RU2225024C1

RU2225024C1 - System of image stabilization on mobile base

Info

Publication number: RU2225024C1
Application number: RU2002117561/28A
Authority: RU
Inventors: И.П. Патрушев; Е.М. Лабзин
Original assignee: Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "Темп-Авиа"
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-27
Also published as: RU2002117561A

Abstract

FIELD: optical instrumentation. SUBSTANCE: invention is related to gyrostabilized facilities put on mobile objects. System of image stabilization has indicator gyroscopic platform with mirror set on it, gimbal suspension in the form of external and internal frames, free gyroscopic angle-data transmitter with torque generators, transmitters of angle of rotation of rotor of gyroscopic angle- data transmitter which outputs are connected through amplification-correction devices of corresponding stabilization channels to inputs of stabilization sensors of suspension frames, two channels of control over rate of turn of platform with amplification link in each channel connected to input of proper torque generator of gyroscopic angle-data transmitter, two threshold units for protection of rotor of gyroscopic angle-data transmitter from impact against mechanical rests connected with their inputs to transmitters of angle of rotation of gyroscopic angle-data transmitter and with their outputs to first inputs of amplification link of channel of control over rate of turn of platform through adders and two units protecting stabilization sensors against overheating connected to amplification-correction device of each stabilization channel. Free gyroscopic angle-data transmitter is mounted on auxiliary axle that is coupled to mirror by means of belt transmission with gain factor 1:2. System includes device to compensate for errors of belt transmission, two units protecting torque generators of gyroscopic angle-data transmitter against overheating, two devices to compensate for drift of line of sight and transmitters of vertical and horizontal guidance angles. EFFECT: increased precision of stabilization and speed of control over free gyroscopic angle-data transmitter. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к гиростабилизированным устройствам, размещаемым на подвижных объектах для обеспечения поля зрения, получения неподвижного изображения и управления линией визирования оптических приборов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. The invention relates to the field of optical instrumentation, in particular to gyrostabilized devices placed on moving objects to provide a field of view, to obtain a still image and to control the line of sight of optical devices in vertical and horizontal planes.

Известна система стабилизации изображения на подвижном основании [1], которая содержит платформу, установленную в подшипниках корпуса и обладающую свободой вращения вокруг вертикальной оси. В подшипниках платформы установлены зеркало и рамка с двумя одноосными гиростабилизаторами, при этом горизонтальная ось вращения зеркала связана с горизонтальной осью вращения рамки ленточной передачей 1:2. На горизонтальной оси вращения рамки и вертикальной оси платформы установлены моментные двигатели. Одноосные гиростабилизаторы установлены в рамке таким образом, что их выходные оси параллельны оси платформы и горизонтальной оси зеркала. Для обеспечения стабилизации датчики угла одноосных гиростабилизаторов электрически связаны с моментными двигателями через усилители. A known image stabilization system on a moving base [1], which contains a platform installed in the bearings of the housing and having freedom of rotation around a vertical axis. A mirror and a frame with two uniaxial gyrostabilizers are installed in the platform bearings, while the horizontal axis of rotation of the mirror is connected with the horizontal axis of rotation of the frame by a 1: 2 belt drive. On the horizontal axis of rotation of the frame and the vertical axis of the platform, torque motors are installed. Uniaxial gyrostabilizers are mounted in a frame so that their output axes are parallel to the axis of the platform and the horizontal axis of the mirror. To ensure stabilization, the angle sensors of uniaxial gyrostabilizers are electrically connected to torque motors through amplifiers.

Недостатком этой системы стабилизации является наличие незатухающих колебаний зеркала в горизонтальной плоскости в условиях вибрации объекта, обусловленных применением в качестве стабилизирующего устройства одноосного гиростабилизатора, имеющего низкую резонансную частоту нутационных колебаний, находящуюся в диапазоне частот вибраций, возникающих при движении объекта. The disadvantage of this stabilization system is the presence of undamped oscillations of the mirror in the horizontal plane under vibration of the object, due to the use of a uniaxial gyrostabilizer as a stabilizing device, which has a low resonant frequency of nutation oscillations in the frequency range of the vibrations that occur when the object moves.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является система стабилизации изображения на подвижном основании [2], содержащая индикаторную гироскопическую платформу с установленным на ней датчиком изображения, карданов подвес в виде наружной и внутренней рам, астатический трехстепенной гироскоп с моментными датчиками, датчиками угла поворота рамок гироскопа, усилители стабилизации по каждому каналу, приводы рам подвеса, систему управления платформой, содержащую в каждом канале усилительное звено, два ключа, ограничители сигнала арретирования, инверторы, масштабные усилители, сумматор, пороговое устройство и ограничитель тока двигателя привода карданова подвеса, определенным образом соединенные между собой. The closest in technical essence and the achieved result is an image stabilization system on a moving base [2], containing an indicator gyroscopic platform with an image sensor mounted on it, cardan gimbal in the form of external and internal frames, an astatic three-degree gyroscope with torque sensors, frame rotation angle sensors a gyroscope, stabilization amplifiers for each channel, suspension frame drives, a platform control system containing an amplification link in each channel, two keys, nichiteli signal caging, inverters, scaling amplifiers, an adder, a threshold device and the actuator motor current gimbal certain way interconnected.

Недостатками данной системы являются недостаточно высокая точность стабилизации, обусловленная дрейфом гироскопического датчика угла (ГДУ), а также невозможность получения высоких скоростей управления вследствие перегрева датчиков момента (ДМ) управляющим током. The disadvantages of this system are the insufficiently high stabilization accuracy due to the drift of the gyroscopic angle sensor (GDU), as well as the inability to obtain high control speeds due to overheating of the torque sensors (DM) by the control current.

Задачами, на решение которых направленно настоящее изобретение, являются повышение точности стабилизации и скоростей управления ГДУ при одновременном обеспечении теплового режима ДМ. The tasks to which the present invention is directed are to increase the accuracy of stabilization and control speeds of the GDU while ensuring the thermal regime of the DM.

Поставленная задача решается за счет того, что в системе стабилизации изображения на подвижном основании, содержащей индикаторную гироскопическую платформу с установленным на ней зеркалом, карданов подвес в виде наружной и внутренней рам, трехстепенной гироскопический датчик угла (ГДУ) с датчиками момента (ДМ) и датчиками угла поворота ротора (ДУПР) ГДУ, выходы которых через усилительно-корректирующие устройства (УКУ) соответствующих каналов стабилизации соединены с входами датчиков стабилизации (ДС) рам подвеса, два канала управления скоростью разворота платформы (КУСРП) с усилительным звеном (УЗ) в каждом канале, подключенным к входу соответствующего ДМ ГДУ, два пороговых устройства для защиты ротора (ПУЗР) ГДУ от удара об механические упоры, своими входами подключенные к ДУПР ГДУ, а выходами через первый и второй сумматоры подключенные к первым входам УЗ КУСРП, и два устройства защиты от перегрева (УЗП) ДС, соединенные с УКУ каждого канала стабилизации, согласно изобретению, ГДУ установлен на вспомогательной оси, которая через ленточную передачу 1:2 связана с зеркалом, а в систему дополнительно введены устройство компенсации ошибки ленточной передачи (УКОЛП), два устройства защиты от перегрева (УЗП) ДМ ГДУ, два устройства компенсации дрейфа линии визирования (УКДЛВ) и датчики угла вертикального и горизонтального наведения, соединенные со входами УКДЛВ, причем датчик угла вертикального наведения соединен также со входом УКОЛП, выход которого соединен через третий сумматор со входом УКУ по каналу вертикального наведения, выходы УКДЛВ соединены через первый и второй сумматоры с первыми входами УЗ КУСРП, входы УЗП ДМ ГДУ соединены с выходами УЗ КУСРП, а их выходы - со вторыми входами УЗ КУСРП. The problem is solved due to the fact that in the image stabilization system on a moving base, which contains an indicator gyro platform with a mirror mounted on it, a gimbal in the form of an external and internal frame, a three-stage gyro angle sensor (GDU) with torque sensors (DM) and sensors the angle of rotation of the rotor (DUPR) GDU, the outputs of which through the amplifier-correction device (UKU) of the corresponding stabilization channels are connected to the inputs of the stabilization sensors (DS) of the suspension frames, two control channels with the speed of the platform’s turn (KUSRP) with an amplifying link (UZ) in each channel connected to the input of the corresponding DM GDU, two threshold devices for protecting the rotor (GSS) of the GDU from impact on mechanical stops, connected to the DUPR GDU by their inputs, and outputs through the first and the second adders connected to the first inputs of the ultrasonic control system KUSRP, and two protection devices against overheating (USP) DS connected to the control system of each stabilization channel, according to the invention, the GDU is installed on the auxiliary axis, which is connected to the mirror via a tape drive 1: 2, and the system additionally introduced a tape error compensation device (УКОЛП), two overheat protection devices (УЗП) DM ГДУ, two sight line drift compensation devices (УКДЛВ), and vertical and horizontal pointing angle sensors connected to the УКДЛВ inputs, moreover, a vertical pointing angle sensor also connected to the UKOLP input, the output of which is connected through the third adder to the UKU input via the vertical guidance channel, the UKDLV outputs are connected through the first and second adders to the first inputs of the UUS KUSRP, input s SPDs DM GDU connected to the outputs of ultrasonic KUSRP, and their outputs - to the second inputs of ultrasonic KUSRP.

Признаками, отличающими предложенную систему стабилизации изображения от известной (прототипа), являются дополнительное введение УКДЛВ и датчиков угла вертикального наведения (ДУ ВН) и горизонтального наведения (ДУ ГН), что позволяет значительно снизить дрейф линии визирования и, таким образом, изображения и в конечном счете повысить точность стабилизации. Signs that distinguish the proposed image stabilization system from the known (prototype) are the additional introduction of UHFV and vertical guidance angle sensors (LH HV) and horizontal guidance (LH GN), which can significantly reduce the drift of the line of sight and, thus, the image and account to increase the accuracy of stabilization.

Изобретение поясняется фиг.1-4. На фиг.1 изображена структурно-кинематическая схема предложенной системы стабилизации изображения на подвижном основании (ССИПО); на фиг.2 - структурная схема реализации УЗП ДМ; на фиг.3 - график зависимости между входным и выходным напряжениями ПУЗР; на фиг.4 - структурная схема УЗП ДС. The invention is illustrated in figures 1-4. Figure 1 shows the structural-kinematic diagram of the proposed image stabilization system on a moving base (SSIPO); figure 2 is a structural diagram of the implementation of the USP DM; figure 3 is a graph of the relationship between the input and output voltages of the SCR; figure 4 is a structural diagram of the USP DS.

Предложенная система (фиг. 1) содержит индикаторную гироскопическую платформу, в которую входит ГДУ, состоящий из гиромотора 1, ДМ 2, 3 и ДУ ПР 4, 5. Кроме того, платформа содержит вспомогательную ось 6, на которой установлен ГДУ, ленточную передачу 7, которая механически связывает ось 6 ГДУ со стабилизируемым зеркалом 8. Изображение от зеркала 8 попадает на датчик изображения (условно не показан). Зеркало 8 также механически связано с ДС 9, который вместе с УКУ 10 и ДУ 4 образует систему стабилизации зеркала 8 по оси вертикального наведения. Ось 6 ГДУ и зеркало 8 установлены в подшипниках наружной рамы 11 карданова подвеса, а внутренней рамой служит само зеркало 8. Рама 11 установлена в подшипниках 12 подвижного основания ССИПО. Рама 11 механически связана с ДС 13, который вместе с УКУ 14 и ДУ 5 образуют систему стабилизации зеркала 8 по оси горизонтального наведения. Помимо этого платформа содержит два УЗ 15, 16, которые соединены соответственно с ДМ 3 и 2. К УЗ 15 и 16 подключены УЗП ДМ 17 и 18. На входе УЗ 15, 16 включены первый и второй сумматоры 19, 20 соответственно, на которые поступают сигналы с ПУЗР 21, 22, включенные между выходами ДУ 4 и 5 соответственно и сумматорами 19, 20. На сумматоры 19, 20 также поступают напряжения от УКДЛВ, состоящих из дифференциаторов 23, 24, ключей 25, 26 и интеграторов 27, 28, включенных последовательно. Кроме того, на сумматоры 19, 20 поступают напряжения U_упрωгн и U_упрωвн с пульта управления ССИПО (условно не показан) для управления скоростью наведения линии визирования. На дифференциаторы 23, 24 поступают напряжения с выходов ДУ ГН 29 и ДУ ВН 30. Сигнал с выхода ДУ ВН 30 также подается на вход УКОЛП 31, напряжение с выхода которого через третий сумматор 32 подается на вход УКУ 10. К УКУ 10 и 14 подключены УЗП ДС 33 и 34.The proposed system (Fig. 1) contains an indicator gyroscopic platform, which includes a GDU, consisting of a gyromotor 1, DM 2, 3 and DU PR 4, 5. In addition, the platform contains an auxiliary axis 6, on which a GDU is installed, a belt drive 7 , which mechanically connects the axis 6 of the GDU with a stabilized mirror 8. The image from the mirror 8 enters the image sensor (not shown conventionally). The mirror 8 is also mechanically connected with the DS 9, which together with the UKU 10 and the remote control 4 forms a stabilization system for the mirror 8 along the axis of vertical guidance. The axis 6 of the GDU and the mirror 8 are installed in the bearings of the outer frame 11 of the gimbal, and the mirror 8 itself serves as the internal frame. The frame 11 is installed in the bearings 12 of the SSIPO moving base. The frame 11 is mechanically connected with the DS 13, which together with the UKU 14 and the remote control 5 form a stabilization system for the mirror 8 along the horizontal guidance axis. In addition, the platform contains two UZ 15, 16, which are connected respectively to DM 3 and 2. UZ 15 and 16 are connected to UZ 15 and 16. At the input of UZ 15, 16 the first and second adders 19, 20, respectively, are connected, to which they come the signals from the SCR 21, 22, connected between the outputs of the remote control 4 and 5, respectively, and the adders 19, 20. The adders 19, 20 also receive voltage from UKDLV, consisting of differentiators 23, 24, keys 25, 26 and integrators 27, 28, included sequentially. In addition, adders 19, 20 receives the voltage U and U _uprωgn _uprωvn MTSIP from the remote control (conventionally not shown) for controlling the aiming line of sight rate. The differentiators 23, 24 receive voltages from the outputs of the remote control GN 29 and the remote control VN 30. The signal from the output of the remote control VN 30 is also fed to the input of UKOLP 31, the voltage from the output of which through the third adder 32 is supplied to the input of UKU 10. 10 are connected to UKU 10 and 14 UZP DS 33 and 34.

На фиг.2 показана структурная схема УЗП ДМ 17 (18), которое содержит сумматор 35, соединенный своим выходом со входом УРС 36, выход которого управляет ключами 37, 38, которые через диоды 39, 40 шунтируют выход буферного усилителя 41 через токоограничивающий резистор 42. Выход усилителя 41 через резистор 42 соединен с входом усилителя 43 мощности, к выходу которого подключен ДМ 2 (3) (в зависимости от того, какой канал рассматривается, так как они полностью идентичны). Буферный усилитель 41 и усилитель 43 мощности не входят в состав УЗП ДМ, а являются составной частью УЗ соответствующего канала. Figure 2 shows the structural diagram of the USP DM 17 (18), which contains an adder 35 connected by its output to the input of the URS 36, the output of which controls the keys 37, 38, which through the diodes 39, 40 bypass the output of the buffer amplifier 41 through a current-limiting resistor 42 The output of the amplifier 41 through a resistor 42 is connected to the input of the power amplifier 43, the output of which is connected to DM 2 (3) (depending on which channel is considered, since they are completely identical). The buffer amplifier 41 and the power amplifier 43 are not included in the USP DM, but are an integral part of the US channel.

Структурная схема УЗП ДС 33 (34) показана на фиг.4. Это устройство содержит интегратор 44, напряжение с выхода которого поступает на вход порогового устройства 45, выход которого управляет ключом 46, который подключает ко входу усилителя 47 мощности двухполярный ограничитель напряжения, состоящий из токоограничивающего резистора 48 и двуханодного стабилитрона 49. Напряжение на вход усилителя 47 мощности подается с выхода корректирующего усилителя 50 через резистор 48. К выходу усилителя 47 мощности подключен ДС 9 (13) (в зависимости от канала). Усилители 50 и 47 не относятся к УЗП ДС 33 (34), а входят в состав УКУ соответствующего канала. The structural diagram of the USP DS 33 (34) is shown in figure 4. This device contains an integrator 44, the voltage from the output of which goes to the input of the threshold device 45, the output of which controls the key 46, which connects to the input of the power amplifier 47 a bipolar voltage limiter consisting of a current-limiting resistor 48 and a two-anode zener diode 49. The voltage at the input of the power amplifier 47 fed from the output of the correction amplifier 50 through the resistor 48. To the output of the power amplifier 47 is connected DS 9 (13) (depending on the channel). Amplifiers 50 and 47 do not belong to the USP DS 33 (34), but are part of the UCF of the corresponding channel.

Предложенная система стабилизации изображения на подвижном основании (фиг.1) работает следующим образом:
В подшипниках наружной рамы 11 карданова подвеса установлена ось 6 гироскопического датчика угла (ГДУ); гиромотор 1 установлен на оси 6 ГДУ через сферический подшипник, обеспечивающий гиромотору 1 три степени свободы. ГДУ содержит датчики 2, 3 моментов (ДМ_у, ДМ_z) для управления скоростью разворота гиромотора 1 в пространстве управляющими сигналами U_упрωвн и U_упрωгн через усилители 15, 16 (УЗ_у, УЗ_z) и датчики 5, 4 углов (ДУ_у, ДУ_z) гиромотора 1 относительно оси 6 ГДУ по двум взаимно перпендикулярным осям. Ось 6 ГДУ через ленточную передачу 7 1:2 механически связана с осью стабилизируемого зеркала 8, при этом направление линии визирования параллельно направлению вектору кинетического момента Н гиромотора 1. Датчик 30 угла вертикального наведения (ДУ ВН) измеряет положение оси 6 ГДУ, а значит, и линии визирования относительно подвижного основания ССИПО. На оси зеркала 8 установлен датчик 9 стабилизации вертикального наведения (ДС ВН), который совместно с усилительно-корректирующим устройством 10 (УКУ) и датчиком 4 угла (ДУ_z) ГДУ образует следящую систему, стабилизирующую положение линии визирования в пространстве по вертикали.The proposed image stabilization system on a moving base (figure 1) works as follows:
In the bearings of the outer frame 11 of the gimbal, the axis 6 of the gyroscopic angle sensor (GDU) is installed; Gyromotor 1 is mounted on axis 6 of the GDU through a spherical bearing, which provides Gyromotor 1 with three degrees of freedom. GDU includes sensors 2, 3 moments (DM _v, DM _z) for controlling the rotation speed giromotora 1 in the space of the control signals U _uprωvn and U _uprωgn through amplifiers 15, 16 (ultrasonic _y ultrasonic _z) and sensors 5, 4 corners (DN _y , ДУ _z ) of the gyromotor 1 relative to the axis 6 of the GDU along two mutually perpendicular axes. The axis 6 of the GDU through a tape drive 7 1: 2 is mechanically connected with the axis of the stabilized mirror 8, while the direction of the line of sight is parallel to the direction of the vector of kinetic moment N of the gyromotor 1. The sensor 30 of the vertical angle angle (DU VN) measures the position of the axis 6 of the GDU, which means and lines of sight relative to the SSIPO moving base. On the axis of the mirror 8, a vertical guidance stabilization sensor (VL VL) 9 is installed, which, together with the amplification-correcting device 10 (CCU) and the angle sensor 4 (ДУ _z ) of the GDU, forms a tracking system stabilizing the position of the line of sight in vertical space.

Наружная рама 11 карданова подвеса установлена в подшипниках 12 корпуса ССИПО, между внутренней рамой и корпусом установлен датчик 13 стабилизации горизонтального наведения (ДС ГН), который совместно с усилительно-корректирующим устройством 14 и датчиком 5 угла (ДУ_у) ГДУ образует следящую систему, стабилизирующую положение линии визирования в пространстве по горизонту. Датчик 29 угла горизонтального наведения (ДУ ГН) измеряет положение линии визирования относительно подвижного основания ССИПО.The outer frame 11 of the gimbal is installed in the bearings 12 of the SSIPO housing, between the inner frame and the housing there is a horizontal guidance stabilization sensor (DS GN), which together with the amplification-correcting device 14 and the angle sensor 5 (ДУ _у ) ГДУ forms a tracking system that stabilizes horizontal position of the line of sight. The sensor 29 of the angle of horizontal guidance (GN GN) measures the position of the line of sight relative to the movable base SSIPO.

В предложенной ССИПО использована ленточная передача 7 1:2. Отклонение коэффициента ленточной передачи 7 от 1:2, связанное с погрешностью изготовления деталей, приводит к появлению дополнительной составляющей ошибки стабилизации линии визирования при качке подвижного основания по вертикали. УКОЛП 31 представляет собой усилитель с регулируемым в пределах от - К_п до + К_п (определяемых величиной погрешности изготовления деталей ленточной передачи) коэффициентом передачи. УКОЛП 31 из сигнала датчика 30 угла (ДУВН), механически связанного с ленточной передачей 7, формирует сигнал компенсации, который суммируется с сигналом ДУ_z 4 и на величину ошибки коэффициента ленточной передачи 7 Δφ, зависящей от угла поворота линии визирования относительно подвижного основания, поворачивает линию визирования относительно вектора Н на величину Δφ, компенсируя, таким образом, ошибку ленточной передачи 7.The proposed SSIPO used a tape drive 7 1: 2. The deviation of the coefficient of the tape transmission 7 from 1: 2, associated with the manufacturing error of parts, leads to the appearance of an additional component of the error of stabilization of the line of sight when rolling the movable base vertically. UKOLP 31 is an amplifier with adjustable transmission coefficient in the range from - K _p to + K _p (determined by the magnitude of the error in manufacturing parts of the tape drive). UKOLP 31 from the signal of the angle sensor 30 (LWI) mechanically connected with the tape drive 7 generates a compensation signal, which is summed with the signal of the remote control _z 4 and, by the value of the error of the tape coefficient 7 Δφ, which depends on the angle of rotation of the line of sight relative to the moving base, turns line of sight relative to the vector H by Δφ, thus compensating for the error of the tape 7.

В ССИПО также имеются защитные устройства, которые служат для защиты от перегрева датчиков 2, 3 момента (ДМ) ГДУ и датчиков 9, 13 стабилизации (ДС) (на фиг.1 соответственно УЗП ДМ 17, 18 и УЗП ДС 33, 34), а также гиромотора 1 ГДУ от удара об механические упоры (на фиг.1 - ПУЗР 21, 22). SSIPO also has protective devices that protect against overheating of the sensors 2, 3 of the moment (DM) of the GDU and stabilization sensors 9, 13 (DS) (in Fig. 1, respectively, USP DM 17, 18 and USP DS 33, 34), as well as gyromotor 1 GDU from impact on mechanical stops (in Fig. 1 - SLR 21, 22).

Структурная схема устройств 17, 18 защиты от перегрева датчиков 2, 3 момента (УЗПДМ) ГДУ показана на фиг.2 (показан один из каналов управления скоростью наведения). The block diagram of the devices for protection against overheating of the sensors 2, 3 of the moment (UZPDM) GDU shown in figure 2 (shows one of the channels for controlling the speed of guidance).

Особенностью данной схемы является наличие обратной связи по температуре датчиков 2, 3 момента; в качестве термодатчиков используются обмотки самих датчиков 2, 3 момента. A feature of this scheme is the presence of feedback on the temperature of the sensors 2, 3 of the moment; as thermal sensors, windings of the sensors 2, 3 of the moment are used.

Напряжения на входах сумматора 35 (С) связаны соотношениями:
U_дм=I_вых _ум•R_дм,
I_вых _ум= U_вx _ум•К_п (усилитель 43 мощности (УМ) выполнен в виде преобразователя напряжение - ток).The voltage at the inputs of the adder 35 (C) are related by the relations:
U _dm = I _out _mind • R _dm ,
I _out _mind = U _in _mind • K _p (power amplifier 43 (UM) is designed as a voltage-current converter).

Тогда: U_дм=U_вх _ум•К_п•R_дм.Then: U _dm = U _vkh _mind • K _n • R _dm .

Сопротивление датчика 2 (3) момента в соответствии с известной формулой равно R_дм = R_дм0•(1+α•t_дм).The resistance of the moment sensor 2 (3) in accordance with the well-known formula is equal to R _dm = R _dm0 • (1 + α • t _dm ).

Тогда U_дм = U_вх _ум•K_п•R_дм0(1+α•_дм).Then U _dm = U _vkh _mind • K _p • R _dm0 (1 + α • _dm ).

При t_дм<t_max _доп
|U_дм|<|U_вх _ум|, разница этих двух напряжений усиливается усилителем 36 разностного сигнала (УРС) и управляет одним из электронных ключей 37, 38 (ЭК) в зависимости от полярности выходного напряжения УРС 36. Схема сфазирована таким образом, чтобы при этом открывался тот электронный ключ 37, 38, который через соответствующий диод 39, 40 (Д) шунтировал ту полярность выходного напряжения буферного усилителя 41 (БУ), которая противоположна действующей на выходе этого усилителя. При t_дм > t_max _доп знак разности U_дм - U_вx _ум меняется на противоположный и в результате открывается другой электронный ключ 37, 38 (ЭК) и шунтирует действующую на выходе БУ 41 полярность выходного напряжения. В схеме возникает ООС по температуре, которая стремится препятствовать увеличению температуры датчиков 2, 3 момента t_дм > t_max _доп. При этом одновременно с защитой ДМ 2, 3 от перегрева удается получить максимально возможную скорость наведения линии визирования.When t _dm <t _max _additional
| U _dm | <| U _mind _Bx |, the difference between these two voltages is amplified in amplifier 36 the difference signal (EOS) and controls one of the electronic switches 37, 38 (CI) depending on the polarity of the voltage output circuit 36. URS phased so that this opened the electronic key 37, 38, which, through the corresponding diode 39, 40 (D), shunted the polarity of the output voltage of the buffer amplifier 41 (BU), which is opposite to that acting on the output of this amplifier. When t _dm > t _{max the} _additional sign of the difference U _dm - U _{vx the} _mind is reversed and as a result another electronic key 37, 38 (EC) is opened and the output voltage polarity acting on the output of the BU 41 is shunted. In the circuit, an OOS occurs in temperature, which tends to prevent an increase in the temperature of sensors 2, 3 of the moment t _dm > t _max _add . At the same time, simultaneously with the protection of DM 2, 3 from overheating, it is possible to obtain the maximum possible speed of sighting line guidance.

Для защиты гиромотора 1 ГДУ от удара об механические упоры, возможность которого обусловлена небольшими рабочими углами ГДУ (±45') и ограниченными рабочими углами рам карданова подвеса, которые меньше возможных углов поворота подвижного основания, введена связь между датчиками 5, 4 угла (ДУ_у и ДУ_z) ГДУ и сумматорами 19, 20 на входах усилителей 16, 15 (УЗ_у) и (УЗ_z) датчиков 2, 3 момента ГДУ через пороговые устройства 21, 22 (ПУЗР) (см. фиг.1) с характеристикой, приведенной на фиг.3.To protect giromotora 1 GDU from hitting the end stops, the possibility of which is due to small working angles GDU (± 45 ') and limited working angles gimbal frames that fewer possible movable base angles of rotation, put the connection between the sensors 5, 4 angle (DN _y and DU _z) GDU and adders 19, 20 at the inputs of the amplifiers 16, 15 (ultrasonic _y) and (UZ _z) sensors 2, 3 points GDU through the threshold devices 21, 22 (PUZR) (see FIG. 1) with the characteristic, shown in figure 3.

При углах гиромотора 1, меньших рабочих углов ГДУ, выходные напряжения ДУ_у 5 и ДУ_z 4 меньше |±U_пop|, связи между ДУ_у 5, ДУ_z 4 и УЗ_у 16, УЗ_z 15 отсутствуют. Пороговые напряжения ±U_nop выбраны соответствующими углам гиромотора 1, меньшим рабочих углов ГДУ на величину запаса, обусловленного максимальной скоростью поворота подвижного основания, когда рамы карданова подвеса находятся на механических упорах.When the angles of the gyromotor 1 are smaller than the working angles of the GDU, the remote control output voltages _at 5 and the remote control _z 4 are less than | ± U _pop |, there are no connections between the remote control _at 5, the remote control _z 4 and the ultrasonic control _at 16, the ultrasonic control _at _z 15. The threshold stresses ± U _nop are chosen corresponding to the angles of the gyromotor 1, smaller than the working angles of the GDU by the margin due to the maximum rotation speed of the movable base, when the frames of the cardan suspension are on mechanical stops.

При напряжениях с датчиков 5, 4 угла (ДУ_у и ДУ_z), больших |±U_пop|, на входах сумматоров 19, 20 появляются напряжения, пропорциональные угловым скоростям подвижного основания с рамами карданова подвеса, находящимися на механических упорах, которые сфазированы с датчиками 2, 3 момента ГДУ таким образом, чтобы датчики 2, 3 моментов поворачивали гиромотор 1 в направлении поворота подвижного основания, препятствуя таким образом достижению гиромотором 1 механических упоров, находящихся в ГДУ и ограничивающих рабочие углы ГДУ.When the voltages from the angle sensors 5, 4 (ДУ _у and ДУ _z ), large | ± U _sop |, voltages proportional to the angular velocities of the moving base with cardan suspension frames located on mechanical stops that are phased with sensors 2, 3 of the moment of the GDU so that the sensors 2, 3 of the moments rotate the gyromotor 1 in the direction of rotation of the movable base, thus preventing the gyromotor 1 from reaching the mechanical stops located in the GDU and limiting the working angles of the GDU.

Структурная схема устройств 33, 34 защиты от перегрева датчиков 9, 13 стабилизации (УЗПДС) при нахождении рам карданова подвеса на механических упорах приведена на фиг.4 (для одного из каналов стабилизации). The block diagram of the devices 33, 34 for protection against overheating of the stabilization sensors 9, 13 (UZPDS) when the cardan suspension frames are located on the mechanical stops is shown in Fig. 4 (for one of the stabilization channels).

В усилительно-корректирующее устройство 10 (14) (УКУ) (на фиг.4 состоит из корректирующего усилителя 50 (КУ) и усилителя 47 мощности (УМ)) введены интегратор 44 (И), пороговое устройство 45 (ПУ), электронный ключ 46 (ЭК), двухполярный ограничитель напряжения на элементах 48, 49 (R_огр и V_огр). Напряжение на выходе КУ 50 пропорционально ошибке стабилизации линии визирования, и при нахождении рам карданова подвеса вне зоны механических упоров постоянная составляющая этого напряжения близка к нулю. Коэффициенты передачи интегратора 44 по постоянной и переменной составляющей выходного напряжения КУ 50 определяются элементами R_и, С_и, входящими в состав интегратора 44, и выбраны такими, чтобы при максимальных величинах ошибки стабилизации, обусловленных максимальными углами и угловыми скоростями подвижного основания ССИПО, напряжения на выходе интегратора 44 были меньше пороговых напряжений ПУ 45. При достижении рамами карданова подвеса механических упоров на выходе КУ 50 появляется постоянная составляющая напряжения, пропорциональная отклонению рам карданова подвеса от гиромотора 1 ГДУ, стабилизированного в пространстве, и, следовательно, на выходе И 44 также появляется постоянное напряжение. При достижении этим напряжением величины ±U_пор на выходе ПУ 45 появляется логический сигнал, открывающий электронный ключ 46 (ЭК), который включает на входе УМ 47 двухполярный ограничитель напряжения, состоящий из резистора 48 (R_огр) и двуханодного стабилитрона 49 (V_огр). Напряжение стабилизации стабилитрона (V_огр) 49 выбрано таким, чтобы, с одной стороны, мощность, рассеиваемая на ДС 9, 13, не превышала допустимую (с учетом возможного времени нахождении рам карданова подвеса на механических упорах), и, с другой стороны, момент, развиваемый при этом ДС 9, 13, был достаточным для преодоления трения в подшипниках при снятии рам с механических упоров.An integrator 44 (I), a threshold device 45 (PU), an electronic key 46 are introduced into the amplifier-correcting device 10 (14) (UCF) (Fig. 4 consists of a correcting amplifier 50 (KU) and a power amplifier 47 (UM)) (EC), bipolar voltage limiter on elements 48, 49 (R _ogre and V _ogre ). The voltage at the output of KU 50 is proportional to the error of stabilization of the line of sight, and when the frames of the cardan suspension are outside the zone of mechanical stops, the constant component of this voltage is close to zero. The transfer coefficients of the integrator 44 with respect to the constant and variable component of the output voltage of the KU 50 are determined by the elements R _and , C _and that are part of the integrator 44, and are selected such that at maximum values of the stabilization error due to the maximum angles and angular velocities of the SSIPO moving base, the voltage the output of the integrator 44 was less than the threshold voltages of the PU 45. When the frames reach the cardan suspension of the mechanical stops, a constant voltage component appears at the output of the KU 50, proportionally I deviation gimbal frames from giromotora 1 GDU stabilized in space and, therefore, the output of AND 44 is also a DC voltage appears. When this voltage reaches a value of ± U _then , a logic signal appears on the output of the PU 45, opening the electronic switch 46 (EC), which includes a bipolar voltage limiter at the input of the UM 47, consisting of a resistor 48 (R _ogre ) and a two-anode zener diode 49 (V _ogr ) . The stabilization voltage of the Zener diode (V _ogre ) 49 is chosen so that, on the one hand, the power dissipated on the DS 9, 13 does not exceed the permissible (taking into account the possible time spent on the cardan suspension frames on mechanical stops), and, on the other hand, the moment developed at the same time ДС 9, 13, was sufficient to overcome friction in bearings when removing frames from mechanical stops.

Еще одной особенностью предложенной ССИПО является наличие устройства компенсации дрейфа линии визирования (УКДЛВ) (на фиг.1 состоит из дифференциаторов 23, 24 (Д), ключей 25, 26 (К) и интеграторов 27, 28 (И)). Устройство обеспечивает компенсацию дрейфа линии визирования при неподвижном положении объекта, на котором установлена ССИПО, относительно Земли для наблюдения за целями, неподвижными относительно Земли. Дифференциаторы 23, 24 (Д) из напряжений U_φвн,U_φгн, пропорциональных угловым положениям линии визирования относительно объекта, формируют напряжения U_ωвн,U_ωгн, пропорциональные угловым скоростям линии визирования относительно объекта. При неподвижном положении объекта относительно Земли и отсутствии управляющих сигналов U_упрωгн и U_упрωвн напряжения U_ωвн и U_ωгн пропорциональны скорости дрейфа линии визирования относительно Земли соответственно по вертикали и по горизонтали. При наличии управляющего логического сигнала "включение компенсации дрейфа" открываются электронные ключи 25, 26 (К) и напряжения U_ωвн,U_ωгн поступают на входы интеграторов 27, 28 (И), вызывая при этом рост напряжений на выходах U_комп _гн, U_комп _вн, которые поступают через сумматоры 19, 20 и усилители 16, 15 (УЗ_у и УЗ_z) на датчики 2, 3 моментов (ДМ_у и ДМ_z). Схема сфазирована таким образом, чтобы датчики 2, 3 моментов при этом вызывали прецессию, обратную по знаку дрейфу гиромотора 1 и линии визирования. По мере роста напряжений на выходах И 27, 28 происходит уменьшение дрейфа, а значит и производных от U_φвн и U_φгн (напряжения U_ωвн и U_ωгн), уменьшается скорость роста напряжений на выходах И 27, 28. Это будет происходить до тех пор, пока напряжения не станут равными:
U_φвн,U_φгн = const,
U_ωвн,U_ωгн = 0.Another feature of the proposed SSIPO is the presence of a compensation device for the drift of the line of sight (UKDLV) (figure 1 consists of differentiators 23, 24 (D), keys 25, 26 (K) and integrators 27, 28 (I)). The device provides compensation for the drift of the line of sight when the object on which the SSIPO is installed is stationary relative to the Earth to monitor targets that are stationary relative to the Earth. Differentiators 23, 24 (D) from voltages U _φvn , U _φgn proportional to the angular positions of the line of sight relative to the object, form voltages U _ωvn , U _ωgn proportional to the angular velocities of the line of sight relative to the object. When the object is stationary relative to the Earth and there are no control signals _Ucontrol and _Ucontrol voltage, U _circuit and U _{circuit are} proportional to the drift velocity of the line of sight relative to the Earth vertically and horizontally, respectively. In the presence of the control logic signal "activation drift compensation" open electronic switches 25, 26 (K) and the voltage U _ωvn, U _ωgn to the inputs of the integrators 27, 28 (S), causing this increase in stress on U _Comp _rH outputs, U _Comp _corolla, which arrive via adders 19, 20 and amplifiers 16, 15 _(in ultrasound and ultrasound _z) to the sensors 2, 3 moments (DM and DM _y _z). The circuit is phased so that the sensors 2, 3 of the moments at the same time cause a precession that is opposite in sign to the drift of the gyromotor 1 and the line of sight. As the voltages at the outputs And _{27,28 increase} , the drift decreases, and hence the derivatives of U _φvn and U _φgn (voltages U _ωvn and U _ωgn ), the growth rate of voltages at the outputs And _27,28 decreases. This will continue until until the stresses become equal:
U _φvn , U _φgn = const,
U _ωвн , U _ωгн = 0.

Если при этом снять логический сигнал "включение компенсации дрейфа", то на выходах интеграторов 27, 28 (И) "запомнятся" напряжения U_комп _гн и U_комп _вн, которые впоследствии будут компенсировать дрейф линии визирования при любом положении объекта - как неподвижном, так и подвижном.If you remove the logical signal “enable drift compensation”, then the outputs of the integrators 27, 28 (I) will “remember” the voltages U _comp _g and U _comp _vn , which will subsequently compensate for the drift of the line of sight at any position of the object - both stationary and movable.

Источники информации
1. Патент Франции 1549505, МПК F 41 G.Sources of information
1. French patent 1549505, IPC F 41 G.

2. Патент РФ 2059206, МПК G 01 C 21/18, 1996 г. 2. RF patent 2059206, IPC G 01 C 21/18, 1996

Claims

An image stabilization system on a moving base, containing an indicator gyro platform with a mirror mounted on it, cardan suspension in the form of an external and internal frame, a three-stage gyro angle sensor (GDU) with torque sensors (DM), rotor angle sensors (DUPR) GDU, outputs which through the amplifier-correcting device (UCF) of the corresponding stabilization channels are connected to the inputs of the stabilization sensors (DS) of the suspension frames, two channels of the platform turning speed control (KUSRP) with the amplifier the second link (US) in each channel connected to the input of the corresponding DM GDU, two threshold devices for protecting the rotor (GMS) of the GDU from impact on mechanical stops, with their inputs connected to the DUPR of the GDU, and the outputs through the first and second adders connected to the first inputs UZ KUSRP, and two protection devices against overheating (UZP) DS, connected to the UKU of each stabilization channel, characterized in that the GDU is installed on the auxiliary axis, which is connected to the mirror through a tape drive with a transmission coefficient of 1: 2, and additionally a belt transmission error compensation device (UKOLP), two overheat protection devices (UZP) of the DM GDU, two line of sight drift compensation devices (UKDLV) and vertical and horizontal guidance angle sensors connected to the UKDLV inputs are also included, and the vertical guidance angle sensor is also connected with the UKOLP input, the output of which is connected through the third adder with the UKU input through the vertical guidance channel, the UKDLV outputs are connected through the first and second adders with the first inputs of the UC KUSRP, the inputs of the UZP DM GDU are connected to the outputs of the UZ KUSRP, and their outputs with the second inputs of the UZ KUSRP.