов по информации термодатчика широко известно (3, 4). Однако их введение в предлагаемом гирокомпасе находится в причинно-следственной связи с остальными элементами схемы и приводит к уменьшению потребляемой мощности гирокомпаса и уменьшению его габаритов. Это позволяет сделать вывод о достижении нового технического результата.
На фиг. 1 показана схема гироскомпаса, а на фиг.2 пример реализации формирователя сигнала.
Гирокомпас содержит корпус 1 с установленным на платформе 2 в кардановом подвесе 3 динамически настраиваемым гироскопом 4 с датчиками моментов 5, 6 и датчиками углов 7, 8. В цапфах подвеса платформы установлены датчики моментов 9, 10. На платформе размещен датчик наклона 11 относительно ее горизонтальной оси вращения. На вертикальной оси карданова подвеса установлен датчик угла 12. Датчики угла гироскопа через усилители 13, 14 соединены с датчиками моментов, установленными в цапфах подвеса платформы. Датчик наклона платформы и датчик угла, установленный на вертикальной оси карданова подвеса, через вычислитель 15 соединены с датчиками момента гироскопа. В вычислитель кроме того поступает информация о скорости объекта и широте места. Вычислитель формирует управляющие и корректирующие сигналы гирокомпаса и сигнал, компенсирующий температурный дрейф гироскопа по информации термодатчика 16.
Отметим, что на фиг. 1 как пример реализации идеи изображен двухосный карданов подвес. Однако на практике могут встречаться и другие подвесы, например трехосные.
Гирокомпас работает следующим образом.
Пусть в момент пуска гирокомпаса его главная ось отклонена на угол α от плоскости меридиана, а платформа 2 с гироскопом 4 выставлена в горизонтальной плоскости. При вращении Земли главная ось гироскопа начинает отклоняться от горизонтальной плоскости со скоростью v cosΦ sinΦ.. Угловое рассогласование между осью кинетического момента гироскопа и его корпусом или платформой измеряется датчиком угла 7, сигнал которого через усилитель 13 поступает на датчик момента 9. Последний разворачивает платформу 2 до тех пор, пока не исчезнет угловое рассогласование между осью гироскопа и его корпусом или платформой. Следовательно, платформа 2 отслеживает наклон гироскопа относительно горизонтальной оси вращения. Поэтому датчик наклона 11 платформы измеряет угол наклона платформы над плоскостью горизонта. Сигнал датчика наклона 11 поступает в вычислитель 15, где формируются сигналы управления и коррекции датчиков моментов гироскопа 5, 6. Последние создают процессионное движение гироскопа по азимуту, направленное к меридиану, а по высоте к плоскости горизонта. Широтная и скоростная коррекция формируется контуром управления по информации о скорости объекта v, его широте Φ и курсе К. Так, азимутальная коррекция создает прецессию со скоростью
Figure 00000004
где R радиус Земли, V угловая скорость вращения Земли. Горизонтальная коррекция создает прецессию со скоростью
Figure 00000005
. Возникающее угловое рассогласование между осью гироскопа и его корпусом устраняется датчиками моментов 9, 10 по сигналам датчиков углов гироскопа 7, 8 и усилителей 13, 14.
Итак, вертикальная рама карданова подвеса отслеживает за движением оси гироскопа в азимуте и является указателем меридиана, датчик угла 12 является датчиком курса.
Электрическая схема пример реализации формирователя сигнала устройства термокомпенсации тепловых дрейфов гироскопа работает следующим образом. При нормальных условиях (t 20oC) подбираются такие R1 и R2, чтобы Uвых=0. В то же время термодатчик Rt имеет характеристику
Figure 00000006

где R сопротивление по номиналу (например, для терморезистора СТ4-16, R 18 кОм), В постоянная, Т, То текущая температура по Кельвину и температура, при которой Tt(T) R.
Включение термодатчика в обратную связь операционного усилителя дает следующую зависимость
Figure 00000007

При изменении температуры окружающей среды изменяется значение сопротивления термодатчика (2). Благодаря зависимости (3) на выходе устройства будем иметь с достаточной степенью точности линейную зависимость напряжения от изменения температуры при незначительных (единицы градусов Цельсия) изменениях последней. Данное напряжение соответствует дрейфу гироскопа (1), вызванному изменением температуры окружающей среды.
Таким образом, применение системы термокомпенсации дрейфов ДНГ приводит, во-первых, к уменьшению энергопотребления гирокомпаса, во-вторых, к уменьшению времени готовности прибора и, в-третьих, к повышению надежности гирокомпаса, так как система термокомпенсации значительно проще системы термостабилизации.

Claims (1)

  1. Гирокомпас, содержащий корпус с установленным на платформе в кардановом подвесе динамически настраиваемым гироскопом, снабженным двумя датчиками угла и двумя датчиками момента, расположенные на платформе датчик наклона платформы относительно горизонтальной оси вращения и термодатчик, установленные по осям карданова подвеса платформы, третий и четвертый датчики момента, установленный на вертикальной оси карданова подвеса третий датчик угла, два усилителя и блок формирования управляющих и корректирующих сигналов, при этом выходы первого и второго датчиков угла гироскопа соединены через соответствующие усилители с третьим и четвертым датчиками момента, выход датчика наклона платформы соединен с первым входом блока формирования управляющих и корректирующих сигналов, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом третьего датчика угла, источником сигнала о широте места и источником сигнала о скорости объекта, а выходы подключены к первому и второму датчикам момента гироскопа, отличающийся тем, что в блок формирования управляющих и корректирующих сигналов введен формирователь сигнала термокомпенсации, через который выход термодатчика связан с выходами блока формирователя управляющих и корректирующих сигналов, второй вход которого является входом формирователя сигнала термокомпенсации.
SU5060655/28A 1992-08-31 1992-08-31 Гирокомпас RU2073206C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5060655/28A RU2073206C1 (ru) 1992-08-31 1992-08-31 Гирокомпас
UA93121868A UA19719C2 (ru) 1992-08-31 1993-02-12 Гирокомпас

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5060655/28A RU2073206C1 (ru) 1992-08-31 1992-08-31 Гирокомпас

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2073206C1 true RU2073206C1 (ru) 1997-02-10

Family

ID=21612513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5060655/28A RU2073206C1 (ru) 1992-08-31 1992-08-31 Гирокомпас

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2073206C1 (ru)
UA (1) UA19719C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654939C1 (ru) * 2016-12-30 2018-05-23 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ осреднения ошибок астроинерциальной навигационной системой
RU2654940C1 (ru) * 2016-12-30 2018-05-23 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Двухрамочная астроинерциальная навигационная система, осредняющая ошибки
RU2754964C1 (ru) * 2020-09-28 2021-09-08 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" Способ определения азимута и динамический гирокомпас
CN117190997A (zh) * 2023-11-06 2023-12-08 四川图林科技有限责任公司 一种半球谐振陀螺仪的正交误差控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Коган В.М. и др. Судовой гироазимуткомпас "Вега". - М.: Транспорт, 1983. 2. Смирнов Е.Л. и др. Технические средства судовождения. Теория. - М.: Транспорт, 1988, с.195 - 200. 3. Новиков Л.З. и др. Механика динамически настраиваемых гироскопов. - М.: Наука, 1985, с.46 - 47. 4. Брозгуль Л.И. Динамически настраиваемые гироскопы: модели погрешностей для систем навигации.- М.: Машиностроение, 1989, с.80. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654939C1 (ru) * 2016-12-30 2018-05-23 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ осреднения ошибок астроинерциальной навигационной системой
RU2654940C1 (ru) * 2016-12-30 2018-05-23 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Двухрамочная астроинерциальная навигационная система, осредняющая ошибки
RU2754964C1 (ru) * 2020-09-28 2021-09-08 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" Способ определения азимута и динамический гирокомпас
CN117190997A (zh) * 2023-11-06 2023-12-08 四川图林科技有限责任公司 一种半球谐振陀螺仪的正交误差控制方法
CN117190997B (zh) * 2023-11-06 2024-01-05 四川图林科技有限责任公司 一种半球谐振陀螺仪的正交误差控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
UA19719C2 (ru) 1997-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1141008A (en) Autonomous navigation system
US2752792A (en) Gyroscopic apparatus
US2914763A (en) Doppler-inertial navigation data system
US3543587A (en) Gyroscopic instrument
NO782882L (no) Treghetsstyresystem.
US8079258B1 (en) Gyroscope and pendulous gyroscopic accelerometer with adjustable scale factor, and gravity gradiometer using such
US3782205A (en) Temperature compensated digital inertial sensor
US2802956A (en) Pendulum apparatus
RU2073206C1 (ru) Гирокомпас
US2770452A (en) System for measuring the acceleration of a dirigible craft
US3252339A (en) Gyroscopic apparatus
GB885946A (en) Gyro compass
US3563662A (en) Apparatus for sensing movement about a plurality of axes
US4123849A (en) Miniature north reference unit
US2630017A (en) Acceleration correction of gyro-verticals
US4180916A (en) Gyroscopic instruments
US3483746A (en) Three-axis inertial reference sensor
US2953926A (en) Navigation system
US3267746A (en) Two axis rate gyroscope
US3229376A (en) Pendulous gyrocompass
RU2256882C2 (ru) Способ стабилизации по крену инерциальной платформы для быстровращающихся объектов и стабилизированная по крену инерциальная платформа
US4603483A (en) Thermal gradient compensator for fluid rotor gyroscopic apparatus
US2953858A (en) Navigational apparatus
US4993274A (en) Gyroscope system
RU2339002C1 (ru) Способ определения навигационных параметров управляемых подвижных объектов и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050901