RU2764744C1 - Biaxial indicator gyrostabilizer - Google Patents
Biaxial indicator gyrostabilizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764744C1 RU2764744C1 RU2021112609A RU2021112609A RU2764744C1 RU 2764744 C1 RU2764744 C1 RU 2764744C1 RU 2021112609 A RU2021112609 A RU 2021112609A RU 2021112609 A RU2021112609 A RU 2021112609A RU 2764744 C1 RU2764744 C1 RU 2764744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- computing unit
- axis
- adder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гироскопической технике, а более конкретно к двухосным индикаторным гиростабилизаторам на микромеханических гироскопах, работающим на пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах (ЛА) и предназначенных для одновременного выполнения функции стабилизации оптической аппаратуры и управления ее положением в пространстве, а так же функции выработки информации об углах крена и тангажа ЛА.The invention relates to gyroscopic technology, and more specifically to biaxial indicator gyrostabilizers on micromechanical gyroscopes operating on manned and unmanned aerial vehicles (LA) and designed to simultaneously perform the function of stabilizing optical equipment and controlling its position in space, as well as the function of generating information about aircraft roll and pitch angles.
Известен двухосный индикаторный гиростабилизатор на микромеханических гироскопах, предназначенный для стабилизации и управления оптической аппаратурой в пространстве (Малютин Д.М., Малютина М.Д., Филин И.В. Индикаторный гиростабилизатор на микромеханических гироскопах / Инженерный журнал «Справочник» №1 (166) с Приложением -М.: Издательство «Машиностроение», 2011. - с. 44-53.). Двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной продольной оси ЛА и расположенную в ней платформу, вращающуюся относительно оси перпендикулярной оси вращения наружной рамки, установленный на оси вращения наружной рамки первый датчик момента, вход которого соединен через первый усилитель мощности и первый корректирующий фильтр с выходом первого микромеханического датчика угловой скорости, установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки индикаторного гиростабилизатора; установленный на оси вращения платформы второй датчик момента, вход которого соединен через второй усилитель мощности и второй корректирующий фильтр с выходом второго микромеханического датчика угловой скорости установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый микромеханический акселерометр установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй микромеханический акселерометр установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, третий микромеханический акселерометр установленный на платформе с осью чувствительности перпендикулярной плоскости платформы, первый датчик угла командных сигналов, установленный на оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй датчик угла командных сигналов, установленный на оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, оптико-электронный датчик, установленный на платформе так, что его оптическая ось перпендикулярна плоскости платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора. Недостатком такого двухосного индикаторного гиростабилизатора является то, что он не приспособлен для одновременного выполнения функции стабилизации и управления оптической аппаратурой в пространстве и функции выработки информации об углах крена и тангажа ЛА. В режиме управления двухосным индикаторным гиростабилизатором при отклонении платформы с оптико-электронным датчиком в пространстве система координат связанная с платформой, относительно которой вырабатывается информация об углах крена и тангажа, так же поворачивается в пространстве, в результате чего в выходных сигналах первого датчика угла командных сигналов и второго датчика угла командных сигналов появляется погрешность.Known biaxial indicator gyrostabilizer on micromechanical gyroscopes, designed to stabilize and control optical equipment in space (Malyutin D.M., Malyutina M.D., Filin I.V. Indicator gyrostabilizer on micromechanical gyroscopes / Engineering magazine "Reference" No. 1 (166 ) with Appendix -M .: Mashinostroenie Publishing House, 2011. - pp. 44-53.). The biaxial indicator gyrostabilizer contains an outer frame mounted on a base with rotation relative to an axis parallel to the longitudinal axis of the aircraft and a platform located in it, rotating relative to an axis perpendicular to the axis of rotation of the outer frame, the first moment sensor installed on the axis of rotation of the outer frame, the input of which is connected through the first power amplifier and the first corrective filter with the output of the first micromechanical angular velocity sensor installed on the platform with the sensitivity axis parallel to the rotation axis of the outer frame of the indicator gyrostabilizer; the second moment sensor mounted on the platform rotation axis, the input of which is connected through the second power amplifier and the second corrective filter with the output of the second micromechanical angular velocity sensor installed on the platform with the sensitivity axis parallel to the platform rotation axis of the biaxial indicator gyrostabilizer, the first micromechanical accelerometer installed on the platform with the sensitivity axis parallel to the platform axis of the biaxial indicator gyrostabilizer, the second micromechanical accelerometer mounted on the platform with the sensitivity axis parallel to the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the third micromechanical accelerometer installed on the platform with the sensitivity axis perpendicular to the platform plane, the first command signal angle sensor mounted on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer gyrostabilizer, the second sensor of the angle of command signals, installed on the axis of the platform of the two-axis indicator ator gyrostabilizer, an optical-electronic sensor mounted on the platform so that its optical axis is perpendicular to the plane of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer. The disadvantage of such a two-axis indicator gyrostabilizer is that it is not adapted to simultaneously perform the function of stabilizing and controlling optical equipment in space and the function of generating information about the roll and pitch angles of the aircraft. In the control mode of a two-axis indicator gyrostabilizer, when the platform with an optoelectronic sensor deviates in space, the coordinate system associated with the platform, relative to which information about the roll and pitch angles is generated, also rotates in space, as a result of which in the output signals of the first sensor the angle of command signals and of the second angle sensor of the command signals, an error appears.
Наиболее близким (прототипом) является двухосный индикаторный гиростабилизатор на микромеханических гироскопах для одновременного выполнения функции стабилизации оптической аппаратуры и управления ее положением в пространстве, а так же функции выработки информации об углах крена и тангажа ЛА (ДВУХОСНЫЙ ИНДИКАТОРНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР Малютина М.Д., Малютин Д.М. Патент на полезную модель RU 120491 U1, 20.09.2012. Заявка №2012116322/28 от 23.04.2012). Двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной продольной оси ЛА и расположенную в ней платформу, вращающуюся относительно оси перпендикулярной оси вращения наружной рамки, установленный на оси вращения наружной рамки первый датчик момента, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом первого корректирующего фильтра, вход первого корректирующего фильтра соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого микромеханического датчика угловой скорости установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, установленный на оси вращения внутренней рамки второй датчик момента, вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, вход которого соединен с выходом второго корректирующего фильтра, вход второго корректирующего фильтра соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго микромеханического датчика угловой скорости установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый микромеханический акселерометр, установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен с вторым входом первого сумматора, второй микромеханический акселерометр, установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с вторым входом второго сумматора; первый датчик угла командных сигналов, установленный на оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй датчик угла командных сигналов, установленный на оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора; оптико-электронный датчик, установленный на платформе, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости платформы гиростабилизатора, первое устройство управления, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора вычислительного устройства канала наружной рамки (ВУКНР), а также соединен с третьим входом первого сумматора, выход пятого сумматора ВУКНР соединен с первым вычислительным блоком ВУКНР, выход первого вычислительного блока ВУКНР соединен с входом второго вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с входом третьего вычислительного блока ВУКНР, выход третьего вычислительного блока соединен с вторым входом четвертого вычислительного блока ВУКНР, первый вход которого соединен с выходом второго датчика угла командных сигналов, а выход соединен с входом пятого вычислительного блока ВУКНР, а также соединен с входом шестого вычислительного блока ВУКНР, выход шестого вычислительного блока ВУКНР соединен с входом седьмого вычислительного блока ВУКНР, а также соединен с входом девятого вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выход седьмого вычислительного блока ВУКНР соединен с входом восьмого вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с третьим входом пятого сумматора ВУКНР, выход пятого вычислительного блока ВУКНР соединен с первым входом пятого сумматора ВУКНР; второе устройство управления, выход которого соединен с вторым входом шестого сумматора вычислительного устройства канала платформы (ВУКП), а также соединен с третьим входом второго сумматора, выход шестого сумматора ВУКП соединен с десятым вычислительным блоком ВУКП, выход десятого вычислительного блока ВУКП соединен с входом одиннадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с входом двенадцатого вычислительного блока ВУКП, выход двенадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с входом тринадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с входом четырнадцатого вычислительного блока ВУКП, а также соединен с входом пятнадцатого вычислительного блока ВУКП, выход пятнадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с входом шестнадцатого вычислительного блока ВУКП, а также соединен с входом восемнадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход шестнадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с входом семнадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с третьим входом шестого сумматора ВУКП, выход четырнадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с первым входом шестого сумматора ВУКП.The closest (prototype) is a two-axis indicator gyrostabilizer based on micromechanical gyroscopes to simultaneously perform the function of stabilizing optical equipment and controlling its position in space, as well as the function of generating information about the roll and pitch angles of the aircraft (TWO-AXIS INDICATOR GYROSTABILIZER Malyutina M.D., Malyutin D M. Utility model patent RU 120491 U1, 09/20/2012 Application No. 2012116322/28 dated 04/23/2012). The biaxial indicator gyrostabilizer contains an outer frame mounted on a base with rotation relative to an axis parallel to the longitudinal axis of the aircraft and a platform located in it, rotating relative to an axis perpendicular to the axis of rotation of the outer frame, the first moment sensor installed on the axis of rotation of the outer frame, the input of which is connected to the output of the first amplifier power, the input of which is connected to the output of the first corrective filter, the input of the first corrective filter is connected to the output of the first adder, the first input of which is connected to the output of the first micromechanical angular velocity sensor installed on the platform with the sensitivity axis parallel to the rotation axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, mounted on the axis rotation of the inner frame, the second torque sensor, the input of which is connected to the output of the second power amplifier, the input of which is connected to the output of the second correction filter, the input of the second correction filter is connected n with the output of the second adder, the first input of which is connected to the output of the second micromechanical sensor of the angular velocity mounted on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer, the first micromechanical accelerometer installed on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer, output which is connected to the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected to the second input of the first adder, the second micromechanical accelerometer mounted on a platform with a sensitivity axis parallel to the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the output of which is connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected to the second input the second adder; the first command signal angle sensor mounted on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the output of which is connected to the first input of the third adder, the second command signal angle sensor installed on the platform axis of the biaxial indicator gyrostabilizer, the output of which is connected to the first input of the fourth adder; optoelectronic sensor mounted on the platform, the optical axis of which is perpendicular to the plane of the gyrostabilizer platform, the first control device, the output of which is connected to the second input of the fifth adder of the external frame channel computing device (VUKNR), and is also connected to the third input of the first adder, the output of the fifth adder VUKNR is connected to the first computing unit VUKNR, the output of the first computing unit VUKNR is connected to the input of the second computing unit VUKNR, the output of which is connected to the input of the third computing unit VUKNR, the output of the third computing unit is connected to the second input of the fourth computing unit VUKNR, the first input of which is connected to the output of the second command signal angle sensor, and the output is connected to the input of the fifth computing unit VUKNR, and is also connected to the input of the sixth computing unit VUKNR, the output of the sixth computing unit VUKNR is connected to the input of the seventh computing unit VUKNR, and is also connected to the input of the ninth computing unit VUKNR, the output of which is connected to the second input of the third adder, the output of the seventh computing unit VUKNR is connected to the input of the eighth computing unit VUKNR, the output of which is connected to the third input of the fifth adder VUKNR, the output of the fifth computing unit VUKNR is connected to the first input of the fifth adder VUKNR ; the second control device, the output of which is connected to the second input of the sixth adder of the computing device of the platform channel (PCCD), and is also connected to the third input of the second adder, the output of the sixth adder PCCD is connected to the tenth computing unit PCCD, the output of the tenth computing unit PCCD is connected to the input of the eleventh computing block VUKP, the output of which is connected to the input of the twelfth computing unit VUKP, the output of the twelfth computing unit VUKP is connected to the input of the thirteenth computing unit VUKP, the output of which is connected to the input of the fourteenth computing unit VUKP, and is also connected to the input of the fifteenth computing unit VUKP, the output of the fifteenth computing unit VUKP is connected to the input of the sixteenth computing unit VUKP, and is also connected to the input of the eighteenth computing unit VUKP, the output of which is connected to the second input of the fourth adder, the output of the sixteenth computing unit VUKP is connected to the input of the seed the tenth computing unit VUKP, the output of which is connected to the third input of the sixth adder VUKP, the output of the fourteenth computing unit VUKP is connected to the first input of the sixth adder VUKP.
Недостатком прототипа являются большие погрешности стабилизации оптической аппаратуры, вызванные действием линейных ускорений при качке основания из-за смещения места установки акселерометров относительно центра качания и наличием шумовой составляющей в выходном сигнале микромеханических датчиков угловой скорости. Эти погрешности входят составной частью в итоговую погрешность определения углов крена и тангажа.The disadvantage of the prototype are large errors in the stabilization of the optical equipment caused by the action of linear accelerations during the pitching of the base due to the displacement of the accelerometer installation location relative to the center of the oscillation and the presence of a noise component in the output signal of the micromechanical angular velocity sensors. These errors are an integral part of the final error in determining the roll and pitch angles.
Технической задачей изобретения является увеличение точности многофункционального двухосного индикаторного гиростабилизатора, при выполнении двухосным индикаторным гиростабилизатором функции стабилизации и управления оптической аппаратурой в пространстве и функции выработки информации об углах крена и тангажа ЛА.The technical objective of the invention is to increase the accuracy of a multifunctional two-axis indicator gyrostabilizer, when the two-axis indicator gyrostabilizer performs the function of stabilizing and controlling optical equipment in space and the function of generating information about the roll and pitch angles of the aircraft.
Задача решается тем, что двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной продольной оси ЛА и расположенную в ней платформу, вращающуюся относительно оси перпендикулярной оси вращения наружной рамки, установленный на оси вращения наружной рамки первый датчик момента, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом первого корректирующего фильтра, вход первого корректирующего фильтра соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого микромеханического датчика угловой скорости установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, установленный на оси вращения внутренней рамки второй датчик момента, вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, вход которого соединен с выходом второго корректирующего фильтра, вход второго корректирующего фильтра соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго микромеханического датчика угловой скорости установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый микромеханический акселерометр, установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен с входом третьего корректирующего фильтра, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй микромеханический акселерометр, установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с входом четвертого корректирующего фильтра, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора; первый датчик угла командных сигналов, установленный на оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй датчик угла командных сигналов, установленный на оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора; оптико-электронный датчик, установленный на платформе, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости платформы гиростабилизатора, первое устройство управления, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора вычислительного устройства канала наружной рамки (ВУКНР), а также соединен с третьим входом первого сумматора, выход пятого сумматора ВУКНР соединен с первым вычислительным блоком ВУКНР, выход первого вычислительного блока ВУКНР соединен с входом второго вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с входом третьего вычислительного блока ВУКНР, выход третьего вычислительного блока соединен с вторым входом четвертого вычислительного блока ВУКНР, первый вход которого соединен с выходом второго датчика угла командных сигналов, а выход соединен с входом пятого вычислительного блока ВУКНР, а также соединен с входом шестого вычислительного блока ВУКНР, выход шестого вычислительного блока ВУКНР соединен с входом седьмого вычислительного блока ВУКНР, а также соединен с входом девятого вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выход седьмого вычислительного блока ВУКНР соединен со входом восьмого вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с входом девятнадцатого вычислительного блока ВУКНР, выход которого соединен с третьим входом пятого сумматора ВУКНР, выход пятого вычислительного блока ВУКНР соединен с первым входом пятого сумматора ВУКНР; второе устройство управления, выход которого соединен с вторым входом шестого сумматора вычислительного устройства канала платформы (ВУКП), а также соединен с третьим входом второго сумматора, выход шестого сумматора ВУКП соединен с десятым вычислительным блоком ВУКП, выход десятого вычислительного блока ВУКП соединен с входом одиннадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с входом двенадцатого вычислительного блока ВУКП, выход двенадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с входом тринадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с входом четырнадцатого вычислительного блока ВУКП, а также соединен с входом пятнадцатого вычислительного блока ВУКП, выход пятнадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с входом шестнадцатого вычислительного блока ВУКП, а также соединен с входом восемнадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход шестнадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с входом семнадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с входом двадцатого вычислительного блока ВУКП, выход которого соединен с третьим входом шестого сумматора ВУКП, выход четырнадцатого вычислительного блока ВУКП соединен с первым входом шестого сумматора ВУКП.The problem is solved by the fact that the biaxial indicator gyrostabilizer contains an outer frame mounted on a base with rotation about an axis parallel to the longitudinal axis of the aircraft and a platform located in it, rotating about an axis perpendicular to the axis of rotation of the outer frame, installed on the axis of rotation of the outer frame, the first moment sensor, the input of which connected to the output of the first power amplifier, the input of which is connected to the output of the first corrective filter, the input of the first corrective filter is connected to the output of the first adder, the first input of which is connected to the output of the first micromechanical angular velocity sensor installed on the platform with the sensitivity axis parallel to the axis of rotation of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, installed on the axis of rotation of the inner frame, the second torque sensor, the input of which is connected to the output of the second power amplifier, the input of which is connected to the output of the second corrective filter, the input of the second correction of the measuring filter is connected to the output of the second adder, the first input of which is connected to the output of the second micromechanical angular velocity sensor mounted on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer, the first micromechanical accelerometer installed on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer , the output of which is connected to the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected to the input of the third corrective filter, the output of which is connected to the second input of the first adder, the second micromechanical accelerometer mounted on the platform with the sensitivity axis parallel to the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the output of which is connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected to the input of the fourth corrective filter, the output of which is connected to the second input of the second adder; the first command signal angle sensor mounted on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the output of which is connected to the first input of the third adder, the second command signal angle sensor installed on the platform axis of the biaxial indicator gyrostabilizer, the output of which is connected to the first input of the fourth adder; optoelectronic sensor mounted on the platform, the optical axis of which is perpendicular to the plane of the gyrostabilizer platform, the first control device, the output of which is connected to the second input of the fifth adder of the external frame channel computing device (VUKNR), and is also connected to the third input of the first adder, the output of the fifth adder VUKNR is connected to the first computing unit VUKNR, the output of the first computing unit VUKNR is connected to the input of the second computing unit VUKNR, the output of which is connected to the input of the third computing unit VUKNR, the output of the third computing unit is connected to the second input of the fourth computing unit VUKNR, the first input of which is connected to the output of the second command signal angle sensor, and the output is connected to the input of the fifth computing unit VUKNR, and is also connected to the input of the sixth computing unit VUKNR, the output of the sixth computing unit VUKNR is connected to the input of the seventh computing unit VUKNR, and is also connected to the input of the ninth computing unit VUKNR, the output of which is connected to the second input of the third adder, the output of the seventh computing unit VUKNR is connected to the input of the eighth computing unit VUKNR, the output of which is connected to the input of the nineteenth computing unit VUKNR, the output of which is connected to the third input of the fifth adder VUKNR, the output of the fifth computing unit VUKNR connected to the first input of the fifth adder VUKNR; the second control device, the output of which is connected to the second input of the sixth adder of the computing device of the platform channel (PCCD), and is also connected to the third input of the second adder, the output of the sixth adder PCCD is connected to the tenth computing unit PCCD, the output of the tenth computing unit PCCD is connected to the input of the eleventh computing block VUKP, the output of which is connected to the input of the twelfth computing unit VUKP, the output of the twelfth computing unit VUKP is connected to the input of the thirteenth computing unit VUKP, the output of which is connected to the input of the fourteenth computing unit VUKP, and is also connected to the input of the fifteenth computing unit VUKP, the output of the fifteenth computing unit VUKP is connected to the input of the sixteenth computing unit VUKP, and is also connected to the input of the eighteenth computing unit VUKP, the output of which is connected to the second input of the fourth adder, the output of the sixteenth computing unit VUKP is connected to the input of the seed the tenth computing unit VUKP, the output of which is connected to the input of the twentieth computing unit VUKP, the output of which is connected to the third input of the sixth adder VUKP, the output of the fourteenth computing unit VUKP is connected to the first input of the sixth adder VUKP.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема двухосного индикаторного гиростабилизатора. На фиг. 2 и фиг. 3 изображены принципиальные схемы вычислительных устройств каналов наружной рамки и платформы соответственно. На фиг. 4 изображен процесс поворота платформы с оптико-электронным датчиком, как реакция на управляющий сигнал по каналу наружной рамки. На фиг. 5 изображены графики ЛАФЧХ прототипа по передаточной функции, являющейся отношением погрешности стабилизации к линейным ускорениям качки. На фиг. 6 изображены графики ЛАФЧХ предлагаемого индикаторного гиростабилизатора по передаточной функции, являющейся отношением погрешности стабилизации к линейным ускорениям качки.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a biaxial indicator gyrostabilizer. In FIG. 2 and FIG. 3 shows the schematic diagrams of the computing devices of the channels of the outer frame and platform, respectively. In FIG. 4 shows the process of turning the platform with an optoelectronic sensor as a response to a control signal through the outer frame channel. In FIG. 5 shows the graphs of the LAFC of the prototype in terms of the transfer function, which is the ratio of the stabilization error to the linear roll accelerations. In FIG. 6 shows the graphs of the LAFC of the proposed indicator gyrostabilizer according to the transfer function, which is the ratio of the stabilization error to the linear roll accelerations.
Двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку 1, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной продольной оси ЛА и расположенную в ней платформу 2, вращающуюся относительно оси перпендикулярной оси вращения наружной рамки 1, установленный на оси вращения наружной рамки первый датчик момента 3, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности 4, вход которого соединен с выходом первого корректирующего фильтра 5, вход первого корректирующего фильтра 5 соединен с выходом первого сумматора 6, первый вход которого соединен с выходом первого микромеханического датчика угловой скорости 7 установленного на платформе 2 с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки 1 двухосного индикаторного гиростабилизатора; установленный на оси вращения платформы второй датчик момента 8, вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности 9, вход которого соединен с выходом второго корректирующего фильтра 10, вход второго корректирующего фильтра 10 соединен с выходом второго сумматора 11, первый вход которого соединен с выходом второго микромеханического датчика угловой скорости 12, установленного на платформе 2 с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы 2 двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый микромеханический акселерометр 13, установленный на платформе 2 с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с входом первого усилителя 14, выход первого усилителя 14 соединен с входом третьего корректирующего фильтра 46, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 6, второй микромеханический акселерометр 15, установленный на платформе 2 с осью чувствительности параллельной оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с входом второго усилителя 16, выход второго усилителя 16 соединен с входом четвертого корректирующего фильтра 47, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 11; первого датчика угла командных сигналов 17, установленного на оси наружной рамки 1 двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора 18, второго датчика угла командных сигналов 19, установленного на оси вращения платформы 2 двухосного индикаторного гиростабилизатора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора 20; оптико-электронный датчик 21 установленный на платформе 2, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости платформы 2 двухосного индикаторного гиростабилизатора, первое устройство управления 22, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора 24 вычислительного устройства канала наружной рамки (ВУКНР) 23, а также соединен с третьим входом первого сумматора 6, выход пятого сумматора 24 ВУКНР 23 соединен с входом первого вычислительного блока 25 ВУКНР 23, выход первого вычислительного блока 25 ВУКНР 23 соединен с входом второго вычислительного блока 26 ВУКНР 23, выход которого соединен с входом третьего вычислительного блока 27 ВУКНР 23, выход третьего вычислительного блока 27 ВУКНР 23 соединен с вторым входом четвертого вычислительного блока 28 ВУКНР 23, первый вход которого соединен с выходом второго датчика угла командных сигналов 19, а выход соединен с входом пятого вычислительного блока 29 ВУКНР 23, а также соединен с входом шестого вычислительного блока 30 ВУКНР 23, выход шестого вычислительного блока 30 ВУКНР 23 соединен с входом седьмого вычислительного блока 31 ВУКНР 23, а также соединен с входом девятого вычислительного блока 33 ВУКНР 23, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 18, выход седьмого вычислительного блока 31 ВУКНР 23 соединен с входом восьмого вычислительного блока 32 ВУКНР 23, выход которого соединен с входом девятнадцатого вычислительного блока 48 ВУКНР 23, выход которого соединен с третьим входом пятого сумматора 24 ВУКНР 23, выход пятого вычислительного блока 29 ВУКНР 23 соединен с первым входом пятого сумматора 24 ВУКНР 23; второе устройство управления 34, выход которого соединен с вторым входом шестого сумматора 36 вычислительного устройства канала платформы (ВУКП) 35, а также соединен с третьим входом второго сумматора 11, выход шестого сумматора 36 ВУКП 35 соединен с входом десятого вычислительного блока 37 ВУКП 35, выход десятого вычислительного блока 37 ВУКП35 соединен с входом одиннадцатого вычислительного блока 38 ВУКП35, выход которого соединен с входом двенадцатого вычислительного блока 39 ВУКП 35, выход двенадцатого вычислительного блока 39 ВУКП35 соединен с входом тринадцатого вычислительного блока 40 ВУКП35, выход которого соединен с входом четырнадцатого вычислительного блока 41 ВУКП 35, а также соединен с входом пятнадцатого вычислительного блока 42 ВУКП 35, выход пятнадцатого вычислительного блока 42 ВУКП 35 соединен с входом шестнадцатого вычислительного блока 43 ВУКП 35, а также соединен с входом восемнадцатого вычислительного блока 45 ВУКП 35, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора 20, выход шестнадцатого вычислительного блока 43 ВУКП 35 соединен с входом семнадцатого вычислительного блока 44 ВУКП35, выход которого соединен с входом двадцатого вычислительного блока 49 ВУКП 35, выход которого соединен с третьим входом шестого сумматора 36 ВУКП 35, выход четырнадцатого вычислительного блока 41 ВУКП 35 соединен с первым входом шестого сумматора 36 ВУКП 35.The biaxial indicator gyrostabilizer contains an
Работа устройства происходит следующим образом. При качке основания платформа 2 стремится сохранить свое положение в пространстве (в режиме стабилизации) благодаря обратной связи с первого микромеханического датчика угловой скорости 7 через первый сумматор 6, первый корректирующий фильтр 5, первый усилитель мощности 4 на первый датчик момента 3 по каналу наружной рамки и благодаря обратной связи со второго микромеханического датчика угловой скорости 12 через второй сумматор 11, второй корректирующий фильтр 10, второй усилитель мощности 9 на второй датчик момента 8 по каналу платформы. Передаточная функция первого корректирующего фильтра 5 имеет вид , что обеспечивает интегрирование сигнала первого микромеханического датчика угловой скорости 7 и требуемые запасы устойчивости по каналу наружной рамки. Здесь T1 - постоянная времени первого корректирующего фильтра 5, р - оператор Лапласа. Передаточная функция второго корректирующего фильтра 10 имеет вид что обеспечивает интегрирование сигнала второго микромеханического датчика угловой скорости 12 и требуемые запасы устойчивости по каналу платформы. Здесь Т2 - постоянная времени второго корректирующего фильтра 10. При начальном отклонении от плоскости горизонта первый микромеханический акселерометр 13 вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению платформы от горизонта по каналу наружной рамки, далее этот сигнал усиливается первым усилителем 14 и через третий корректирующий фильтр 46 поступает на второй вход первого сумматора 6, что обеспечивает приведение платформы 2 к горизонту (в режиме коррекции) по каналу наружной рамки. Передаточная функция третьего корректирующего фильтра 46 имеет вид Здесь Тк3 - постоянная времени третьего корректирующего фильтра, ξк3 - коэффициент демпфирования колебаний третьего корректирующего фильтра. Второй микромеханический акселерометр 15 вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению платформы 2 от горизонта по каналу платформы, далее этот сигнал усиливается вторым усилителем 16 и через четвертый корректирующий фильтр 47 поступает на второй вход сумматора 11, что обеспечивает приведение платформы 2 к горизонту (в режиме коррекции) по каналу платформы. Передаточная функция четвертого корректирующего фильтра 47 имеет вид Здесь, Тк4 - постоянная времени четвертого корректирующего фильтра, ξк4 - коэффициент демпфирования колебаний четвертого корректирующего фильтра. При этом оптико-электронный датчик 21 расположен по направлению вертикали, а первый датчик угла командных сигналов 17 вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению ЛА по углу крена, который поступает на первый вход третьего сумматора 18 и далее в систему управления ЛА, второй датчик угла командных сигналов 19 вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению ЛА по углу тангажа, который поступает на первый вход четвертого сумматора 20 и далее в систему управления ЛА. Для отклонения оптико-электронного датчика 21 в пространстве относительно горизонта по оси наружной рамки 1 на угол α первое устройство управления 22 вырабатывает управляющий сигнал U1, который поступает на третий вход первого сумматора 6, однако поворот наружной рамки 1 с платформой 2 и оптико-электронным датчиком 21 приводит к появлению большой погрешности при выработке сигнала, пропорционального углу крена ЛА. С целью компенсации этой погрешности управляющий сигнал U1 поступает также на второй вход пятого сумматора 24 ВУКНР 23, с выхода которого сигнал поступает на вход первого вычислительного блока 25 ВУКНР 23. Первый вычислительный блок 25 ВУКНР 23 реализует передаточную функцию вида параметр Т1 которой устанавливается равным постоянной времени первого корректирующего фильтра 5. Сигнал с выхода первого вычислительного блока 25 ВУКНР 23 поступает на вход второго вычислительного блока 26 ВУКНР 23, который реализует передаточную функцию вида W2(p)=Kyм1, где параметр Kум1 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи первого усилителя мощности 4. Сигнал с выхода второго вычислительного блока 26 ВУКНР 23 поступает на вход третьего вычислительного блока 27 ВУКНР 23, который реализует передаточную функцию вида где параметр Kдс1 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи по управляющему воздействию первого датчика момента 3, а параметр Тэм1 устанавливается равным по величине электромагнитной постоянной времени первого датчика момента 3. Выходной сигнал третьего вычислительного блока 27 ВУКНР 23 поступает на второй вход четвертого вычислительного блока 28 ВУКНР 23, на первый вход которого поступает сигнал U5, пропорциональный углу отклонения платформы 2 относительно наружной рамки 1. Четвертый вычислительный блок 28 ВУКНР 23 реализует передаточную функцию вида где параметр передаточной функции Kду2 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи второго датчика угла командных сигналов 19, параметр Jny устанавливается равным по величине эквивалентному моменту инерции двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки, параметр b1 устанавливается равным по величине коэффициенту вязкого трения по оси наружной рамки 1. Выходной сигнал четвертого вычислительного блока 28 ВУКНР 23 поступает на вход пятого вычислительного блока 29 ВУКНР 23 и на вход шестого вычислительного блока 30 ВУКНР 23. Пятый вычислительный блок 29 ВУКНР 23 реализует передаточную функцию вида W5(р)=Kдус1, где параметр передаточной функции Kдус1 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи первого микромеханического датчика угловой скорости 7. Выходной сигнал пятого вычислительного блока 29 ВУКНР 23 поступает на первый вход пятого сумматора 24 ВУКНР 23. Шестой вычислительный блок 30 ВУКНР 23 осуществляет интегрирование входного сигнала и реализует передаточную функцию вида . Выходной сигнал шестого вычислительного блока 30 ВУКНР 23 поступает на вход седьмого вычислительного блока 31 ВУКНР 23, который реализует функцию вычисления синуса входной величины, а также поступает на вход девятого вычислительного блока 33 ВУКНР 23, выходной сигнал которого U2 поступает на второй вычитающий вход третьего сумматора 18. Девятый вычислительный блок 33 ВУКНР 23 реализует передаточную функцию W7(р)=Kду1, где параметр передаточной функции Kду1, устанавливается равным по величине коэффициенту передачи первого датчика угла командных сигналов 17. Выходной сигнал седьмого вычислительного блока 31 ВУКНР 23 поступает на вход восьмого вычислительного блока 32 ВУКНР 23. Восьмой вычислительный блок 32 ВУКНР 23 реализует передаточную функцию вида W8(p)=gK1, где параметр g устанавливается равным величине ускорения свободного падения, а параметр K1 устанавливается равным произведению коэффициентов передачи первого микромеханического акселерометра 13 и первого усилителя 14. Выходной сигнал восьмого вычислительного блока 32 ВУКНР 23 поступает на вход девятнадцатого вычислительного блока 48 ВУКНР 23, выходной сигнал которого поступает на третий вход пятого сумматора 24 ВУКНР 23. Девятнадцатый вычислительный блок реализует передаточную функцию где параметр Тк3 устанавливается равным постоянной времени третьего корректирующего фильтра 46, параметр ξк3 устанавливается равным коэффициенту демпфирования колебаний третьего корректирующего фильтра. Пятый сумматор 24 ВУКНР 23, первый вычислительный блок 25 ВУКНР 23, второй вычислительный блок 26 ВУКНР 23, третий вычислительный блок 27 ВУКНР 23, четвертый вычислительный блок 28 ВУКНР 23, пятый вычислительной блок 29 ВУКНР 23, шестой вычислительный блок 30 ВУКНР 23, седьмой вычислительный блок 31 ВУКНР 23, восьмой вычислительный блок 32 ВУКНР 23, девятый вычислительный блок 33 ВУКНР 23, девятнадцатый вычислительный блок 46 ВУКНР 23 с системой связей представляют собой нелинейную динамическую модель двухосного индикаторного гиростабилизатора с замкнутыми контуром стабилизации и замкнутым контуром коррекции по каналу наружной рамки. При подаче на второй вход пятого сумматора 24 ВУКНР 23 управляющего сигнала U1 реакция на выходе шестого вычислительного блока 30 ВУКНР 23 соответствует отклонению платформы 2 с оптико-электронным датчиком 21 в пространстве относительно горизонта по оси наружной рамки 1 на угол α. При подаче на второй вычитающий вход третьего сумматора 18 сигнала с выхода девятого вычислительного блока 33 ВУКНР 23 на выходе третьего сумматора 18 погрешность при выработке информации об угле крена ЛА будет скомпенсирована даже при больших углах поворота α платформы 2 вместе с оптико-электронным датчиком 21 не только в установившемся после поворота платформы 2 режиме, но и во время переходного режима. Сигнал Uγ с коэффициентом передачи Kду1 пропорционален углу крена у ЛА.The operation of the device is as follows. When the base is rocking,
Для отклонения оптико-электронного датчика 21 в пространстве относительно горизонта по оси платформы 2 на угол β второе устройство управления 34 вырабатывает управляющий сигнал U3, который поступает на третий вход второго сумматора 11, однако поворот платформы 2 с оптико-электронным датчиком 21 приводит к появлению большой погрешности при выработке сигнала, пропорционального углу тангажа ЛА. С целью компенсации этой ошибки управляющий сигнал U3 поступает также на второй вход шестого сумматора 36 ВУКП 35, с выхода которого сигнал поступает на вход десятого вычислительного блока 37 ВУКП 35. Десятый вычислительный блок 37 ВУКП 35 реализует передаточную функцию вида параметр Т2 которой устанавливается равным постоянной времени второго корректирующего фильтра 10. Сигнал с выхода десятого вычислительного блока 37 ВУКП 35 поступает на вход одиннадцатого вычислительного блока 38 ВУКП 35, который реализует передаточную функцию вида W10(p)=Kум2, где параметр Kум2, устанавливается равным по величине коэффициенту передачи второго усилителя мощности 9. Сигнал с выхода одиннадцатого вычислительного блока 38 ВУКП 35 поступает на вход двенадцатого вычислительного блока 39 ВУКП 35, который реализует передаточную функцию вида где параметр Kдс2 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи по управляющему воздействию второго датчика момента 8, а параметр Тэм2 устанавливается равным по величине электромагнитной постоянной времени второго датчика момента 8. Выходной сигнал двенадцатого вычислительного блока 39 ВУКП 35 поступает на вход тринадцатого вычислительного блока 40 ВУКП 35. Тринадцатый вычислительный блок 40 ВУКП 35 реализует передаточную функцию вида где параметр Jnz устанавливается равным по величине эквивалентному моменту инерции двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу платформы, параметр b2 устанавливается равным по величине коэффициенту вязкого трения по оси платформы 2. Выходной сигнал тринадцатого вычислительного блока 40 ВУКП 35 поступает на вход четырнадцатого вычислительного блока 41 ВУКП 35 и на вход пятнадцатого вычислительного блока 42 ВУКП 35. Четырнадцатый вычислительный блок 41 ВУКП 35 реализует передаточную функцию вида W13(p)=Kдус2, где параметр передаточной функции Kдус2 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи второго микромеханического датчика угловой скорости 12. Выходной сигнал четырнадцатого вычислительного блока 41 ВУКП 35 поступает на первый вход шестого сумматора 36 ВУКП 35. Пятнадцатый вычислительный блок 42 ВУКП 35 осуществляет интегрирование входного сигнала и реализует передаточную функцию вида . Выходной сигнал пятнадцатого вычислительного блока 42 ВУКП 35 поступает на вход шестнадцатого вычислительного блока 43 ВУКП 35, который реализует функцию вычисления синуса входной величины, а также поступает на вход восемнадцатого вычислительного блока 45 ВУКП 35, выходной сигнал которого U4 поступает на второй вычитающий вход четвертого сумматора 20. Восемнадцатый вычислительный блок 45 ВУКП 35 реализует передаточную функцию W5(р)=Kду2, где параметр передаточной функции Kду2 устанавливается равным по величине коэффициенту передачи второго датчика угла командных сигналов 19. Выходной сигнал шестнадцатого вычислительного блока 43 ВУКП 35 поступает на вход семнадцатого вычислительного блока 44 ВУКП 35. Семнадцатый вычислительный блок 44 ВУКП 35 реализует передаточную функцию вида W16(p)=gK2, где параметр g устанавливается равным величине ускорения свободного падения, а параметр K2 устанавливается равным произведению коэффициентов передачи второго микромеханического акселерометра 15 и второго усилителя 16. Выходной сигнал семнадцатого вычислительного блока 44 ВУКП 35 поступает на вход двадцатого вычислительного блока 49 ВУКП 35. Выходной сигнал двадцатого вычислительного блока 49 ВУКП 35 поступает на третий вход шестого сумматора 36 ВУКП 35. Двадцатый вычислительный блок реализует передаточную функцию где параметр Тк4 устанавливается равным постоянной времени четвертого корректирующего фильтра 47, параметр устанавливается равным коэффициенту демпфирования колебаний четвертого корректирующего фильтра 47. Шестой сумматор 36 ВУКП 35, десятый вычислительный блок 37 ВУКП 35, одиннадцатый вычислительный блок 38 ВУКП 35, двенадцатый вычислительный блок 39 ВУКП 35, тринадцатый вычислительный блок 40 ВУКП 35, четырнадцатый вычислительной блок 41 ВУКП 35, пятнадцатый вычислительный блок 42 ВУКП 35, шестнадцатый вычислительный блок 43 ВУКП 35, семнадцатый вычислительный блок 44 ВУКП 35, восемнадцатый вычислительный блок 45 ВУКП 35, двадцатый вычислительного блок 49 ВУКП 35 с системой связей представляют собой нелинейную динамическую модель двухосного индикаторного гиростабилизатора с замкнутыми контуром стабилизации и замкнутым контуром коррекции по каналу платформы.To deviate the
При подаче на второй вход шестого сумматора 36 ВУКП 35 управляющего сигнала U3 реакция на выходе пятнадцатого вычислительногоWhen applying to the second input of the
блока 42 ВУКП 35 соответствует отклонению платформы 2 с оптико-электронным датчиком 21 в пространстве относительно горизонта по оси платформы 2 на угол β. При подаче на второй вычитающий вход четвертого сумматора 20 сигнала с выхода восемнадцатого вычислительного блока 45 ВУКП 35 на выходе четвертого сумматора 20 погрешность при выработке информации об угле тангажа ЛА будет скомпенсирована даже при больших углах поворота β платформы 2 вместе с оптико-электронным датчиком 21 не только в установившемся после поворота платформы 2 режиме, но и во время переходного режима. Сигнал Uυ с коэффициентом передачи Kду2 пропорционален углу тангажа υ ЛА. На фиг. 4 изображен процесс поворота платформы с оптико-электронным датчиком, как реакция на управляющий ступенчатый сигнал по каналу наружной рамки.
Передаточная функция замкнутой системы, являющаяся отношением погрешности стабилизации к линейным ускорениям качки в преобразовании Лапласа прототипа по каналу наружной рамки имеет вид:The transfer function of a closed system, which is the ratio of the stabilization error to the linear accelerations of pitching in the Laplace transform of the prototype along the channel of the outer frame, has the form:
где kобщ=1/g, Т5=kдyc/gk а 1ky1 cos ϕ, W - линейное ускорение качки основания, α - погрешность стабилизации по каналу наружной рамки гиростабилизатора, k a 1 - коэффициент передачи первого микромеханического акселерометра, ky1 - коэффициент передачи первого усилителя, ϕ=U5/Kд2 - угол поворота платформы относительно наружной рамки. Передаточная функция замкнутой системы, являющаяся отношением погрешности стабилизации к линейным ускорениям качки в преобразовании Лапласа прототипа по каналу платформы имеет вид:where k total =1/g, T 5 =k dyc /gk a 1 k y1 cos ϕ, W is the linear acceleration of the pitching of the base, α is the stabilization error along the channel of the outer frame of the gyrostabilizer, k a 1 is the transfer coefficient of the first micromechanical accelerometer, k y1 - the transmission coefficient of the first amplifier, ϕ=U 5 /K d2 - the angle of rotation of the platform relative to the outer frame. The transfer function of a closed system, which is the ratio of the stabilization error to the linear roll accelerations in the Laplace transform of the prototype over the platform channel, has the form:
где k2общ=1/g, Т6=kдус2/gk a 2ky2, W - линейное ускорение качки основания, β - погрешность стабилизации по каналу внутренней рамки гиростабилизатора, k a 2 - коэффициент передачи второго микромеханического акселерометра, ky2 - коэффициент передачи второго усилителя.where k 2total \u003d 1 / g, T 6 \ u003d k dys2 /gk a 2 k y2 , W is the linear acceleration of the pitching of the base, β is the stabilization error along the channel of the inner frame of the gyrostabilizer, k a 2 is the transfer coefficient of the second micromechanical accelerometer, k y2 - gain of the second amplifier.
Передаточная функция замкнутой системы, являющаяся отношением погрешности стабилизации к шумовой составляющей на выходе первого микромеханического датчика угловой скорости прототипа по каналу наружной рамки имеет видThe transfer function of a closed system, which is the ratio of the stabilization error to the noise component at the output of the first micromechanical sensor of the prototype angular velocity along the outer frame channel, has the form
где k3общ=1/gk a 1ky1, Т7=kдyc1/gk а 1ky1 cos ϕ Uдyc01(p) - шумовая составляющая на выходе первого микромеханического датчика угловой скорости.where k 3gen =1/gk a 1 k y1 , T 7 =k dyc1 /gk a 1 k y1 cos ϕ U dyc01 (p) is the noise component at the output of the first micromechanical angular velocity sensor.
Передаточная функция замкнутой системы, являющаяся отношением погрешности стабилизации к шумовой составляющей на выходе второго микромеханического датчика угловой скорости прототипа по каналу платформы имеет видThe transfer function of a closed system, which is the ratio of the stabilization error to the noise component at the output of the second micromechanical sensor of the prototype angular velocity along the platform channel, has the form
где k4общ=1/gk a 2ky2, T8=kдус2/gk a 2ky2.where k 4gen =1/gk a 2 k y2 , T 8 =k sp2 /gk a 2 k y2 .
Передаточная функция замкнутой системы предлагаемого индикаторного гиростабилизатора, являющаяся отношением погрешности стабилизации к линейным ускорениям качки в преобразовании Лапласа по каналу наружной рамки имеет видThe transfer function of the closed system of the proposed indicator gyrostabilizer, which is the ratio of the stabilization error to the linear roll accelerations in the Laplace transform along the outer frame channel, has the form
Здесь k a 1- коэффициент передачи первого микромеханического акселерометра, ky1 - коэффициент передачи первого усилителя.Here k a 1 - the transmission coefficient of the first micromechanical accelerometer, k y1 - the transmission coefficient of the first amplifier.
Параметры третьего корректирующего фильтра выбираются исходя из системы уравненийThe parameters of the third corrective filter are selected based on the system of equations
Здесь ωс - частота среза. ОтсюдаHere ω c is the cutoff frequency. From here
При этом передаточная функция (5) соответствует передаточной функции фильтра Баттерворта третьего порядка. Реализация системы коррекции в виде передаточной функции соответствующей фильтру Баттерворта третьего порядка позволяет получить наклон логарифмической амплитудно - частотной характеристики (ЛАЧХ) выше частоты среза системы -60дБ/дек в отличие от передаточной функции прототипа, у которой наклон ЛАЧХ выше частоты среза составляет -20дБ/дек.In this case, the transfer function (5) corresponds to the transfer function of the Butterworth filter of the third order. The implementation of the correction system in the form of a transfer function corresponding to a third-order Butterworth filter makes it possible to obtain the slope of the logarithmic amplitude-frequency response (LAFC) above the cutoff frequency of the system -60dB / dec, in contrast to the transfer function of the prototype, in which the slope of the LAFC above the cutoff frequency is -20dB / dec .
Передаточная функция являющаяся отношением погрешности стабилизации к шумовой составляющей на выходе первого микромеханического датчика угловой скорости в преобразовании Лапласа предлагаемого индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки имеет вид:The transfer function, which is the ratio of the stabilization error to the noise component at the output of the first micromechanical angular velocity sensor in the Laplace transform of the proposed indicator gyrostabilizer for the outer frame channel, has the form:
где коэффициент передачи where is the transfer coefficient
Передаточная функция замкнутой системы предлагаемого индикаторного гиростабилизатора, являющаяся отношением погрешности стабилизации к линейным ускорениям качки в преобразовании Лапласа по каналу платформы имеет видThe transfer function of the closed system of the proposed indicator gyrostabilizer, which is the ratio of the stabilization error to the linear roll accelerations in the Laplace transform over the platform channel, has the form
Здесь k a 2 - коэффициент передачи второго микромеханического акселерометра, ky2 - коэффициент передачи второго усилителя.Here k a 2 - the transmission coefficient of the second micromechanical accelerometer, k y2 - the transmission coefficient of the second amplifier.
Параметры четвертого корректирующего фильтра 47 выбираются исходя из системы уравненийThe parameters of the fourth
ОтсюдаFrom here
При этом передаточная функция (9) соответствует передаточной функции фильтра Баттерворта третьего порядка. Реализация системы коррекции в виде передаточной функции соответствующей фильтру Баттерворта третьего порядка позволяет получить наклон ЛАЧХ выше частоты среза системы -60дБ/дек в отличие от передаточной функции прототипа, у которой наклон ЛАЧХ выше частоты среза составляет -20дБ/дек.In this case, the transfer function (9) corresponds to the transfer function of the Butterworth filter of the third order. The implementation of the correction system in the form of a transfer function corresponding to a third-order Butterworth filter makes it possible to obtain an LFR slope above the system cutoff frequency of -60dB/dec, in contrast to the transfer function of the prototype, in which the LFR slope above the cutoff frequency is -20dB/dec.
Передаточная функция являющаяся отношением погрешности стабилизации к шумовой составляющей на выходе второго микромеханического датчика угловой скорости в преобразовании Лапласа предлагаемого индикаторного гиростабилизатора по каналу платформы рамки имеет вид:The transfer function, which is the ratio of the stabilization error to the noise component at the output of the second micromechanical angular velocity sensor in the Laplace transform of the proposed indicator gyrostabilizer over the frame platform channel, has the form:
где коэффициент передачи where is the transfer coefficient
Применение структуры акселерометрической коррекции в виде фильтра Баттерворта третьего порядка предлагаемого индикаторного гиростабилизатора по каналам наружной рамки и платформы обеспечивает существенное уменьшение погрешности стабилизации от линейных ускорений качки основания, а следовательно и погрешности определения углов крена и тангажа, вызванной линейными ускорениями качки основания, и допускает при этом увеличение коэффициента передачи ky2,ky3 что приводит к уменьшению погрешности стабилизации от шумовой составляющей на выходе микромеханических датчиков угловой скорости, а следовательно и погрешности определения углов крена и тангажа, от шумовой составляющей микромеханического датчика угловой скорости. Например, при значении k a 1=k a 2=0,065 Вм2/с, ky1=ky2=0,16, kдус1=kдус2=0,34 Вс/рад контура коррекции двухосного индикаторного гиростабилизатора прототипа имеют постоянные времени T5=Т6=kдус1/gk a 1ky1=kдус2/gk a 2ky2=3,4 с. ЛАФЧХ контура коррекции по каналу наружной рамки прототипа в соответствии с (1) приведены на фиг. 5. При значении k a 1=k a 2=0,065 Вм2/с, kдус1=kдус2=0,34 Вс/рад и частоте среза предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора ωс=1,43 с-1 параметры корректирующего устройства и первого усилителя в соответствии (7) будут равны: Tку1 2=0,245 с2, 2ξку1Тку1=0,7, ky1,=0,39. ЛАФЧХ, построенная по передаточной функции (5), представлена на фиг. 6.The use of the accelerometric correction structure in the form of a Butterworth filter of the third order of the proposed indicator gyrostabilizer through the channels of the outer frame and platform provides a significant reduction in the stabilization error from linear accelerations of the base roll, and hence the error in determining the roll and pitch angles caused by linear accelerations of the base roll, and at the same time allows an increase in the transfer coefficient k y2 , k y3 which leads to a decrease in the stabilization error from the noise component at the output of the micromechanical angular velocity sensors, and hence the error in determining the roll and pitch angles from the noise component of the micromechanical angular velocity sensor. For example, when the value of k a 1 =k a 2 =0.065 Vm 2 /s, k y1 =k y2 =0.16, k sp1 =k sp2 =0.34 Vs/rad of the correction loop of the biaxial indicator gyrostabilizer of the prototype have time constants T 5 \ u003d T 6 \u003d k dys1 / gk a 1 k y1 \ u003d k dys 2 / gk a 2 k y2 \u003d 3.4 s. LAFC of the correction contour along the channel of the outer frame of the prototype in accordance with (1) are shown in Fig. 5. With a value of k a 1 =k a 2 =0.065 Vm 2 /s, k sp1 =k sp2 =0.34 Vs/rad and the cutoff frequency of the proposed biaxial indicator gyrostabilizer ω c =1.43 s -1, the parameters of the corrective device and the first amplifier in accordance with (7) will be equal to: T ku1 2 =0.245 s 2 , 2ξ ku1 T ku1 =0.7, k y1 ,=0.39. LAFC, constructed from the transfer function (5), is shown in Fig. 6.
При этом за счет увеличения значений ky1 и ky2 (предлагаемого индикаторного гиростабилизатора) по отношению к ky1, ky2 (прототипа) погрешность стабилизации вызванная шумовой составляющей на выходе микромеханических датчиков угловой скорости, а следовательно и погрешность определения углов крена и тангажа, как показывают результаты моделирования уменьшается в два раза.At the same time, by increasing the values of k y1 and k y2 (the proposed indicator gyrostabilizer) with respect to k y1 , k y2 (prototype), the stabilization error caused by the noise component at the output of the micromechanical angular velocity sensors, and hence the error in determining the roll and pitch angles, as show the simulation results is reduced by a factor of two.
В таблице 1 приведены значения ЛАЧХ прототипа и предлагаемого индикаторного гиростабилизатора для характерных частот качки основания. Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства двухосного индикаторного гиростабилизатора, реализация которых может быть выполнена в соответствии с фиг. 1, 2, 3 позволяет увеличить точность функционирования многофункционального двухосного индикаторного гиростабилизатора, при одновременном выполнении двухосным индикаторным гиростабилизатором функции стабилизации и управления оптической аппаратурой в пространстве и функции выработки информации об углах крена и тангажа ЛА.Table 1 shows the values of the LAFC of the prototype and the proposed indicator gyrostabilizer for the characteristic frequencies of the pitching base. Thus, the set of features of the proposed device of a biaxial indicator gyrostabilizer, the implementation of which can be performed in accordance with Fig. 1, 2, 3 allows you to increase the accuracy of the functioning of the multifunctional two-axis indicator gyrostabilizer, while the two-axis indicator gyrostabilizer performs the function of stabilizing and controlling optical equipment in space and the function of generating information about the roll and pitch angles of the aircraft.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021112609A RU2764744C1 (en) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | Biaxial indicator gyrostabilizer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021112609A RU2764744C1 (en) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | Biaxial indicator gyrostabilizer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764744C1 true RU2764744C1 (en) | 2022-01-20 |
Family
ID=80040316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021112609A RU2764744C1 (en) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | Biaxial indicator gyrostabilizer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764744C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU187325A1 (en) * | Л. И. Каргу | |||
RU2207613C1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | Airborne equipment of control systems of drone |
RU2332642C1 (en) * | 2007-04-11 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) | Sea gravimeter stabilising gyro correction system |
RU120491U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | TWO-AXLE INDICATOR GYRO-STABILIZER |
US20200377225A1 (en) * | 2016-01-26 | 2020-12-03 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Stabilizing platform and camera |
-
2021
- 2021-04-28 RU RU2021112609A patent/RU2764744C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU187325A1 (en) * | Л. И. Каргу | |||
RU2207613C1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | Airborne equipment of control systems of drone |
RU2332642C1 (en) * | 2007-04-11 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) | Sea gravimeter stabilising gyro correction system |
RU120491U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | TWO-AXLE INDICATOR GYRO-STABILIZER |
US20200377225A1 (en) * | 2016-01-26 | 2020-12-03 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Stabilizing platform and camera |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hong | Fuzzy logic based closed-loop strapdown attitude system for unmanned aerial vehicle (UAV) | |
CA1141008A (en) | Autonomous navigation system | |
Korobiichuk | Mathematical model of precision sensor for an automatic weapons stabilizer system | |
Fontanella et al. | An extensive analysis for the use of back propagation neural networks to perform the calibration of MEMS gyro bias thermal drift | |
Magnussen et al. | Experimental validation of a quaternion-based attitude estimation with direct input to a quadcopter control system | |
Ivoilov et al. | Detection of unrevealed non-linearities in the layout of the balancing robot | |
RU2764744C1 (en) | Biaxial indicator gyrostabilizer | |
Guner et al. | Novel self-calibration method for imu using distributed inertial sensors | |
Sofla et al. | Integral based sliding mode stabilizing a camera platform using Kalman filter attitude estimation | |
Reis et al. | Super-twisting control with quaternion feedback for a 3-DoF inertial stabilization platform | |
RU2767715C1 (en) | Biaxial indicator gyrostabilizer | |
RU120491U1 (en) | TWO-AXLE INDICATOR GYRO-STABILIZER | |
RU2793844C1 (en) | Biaxial indicator gyrostabilizer | |
Fedorov et al. | Development of deflection angle stabilizing system for balancing robot | |
Sushchenko et al. | Modelling of inertial sensors in UAV systems | |
RU2256882C2 (en) | Method of in-roll stabilization of inertial platform for quickly rotating objects and in-roll stabilized inertial platform | |
RU2339002C1 (en) | Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof | |
RU2060463C1 (en) | Method of measuring and compensating drift of three-axis gyrostabilizer | |
Malyutin | Gyroscopic stabilization system on micromechanical sensing elements | |
Öz et al. | Orientation Determination in IMU Sensor with Complementary Filter | |
Malyutin | Miniature gyroscopic orientation system for unmanned aerial vehicle | |
RU2693561C1 (en) | Method of increasing accuracy of a gyroscopic system for stabilizing a line of sight | |
Isaev et al. | Mathematical modelling of the stabilization system for a mobile base video camera using quaternions | |
JPS62106385A (en) | Method of calculating roll angle and pitch angle of vehicle and doppler inertial loop therefor | |
EA029390B1 (en) | Sight line stabilization system |