RU2591297C1 - Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа - Google Patents
Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2591297C1 RU2591297C1 RU2015119207/28A RU2015119207A RU2591297C1 RU 2591297 C1 RU2591297 C1 RU 2591297C1 RU 2015119207/28 A RU2015119207/28 A RU 2015119207/28A RU 2015119207 A RU2015119207 A RU 2015119207A RU 2591297 C1 RU2591297 C1 RU 2591297C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- converted
- rotor
- coordinate system
- nutation
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ). Технический результат - обеспечение устойчивой работы СС. Для этого дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса исполнительного механизма, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора (ВСКр) на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал датчика угла пеленга (ДУП) из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк. Затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения. 2 з.п. ф-лы
Description
Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ).
Известен способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа, представленный в литературе: Картрайт, Массингил, Триблид «Круговой демпфер для подавления нутаций вращающихся аппаратов». - М.: Ракетная техника и космонавтика, 1963 г., Г.Ф. Кэрриер, Дж.У. Майлс «Кольцевой демпфер прецессии свободного гироскопа». - М.: Механика. Издательство иностранной литературы, 1961, Дж.У. Майлс «О кольцевом демпфере свободно прецессирующего гироскопа». - М.: Издательство иностранной литературы Прикладная механика, т.30, серия Е, №2.
Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа заключается в том, что на роторе перпендикулярно его продольной оси закрепляют демпфер, представляющий собой полое кольцо или несколько концентрических колец с центром на продольной оси ротора, частично заполненное «тяжелой» жидкостью, например соединением ртути, и затем балансируют ротор. При колебаниях продольной оси ротора гироскопа в жидкости возникает пропорциональная их величине сила вязкого трения, создающая момент, гасящий эти колебания.
Данный способ имеет ограниченное применение в связи с тем, что соединение ртути при определенной температуре из назначенного диапазона эксплуатации переходит из жидкой в твердую фазу. При этом, естественно, демпфирование нутационных колебаний не происходит, так как звено нутаций гироскопа превращается в генератор, представляющий консервативное звено с передаточной функцией Wн(p), содержащей в знаменателе множитель
(р2+ω2 нут),
где р - оператор Лапласа;
ωнут - круговая частота нутаций гироскопа.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа, использованный в патенте РФ №2210717 «Система управления самонаводящимся вращающимся снарядом», опубл. 20. 08. 2003 г.
Система управления реализована в соответствии со способом, основанным на формировании сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения (ГСН) с помощью двигателя коррекции по информации об отклонении от нее направления на визируемый объект. Одновременно сигнал поступает на рулевой привод, управляющий угловым положением продольной оси снаряда. Причем формируемый сигнал управления суммируют с выходным сигналом датчика угла пеленга (ДУП):
φпел=φc-φр,
где φпел - угол между продольными осями снаряда и ротора гироскопа;
φс - угол продольной оси снаряда;
φР - угол продольной оси ротора гироскопа.
Выходной сигнал ДУП представляется внешним сигналом по отношению к СС ГСН. Однако в СС он дифференцируется и ее выходной сигнал, поступающий на двигатель коррекции и рулевой привод снаряда, оказывается пропорциональным разности угловых скоростей φ'с и φ'р.
Недостатком данного способа является то, что в контур СС проникают колебания снаряда, действующие на его резонансной частоте, например, от механических возмущений, тем самым снижая точность работы контура СС.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение устойчивой с требуемой точностью работы СС, содержащей гироскоп, путем подавления его нутационных колебаний.
В зависимости от состава конструкции прибора (например, снаряда, как в прототипе) и принятого типа управления - одноканального или двухканального, положения продольной оси ротора гироскопа, предлагаются два способа демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа ИМ СС.
Предлагаемый способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, основан на формировании поступающего в двигатель коррекции сигнала управления угловым положением визирной оси ГСН по информации об отклонении от визирной оси направления на визируемый объект и сигнала ДУП, отображающего координаты угла пеленга во вращающейся вместе с ротором системе координат (ВСКР).
В отличие от прототипа дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса ИМ, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора ВСКр на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал ДУП из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк, причем НСКр и НСКк согласованы между собой. Затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси ГСН, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси ГСН.
Причем при при одноканальном управлении сигнал управления угловым положением визирной оси ГСН преобразуют из ВСКр в НСКр, пропускают его через компенсирующее звено с передаточной функцией Wкомп(p), затем выходной сигнал компенсирующего звена преобразуют обратно из НСКр в ВСКр и подают в обмотку управления двигателя коррекции.
При двухканальном управлении оба ортогональных друг другу сигнала управления преобразуют из вращающейся системы координат корпуса ВСКк в неподвижную систему координат корпуса НСКк, пропускают их через компенсирующие звенья с передаточной функцией Wкомп(p). Затем выходные сигналы компенсирующих звеньев преобразуют обратно из НСКк в ВСКк и подают в две обмотки управления двигателя коррекции, продольные оси которых расположены в перпендикулярной продольной оси корпуса плоскости перпендикулярно одна другой. Причем передаточная функция Wкомп(p) такова, что в каналах управления выполняется условие устойчивости звена с передаточной функцией:
Wобщ(p)=Wкомп(p) Wн(p),
где Wн(p) - передаточная функция неустойчивого звена нутаций, не содержащего отрицательной обратной связи между входом и выходом, а числитель Wкомп(p) содержит множитель, равный нулю на частоте нутаций.
Сущность предлагаемого способа, основанного на использовании внешнего по отношению к СС датчика угловой скорости ДУСк продольной оси корпуса, состоит в формировании отрицательной обратной связи между входом и выходом звена нутаций гироскопа и обеспечении работоспособности звена нутаций без потери точности системы, а также в том, что в отсутствие ДУСк возможно обеспечить устойчивую работу СС путем компенсации влияния на устойчивость СС звена нутаций с передаточной функцией Wн(p), не содержащей в своей структуре отрицательной обратной связи между выходом и входом, путем включения последовательно с ним звена с передаточной функцией Wкомп(p), такой, что выполняется условие устойчивости звена с передаточной функцией Wобщ(p). Естественно, что Wкомп(p), как и Wн(p), преобразует сигнал, отображающий координаты СС в НСК. Поэтому если сигнал управления, из которого формируется момент управления продольной осью ротора, отображает координату в ВСК, то он должен быть преобразован вначале в НСК, затем после преобразования звеном с передаточной функцией Wкомп(p) - в ВСК с той же частотой, что и до преобразований. При этом при знаменателе Wн(p) в каждом из каналов, содержащем множитель (p2+ωнут 2), имеем:
Wкомп(p)=ккомп(p2+ωнут 2)/(1+2ξТнутр+Тнут 2р2),
где ккомп - коэффициент усиления звена,
Тнут=(1/ωнут),
ξ - декремент затухания, определяющий полосу частот звена.
Вид числителя определяет вид знаменателя, при котором Wкомп(p) может быть реализована при данном числителе.
Отметим, что:
ωнут=fωp, причем
ωp - частота вращения ротора,
f=[2Jп/(J1э+J2э)] при неравных значениях экваториальных моментов инерции ротора в каналах звена нутаций,
где Jп - полярный момент инерции ротора,
J1э, J2э - экваториальные моменты инерции ротора.
Следовательно, при известной частоте ωр определяется частота ωнут и при необходимости изменяются связанные с ней параметры компенсирующего звена.
Таким образом, предлагаемое изобретение решает поставленную задачу обеспечения с требуемой точностью устойчивой работы СС, содержащей гироскоп, путем подавления его нутационных колебаний.
Claims (3)
1. Способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа, основанный на формировании поступающего в двигатель коррекции сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения по информации об отклонении от визирной оси направления на визируемый объект и сигнала датчика угла пеленга (ДУП), отображающего координаты угла пеленга во вращающейся вместе с ротором системе координат (ВСКp), отличающийся тем, что дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса исполнительного механизма, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора ВСКр на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал ДУП из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк, причем НСКр и НСКк согласованы между собой, затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения.
2. Способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что при одноканальном управлении сигнал управления угловым положением визирной оси головки самонаведения преобразуют из ВСКр в НСКр, пропускают его через компенсирующее звено с передаточной функцией Wкомп(p), затем выходной сигнал компенсирующего звена преобразуют обратно из НСКр в ВСКр и подают в обмотку управления двигателя коррекции.
3. Способ демпфирования нутационных колебаний гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что при двухканальном управлении оба ортогональных друг другу сигнала управления преобразуют из вращающейся системы координат корпуса ВСКк в неподвижную систему координат корпуса НСКк, пропускают их через компенсирующие звенья с передаточной функцией Wкомп(p), затем выходные сигналы компенсирующих звеньев преобразуют обратно из НСКк в ВСКк и подают в две обмотки управления двигателя коррекции, продольные оси которых расположены в перпендикулярной продольной оси корпуса плоскости перпендикулярно одна другой, причем передаточная функция Wкомп(p) такова, что в каналах управления выполняется условие устойчивости звена с передаточной функцией:
где Wн(p) - передаточная функция неустойчивого звена нутаций, не содержащего отрицательной обратной связи между входом и выходом, а числитель Wкомп(p) содержит множитель, равный нулю на частоте нутаций.
где Wн(p) - передаточная функция неустойчивого звена нутаций, не содержащего отрицательной обратной связи между входом и выходом, а числитель Wкомп(p) содержит множитель, равный нулю на частоте нутаций.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015119207/28A RU2591297C1 (ru) | 2015-05-21 | 2015-05-21 | Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015119207/28A RU2591297C1 (ru) | 2015-05-21 | 2015-05-21 | Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2591297C1 true RU2591297C1 (ru) | 2016-07-20 |
Family
ID=56412327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015119207/28A RU2591297C1 (ru) | 2015-05-21 | 2015-05-21 | Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2591297C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2193162C1 (ru) * | 2001-10-16 | 2002-11-20 | ФГУП Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Способ определения погрешности электростатического гироскопа |
RU2210717C2 (ru) * | 2001-10-15 | 2003-08-20 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Система управления самонаводящимся вращающимся снарядом |
RU2285902C1 (ru) * | 2005-04-15 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. акад. Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦ АП") | Способ определения и компенсации ухода гиростабилизированной платформы и устройство для его осуществления |
RU2386106C1 (ru) * | 2008-11-11 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Способ коррекции программного движения полярного электростатического гироскопа корабельной навигационной системы |
-
2015
- 2015-05-21 RU RU2015119207/28A patent/RU2591297C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2210717C2 (ru) * | 2001-10-15 | 2003-08-20 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Система управления самонаводящимся вращающимся снарядом |
RU2193162C1 (ru) * | 2001-10-16 | 2002-11-20 | ФГУП Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Способ определения погрешности электростатического гироскопа |
RU2285902C1 (ru) * | 2005-04-15 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. акад. Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦ АП") | Способ определения и компенсации ухода гиростабилизированной платформы и устройство для его осуществления |
RU2386106C1 (ru) * | 2008-11-11 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Способ коррекции программного движения полярного электростатического гироскопа корабельной навигационной системы |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем/ С.М.Зельдович и др., М.: "Судостроение", 1976, с.85-86. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4128837A (en) | Prediction computation for weapon control | |
US7239976B2 (en) | Method and system for automatic pointing stabilization and aiming control device | |
US2591697A (en) | Stable reference apparatus | |
US7549367B2 (en) | Control system for a weapon mount | |
CN104697521B (zh) | 一种采用陀螺冗余斜交配置方式测量高速旋转体姿态和角速度的方法 | |
US2752684A (en) | Gyroscopic apparatus | |
JPS62138700A (ja) | 目標検知追尾装置におけるロ−ル基準方法および装置 | |
RU2591297C1 (ru) | Способ демпфирования нутационных колебаний ротора гироскопа | |
US2595268A (en) | Instrument providing a vertical reference for dirigible craft | |
US2949030A (en) | Gyroscopically stabilized optical system platform | |
US3068705A (en) | Gyroscopic apparatus | |
RU2282816C1 (ru) | Способ формирования команд управления вращающейся вокруг продольной оси двухканальной ракетой | |
RU2401981C2 (ru) | Способ стабилизации углового положения продольной оси вращающегося по крену артиллерийского управляемого снаряда | |
RU2603821C2 (ru) | Многофункциональная навигационная система для подвижных наземных объектов | |
Haggart et al. | Modeling of an Inertially Stabilized Camera System Using Gimbal Platform | |
US4976163A (en) | Reactionless actuator-gimbal system | |
US4199762A (en) | Pedestal and gimbal assembly | |
RU2102785C1 (ru) | Система стабилизации линии визирования | |
RU2629690C1 (ru) | Гироскопический датчик угловых положений объекта с шестью степенями свободы | |
Laššák et al. | Improvement of low-cost MEMS gyroscope characteristics by data filtering and fusion | |
US3280644A (en) | Control system for angular momentum storage frame | |
RU2114394C1 (ru) | Гироскопический прибор и способ регулировки его дрейфа | |
RU174186U1 (ru) | Гирокомпас | |
JPS5929480B2 (ja) | 航空機の飛行方向制御装置 | |
US20050044954A1 (en) | Method and apparatus for determining absolute angular velocity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190522 |