RU2087864C1 - Analytical gyrocompass - Google Patents
Analytical gyrocompass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087864C1 RU2087864C1 RU94020966A RU94020966A RU2087864C1 RU 2087864 C1 RU2087864 C1 RU 2087864C1 RU 94020966 A RU94020966 A RU 94020966A RU 94020966 A RU94020966 A RU 94020966A RU 2087864 C1 RU2087864 C1 RU 2087864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- input
- output
- control unit
- azimuth
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута, например, в высокоточных системах различного назначения. The invention relates to the field of gyroscopic systems and can be used to determine the azimuth, for example, in high-precision systems for various purposes.
Известна система аналитического гирокомпасирования платформы [1]
Прототипом изобретения является система аналитической выставки платформы [2]
Эта система содержит платформу с расположенными на ней двумя акселерометрами, четырьмя гироблоками, причем выходы первого и второго акселерометров через первый и второй усилители коррекции соединены с входами датчиков момента первого и второго гироблоков. Датчик момента третьего гироблока через третий усилитель коррекции и коммутатор подключен в зависимости от режима работы к выходу второго акселерометра, либо к источнику стабилизированного тока. Выход датчика угла четвертого гироблока через усилитель обратной связи соединен с датчиком момента, также подключен через аналого-цифровой преобразователь и регистр хранения величин токов обратной связи к блоку вычислений. Блок управления, на вход которого подключен выход от системы управления, подключен своими выходами к коммутатору, блоку вычислений, регистру хранения величин токов обратной связи. Первый и второй акселерометры, усилители коррекции и гироблоки образуют два канала горизонтирования платформы. Третий гироблок с третьим усилителем коррекции, коммутатор и источник стабилизированного тока осуществляют управление платформы относительно вертикальной оси.Known system analytical gyrocompassing platform [1]
The prototype of the invention is a platform analytical exhibition system [2]
This system contains a platform with two accelerometers and four gyro blocks located on it, and the outputs of the first and second accelerometers are connected to the inputs of the moment sensors of the first and second gyro blocks through the first and second correction amplifiers. The moment sensor of the third gyro block through the third correction amplifier and the switch is connected, depending on the operating mode, to the output of the second accelerometer, or to a stabilized current source. The output of the angle sensor of the fourth gyro block through a feedback amplifier is connected to a torque sensor, it is also connected via an analog-to-digital converter and a register for storing feedback current values to the calculation unit. The control unit, at the input of which the output from the control system is connected, is connected by its outputs to the switch, the computation unit, and the storage register of feedback current values. The first and second accelerometers, correction amplifiers, and gyro blocks form two channels for leveling the platform. The third gyro block with a third correction amplifier, a switch and a stabilized current source control the platform relative to the vertical axis.
Недостатки прототипа следующие. Для работы блока вычислений необходимо предварительно знать основные параметры устройства, которые входят в состав коэффициентов системы алгебраических уравнений. В качестве рабочей информации используют ток обратной связи и его производную, для измерения которых надо с большой точностью знать параметры обратной связи. Во время измерений система горизонтирования может возмущаться от внешних факторов и тогда искомые параметры выставки углы негоризонтальности платформы могут существенно изменяться и вносить погрешности в вычислительный алгоритм. И наконец, алгоритм выставки не учитывает дрейф платформы за время измерения. The disadvantages of the prototype are as follows. For the computing unit to work, you must first know the basic parameters of the device, which are part of the coefficients of the system of algebraic equations. The feedback current and its derivative are used as working information, for the measurement of which it is necessary to know the feedback parameters with great accuracy. During measurements, the leveling system may be disturbed by external factors, and then the desired exhibition parameters, the platform non-horizontal angles can vary significantly and introduce errors into the computational algorithm. And finally, the exhibition algorithm does not take into account the drift of the platform during the measurement.
Техническим результатом использования изобретения является устранение указанных недостатков для повышения точности определения азимута платформы. The technical result of using the invention is to eliminate these disadvantages to improve the accuracy of determining the azimuth of the platform.
Указанный результат достигается тем, что в устройство, содержащее платформу с установленными на ней двумя акселерометрами и четырьмя гироблоками, а также два усилителя коррекции, блок управления, блок вычислений, постоянное запоминающее устройство констант, усилитель, причем выходы первого и второго усилителей коррекции подключены соответственно к входам датчиков момента первого и второго гироблоков, а первый выход блока вычислений подключен к первому выходу блока управления, вход которого подключен к шине сигнала включения устройства, дополнительно введены сумматор, элемент сравнения, цифроаналоговый преобразователь, три переключателя, при этом выходы первого и второго акселерометров через соответственно первый и второй переключатели, управляемые входы которых подключены к второму выходу блока управления, соединены с выходами первого и второго усилителей коррекции, выход датчика угла четвертого гироблока через блок вычислений, сумматор, элемент сравнения, второй вход которого напрямую связан с выходом датчика угла четвертого гироблока, цифроаналоговый преобразователь, усилитель и третий переключатель, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления, соединен с входом датчика момента четвертого гироблока, а первый и второй выходы постоянного запоминающего устройства констант соединены соответственно с вторым входом сумматора и третьим входом блока вычислений, второй выход которого подключен к выходной шине устройства. This result is achieved by the fact that in a device containing a platform with two accelerometers and four gyro blocks installed on it, as well as two correction amplifiers, a control unit, a calculation unit, a constant memory constant, an amplifier, and the outputs of the first and second correction amplifiers are connected respectively to inputs of the moment sensors of the first and second gyro blocks, and the first output of the computing unit is connected to the first output of the control unit, the input of which is connected to the bus of the device enable signal a, an adder, a comparison element, a digital-to-analog converter, three switches are additionally introduced, while the outputs of the first and second accelerometers are respectively through the first and second switches, the controlled inputs of which are connected to the second output of the control unit, connected to the outputs of the first and second correction amplifiers, the sensor output the angle of the fourth gyro block through a block of calculations, an adder, a comparison element, the second input of which is directly connected to the output of the angle sensor of the fourth gyro block, digital-to-analog conversion the caller, amplifier, and a third switch, the control input of which is connected to the third output of the control unit, is connected to the input of the moment sensor of the fourth gyro block, and the first and second outputs of the constant storage constant device are connected respectively to the second input of the adder and the third input of the calculation unit, the second output of which is connected to the output bus of the device.
В аналитическом гирокомпасе согласно изобретению в четвертом гироблоке используется широкодиапазонный кодовый датчик угла гироскопа, позволяющий снимать информацию об углах прецессии в диапазоне 0o 360o, что дает возможность выставлять гироскоп в любое положение относительно платформы. Кроме того, в этот гирокомпас введена цепь выставки гироскопа в оптимальное положение относительно платформы (сумматор, элемент сравнения, цифро-аналоговый преобразователь, третий переключатель), что приводит к уменьшению влияния нестабильности параметров устройства на точность определения азимута платформы. Введение первого и второго переключателей, переводящих систему горизонтирования платформы в режим хранения, позволяет устранить влияние линейных ускорений, которые действуют на акселерометры системы горизонтирования, что также приводит к уменьшению ошибок при оценке азимута.In the analytical gyrocompass according to the invention, the fourth gyro block uses a wide-range encoder of the gyroscope angle, which allows you to record information about the precession angles in the range of 0 o 360 o , which makes it possible to set the gyroscope in any position relative to the platform. In addition, the gyroscope exhibit chain was introduced into this gyrocompass in the optimal position relative to the platform (adder, comparison element, digital-to-analog converter, third switch), which reduces the effect of instability of the device parameters on the accuracy of determining the platform azimuth. The introduction of the first and second switches, which translate the platform leveling system into storage mode, eliminates the influence of linear accelerations that act on the accelerometers of the leveling system, which also leads to a decrease in errors in the azimuth estimation.
Изобретение поясняется фиг.1. Аналитический гирокомпас содержит платформу 1 с установленными на ней акселерометрами 2 и 3 и гироблоками 4, 5, 6, 7, при этом выходы первого 2 и второго 3 акселерометров через первый 8 и второй 9 переключатели соединены с входами первого 10 и второго 11 усилителей коррекции, выходы которых подключены соответственно к входам датчиков моментов первого 4 и второго 5 гироблоков. На управляющие входы переключателей 8 и 9 подключен второй выход блока управления 12, первый вход которого подключен к первому входу блока вычислений 13, а третий выход подключен к управляющему входу третьего переключателя 14. Вход блока управления подключен к шине управляющего сигнала. Выход датчика угла четвертого гироблока 7 через блок вычислений 13, сумматор 15, элемент сравнения 16, второй вход которого напрямую связан с выходом датчика угла четвертого гироблока, цифро-аналоговый преобразователь 17, усилитель 18 и третий переключатель 14 подключен к входу датчика момента четвертого гироблока. Постоянное запоминающее устройство констант 19 подключено своим первым выходом к второму входу сумматора, а вторым выходом к третьему входу блока вычислений 13, второй выход которого подключен к выходной клемме устройства. The invention is illustrated in figure 1. The analytical gyrocompass contains platform 1 with accelerometers 2 and 3 installed on it and gyro blocks 4, 5, 6, 7, while the outputs of the first 2 and second 3 accelerometers are connected through the first 8 and second 9 switches to the inputs of the first 10 and second 11 correction amplifiers, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the moment sensors of the first 4 and second 5 gyroblocks. The second output of the control unit 12 is connected to the control inputs of the switches 8 and 9, the first input of which is connected to the first input of the computing unit 13, and the third output is connected to the control input of the third switch 14. The input of the control unit is connected to the control signal bus. The output of the angle sensor of the fourth gyro block 7 through the computing unit 13, the adder 15, the comparison element 16, the second input of which is directly connected to the output of the angle sensor of the fourth gyro block, a digital-to-analog converter 17, amplifier 18, and the third switch 14 are connected to the input of the moment sensor of the fourth gyro block. The constant storage device of the constants 19 is connected by its first output to the second input of the adder, and the second output to the third input of the computing unit 13, the second output of which is connected to the output terminal of the device.
В состав каждого двухстепенного гироблока 4, 5, 6, 7 входят датчик угла и датчик момента, причем в четвертом гироблоке 7 используется широкодиапазонный кодовый датчик угла 20. Блок вычислений 13 представляет собой специализированный вычислитель, который может быть реализован на микропроцессорах. Блок управления 12 может быть реализован, например, сдвиговым регистром с параллельным входом и выходом. Переключатели 8, 9, 14 могут быть реализованы, например, на реле. Сумматор 15, элемент сравнения 16 могут быть выполнены на стандартных элементах. Усилитель 18 служит для усиления тока, подаваемого на обмотки датчика момента четвертого гироблока 7, для чего может быть использован стандартный усилитель. Широкодиапазонный кодовый датчик угла 20 представляет собой прецизионный датчик с разрешающей способностью не менее 0,1 дуг.с и углом поворота ротора относительно статора 360o. Цифроаналоговый преобразователь 17 осуществляет преобразование цифрового сигнала в аналоговый и должен иметь 32-разрядную сетку. Постоянное запоминающее устройство должно иметь объем памяти не меньше 56 кбайт.Each two-stage gyro block 4, 5, 6, 7 includes an angle sensor and a torque sensor, and the fourth gyro block 7 uses a wide-range code angle sensor 20. Computation block 13 is a specialized computer that can be implemented on microprocessors. The control unit 12 may be implemented, for example, by a shift register with parallel input and output. The switches 8, 9, 14 can be implemented, for example, on a relay. The adder 15, the comparison element 16 can be performed on standard elements. The amplifier 18 serves to amplify the current supplied to the windings of the moment sensor of the fourth gyro block 7, for which a standard amplifier can be used. The wide-range angle encoder 20 is a precision sensor with a resolution of at least 0.1 arcs and a rotor angle of rotation of the rotor relative to the stator 360 o . The digital-to-analog converter 17 converts a digital signal into an analog one and must have a 32-bit grid. Permanent storage device must have a memory capacity of at least 56 kbytes.
Принцип работы аналитического гирокомпаса заключается в следующем. Текущий азимут платформы определяется путем непрерывной обработки информации об угле прецессии гироскопа четвертого гироблока 7, снимаемого с широкодиапазонного датчика угла 20. Алгоритм определения азимута платформы строится на основе полной динамической модели движения гироскопа:
где I момент инерции гироскопа,
f коэффициент демпфирования,
H кинетический момент,
ωв, ωг проекции угловой скорости вращения Земли,
А0 начальный азимут платформы,
ωГБ скорость собственного ухода измерительного гироблока,
δ*, γ* статические ошибки системы горизонтирования,
b угол прецессии гироскопа,
a угол поворота платформы относительно Земли,
ωдр скорость дрейфа платформы относительно вертикальной оси.The principle of operation of the analytical gyrocompass is as follows. The current azimuth of the platform is determined by continuously processing information about the precession angle of the gyroscope of the fourth gyro block 7, taken from a wide-range angle sensor 20. The algorithm for determining the azimuth of the platform is based on the full dynamic model of the gyroscope:
where I is the moment of inertia of the gyroscope,
f damping factor
H kinetic moment,
ω in , ω g projection of the angular velocity of rotation of the Earth,
And 0 is the initial azimuth of the platform,
ω GB self-care speed of the measuring gyro block,
δ * , γ * static errors of the leveling system,
b angle of precession of the gyroscope,
a the angle of rotation of the platform relative to the Earth,
ω dr the drift velocity of the platform relative to the vertical axis.
Особенностью предлагаемого устройства является то, что платформа "свободна в азимуте" относительно Земли по вертикали, поэтому вертикальная составляющая ωВ угловой скорости Земли при неотгоризонтированной платформе на определение азимута не влияет. Так же мало влияние дрейфа платформы ωдр относительно вертикальной оси и инерциального члена в формуле (1).A feature of the proposed device is that the platform is "free in azimuth" vertically relative to the Earth, therefore, the vertical component ω In the angular velocity of the Earth with an unmounted platform does not affect the determination of azimuth. The influence of the drift of the platform ω dr relative to the vertical axis and the inertial term in formula (1) is also small.
Текущий азимут определяется в два этапа. Сначала по приближенно известным параметрам измерителя производится предварительная оценка начального азимута по формуле, которую можно получить путем решения уравнений (1):
где: βo=β(to) начальное значение угла прецессии гироскопа,
a, b, F коэффициенты, вычисляемые в соответствии с приближенно известными значениями параметров:
где: I*, H*, f*, ω
where: β o = β (t o ) the initial value of the angle of precession of the gyroscope,
a, b, F coefficients calculated in accordance with approximately known parameter values:
where: I * , H * , f * , ω
Существенной особенностью предложенной системы является возможность установки гироскопа в оптимальное положение относительно платформы, позволяющее уменьшить влияние нестабильности параметров измерителя на точность определения азимута:
β
где: q
β
where: q
Затем оцениваются отклонения истинных значений основных параметров f, ωдр, ωГБ и азимута А0 от их приближенных значений путем решения системы алгебраических уравнений, полученной из (1):
ai1ΔAo+ai2Δf+ai3Δωдр+ai4ΔωГБ=Ci, i= 1,2,3,4 (5)
где: ΔAo, Δf, Δωдр, ΔωГБ отклонения начального азимута, коэффициента демпфирования, дрейфа платформы и гироблока, аij коэффициенты системы (5).Then, the deviations of the true values of the main parameters f, ω dr , ω GB and azimuth A 0 from their approximate values are estimated by solving a system of algebraic equations obtained from (1):
a i1 ΔA o + a i2 Δf + a i3 Δω dr + a i4 Δω GB = C i , i = 1,2,3,4 (5)
where: ΔA o , Δf, Δω dr , Δω GB deviations of the initial azimuth, damping coefficient, drift of the platform and gyro block, and ij are the coefficients of the system (5).
По формулам Крамера
где: D, Δ1, Δ2 известные определители Крамера:
Окончательно искомый текущий азимут платформы вычисляется следующим образом:
где: Тизм время измерения:
Tизм=t7-t0 (10)
Работа аналитического гирокомпаса заключается в следующем. Перед началом работы система горизонтирования платформы функционирует обычным образом - акселерометры 2, 3 через замкнутые первый и второй переключатели 8, 9 подключены к усилителям 10,1 коррекции, которые выдают сигнал на датчики момента первого и второго гироблоков. Система стабилизации платформы в инерциальном пространстве относительно вертикальной оси работает непрерывно (на фиг. 1 показан только третий гироблок чувствительный элемент системы стабилизации). Измерительная часть аналитического гирокомпаса включена - информация об угле прецессии β(t)) измерительного гироскопа постоянно подается в блок вычислений. Третьим переключателем отключен вход датчика момента четвертого измерительного гироблока 7 от усилителя, т.е. гироскоп находится в произвольном относительно платформы положении.
According to Cramer's formulas
where: D, Δ 1 , Δ 2 known Cramer determinants:
Finally, the desired current platform azimuth is calculated as follows:
where: T meas. measurement time:
T meas = t 7 -t 0 (10)
The work of the analytical gyrocompass is as follows. Before starting work, the platform leveling system functions in the usual way - accelerometers 2, 3 are connected to the correction amplifiers 10,1 through the closed first and second switches 8, 9, which provide a signal to the moment sensors of the first and second gyro blocks. The platform stabilization system in inertial space relative to the vertical axis works continuously (in Fig. 1 only the third gyro block is a sensitive element of the stabilization system). The measuring part of the analytical gyrocompass is turned on - information about the precession angle β (t)) of the measuring gyroscope is constantly supplied to the calculation unit. The third switch disconnects the moment sensor input of the fourth measuring gyro block 7 from the amplifier, i.e. the gyroscope is in an arbitrary position relative to the platform.
Момент начала работы аналитического гирокомпаса определяется подачей управляющего сигнала на вход блока управления. По этой команде блок управления формирует команду К(t0), по которой первый и второй переключатели переводят усилители коррекции в режим хранения, отключая акселерометры. По этой же команде в блоке вычислений запоминается начальное значение угла прецессии гироскопа В блоке вычислений далее постоянно обрабатывается информация о текущем угле β(t) и по команде К(t1), которая подается в блок вычислений, предварительно определяется азимут в соответствии с алгоритмом (по формулам (2), (3)). По вычисленному значению A
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94020966A RU2087864C1 (en) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | Analytical gyrocompass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94020966A RU2087864C1 (en) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | Analytical gyrocompass |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94020966A RU94020966A (en) | 1996-03-10 |
RU2087864C1 true RU2087864C1 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=20156815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94020966A RU2087864C1 (en) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | Analytical gyrocompass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2087864C1 (en) |
-
1994
- 1994-06-06 RU RU94020966A patent/RU2087864C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Гироскопические системы / Под ред. Д.С.Пельпора, ч. II. - М., 1988, с. 354-371. 2. Авторское свидетельство СССР N 1827544, кл. G 01 C 21/18, 1993. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5486920A (en) | Laser gyro dither strippr gain correction method and apparatus | |
EP0257263B1 (en) | Gyrocompassing apparatus for stationary equipment | |
EP0079288A2 (en) | Gyroscopic apparatus | |
RU2324897C1 (en) | Azimuthal orientation of free gyro platform by precession angle of gyro unit | |
GB1579920A (en) | Gyroscope apparatus | |
US9417064B2 (en) | System and method for north finding | |
GB2090973A (en) | A directional gyro compass | |
RU2087864C1 (en) | Analytical gyrocompass | |
RU2191351C1 (en) | Reading gyrostabilization system | |
JP2000249552A (en) | Method and device for searching north | |
RU2339002C1 (en) | Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof | |
RU2256882C2 (en) | Method of in-roll stabilization of inertial platform for quickly rotating objects and in-roll stabilized inertial platform | |
RU2049311C1 (en) | Method of determination of coefficients of instrumentation error model of navigational system | |
RU2003105730A (en) | METHOD OF STABILIZING ON THE ROLL OF AN INERTIAL PLATFORM FOR RAPID FACILITIES AND THE STABILIZED BY THE ROLL INERTIAL PLATFORM | |
RU2104490C1 (en) | Gyroscopic inclinometer and process of determination of angular orientation of drill-holes | |
RU2189564C1 (en) | Method of gyrocompassing by means of gyroscopic rate sensor and combined compensation of it drift | |
US3349630A (en) | Drift compensation computer | |
US3352164A (en) | Gyro monitor adaptive mechanization | |
RU2124184C1 (en) | Self-orienting gyroscopic heading and roll indicating system | |
RU2700720C1 (en) | Azimuthal orientation of platform of three-axis gyrostabilizer | |
JP4287975B2 (en) | Attitude measurement device | |
RU2757854C1 (en) | Method for calibrating gyro units of the platform of a triaxial gyrostabiliser | |
RU2098766C1 (en) | Method for determination of true heading by means of gyroscopic angular-velocity sensor | |
RU2187074C1 (en) | Method of correction of gyrocompass | |
RU2194948C1 (en) | Method of algorithm compensation of error of gyrocompassing by means of angular-rate sensor |