RU2801138C1

RU2801138C1 - Biaxial indicator gyrostabilizer

Info

Publication number: RU2801138C1
Application number: RU2022131103A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Михайлович Малютин; Юрий Александрович Адякин; Василий Алексеевич Орлов; Антон Павлович Шведов; Александр Валериевич Ладонкин
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-08-02

Abstract

FIELD: gyroscopic technology.

SUBSTANCE: invention relates two-axis indicator gyrostabilizers on fibre-optic sensors of angular velocity operating on manned and unmanned aerial vehicles. Biaxial indicator gyrostabilizer comprises an outer frame mounted on the base of the aircraft, and a platform located in it, rotating about an axis that is perpendicular to the axis of rotation of the outer frame and parallel to the transverse axis of the aircraft, power amplifiers, two corrective filters, adders, fibre-optic sensors of the angle speed, torque sensors, coordinator, first and second amplifiers. At the same time, a third corrective filter is additionally introduced into this gyrostabilizer, the input of which is connected to the output of the first amplifier, and the output to the second input of the first adder, and the fourth corrective filter, the input of which is connected to the output of the second amplifier, and the output to the second input of the second adder.

EFFECT: increased accuracy of the functioning of the biaxial indicator gyrostabilizer.

1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к гироскопической технике, а более конкретно к двухосным индикаторным гиростабилизаторам на волоконно-оптических датчиках угловой скорости, работающим на пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах и предназначенных для стабилизации и управления положением в пространстве оптико-электронного или радиолокационного координатора, определяющего пространственное положение объекта слежения.The invention relates to gyroscopic technology, and more specifically to two-axis indicator gyrostabilizers based on fiber-optic sensors of angular velocity, operating on manned and unmanned aerial vehicles and designed to stabilize and control the position in space of an optoelectronic or radar coordinator that determines the spatial position of the tracking object.

Известен двухосный индикаторный гиростабилизатор на микромеханических гироскопах, предназначенный для стабилизации и управления положением координатора в пространстве (Малютин Д.М. Динамические характеристики управляемого гиростабилизатора на датчиках угловой скорости // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2018. №6 (332). С.126-141). Двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной нормальной оси летательного аппарата (нормальная ось расположена в плоскости симметрии летательного аппарата вверх) и расположенную в ней платформу, вращающуюся относительно оси, которая перпендикулярна оси вращения наружной рамки и параллельна поперечной оси летательного аппарата (поперечная ось расположена перпендикулярно плоскости симметрии летательного аппарата), установленный на оси вращения наружной рамки первый датчик момента, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход первого усилителя мощности соединен с выходом первого корректирующего фильтра, вход первого корректирующего фильтра соединен с выходом первого сумматора, первый вход первого сумматора соединен с выходом первого микромеханического датчика угловой скорости, установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора; второй датчик момента, вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, вход второго усилителя мощности соединен с выходом второго корректирующего фильтра, вход второго корректирующего фильтра соединен с выходом второго сумматора, первый вход второго сумматора соединен с выходом второго микромеханического датчика угловой скорости установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, координатор, установленный на платформе так, что его визирная ось перпендикулярна плоскости платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый выход координатора соединен с входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен со вторым входом первого сумматора, второй выход координатора соединен с входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с вторым входом второго сумматора, первый датчик угла, установленный на оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй датчик угла, установленный на оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора.A biaxial indicator gyrostabilizer based on micromechanical gyroscopes is known, designed to stabilize and control the position of the coordinator in space (Malyutin D.M. Dynamic characteristics of a controlled gyrostabilizer based on angular velocity sensors // Fundamental and applied problems of engineering and technology. 2018. No. 6 (332). C .126-141). SUBSTANCE: two-axis indicator gyrostabilizer contains an outer frame mounted on a base with rotation relative to an axis parallel to the normal axis of the aircraft (the normal axis is located in the plane of symmetry of the aircraft upwards) and a platform located in it, rotating about an axis that is perpendicular to the axis of rotation of the outer frame and parallel to the transverse axis aircraft (the transverse axis is perpendicular to the plane of symmetry of the aircraft), the first torque sensor installed on the axis of rotation of the outer frame, the input of which is connected to the output of the first power amplifier, the input of the first power amplifier is connected to the output of the first corrective filter, the input of the first corrective filter is connected to the output the first adder, the first input of the first adder 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; the second torque sensor, the input of which is connected to the output of the second power amplifier, the input of the second power amplifier is connected to the output of the second corrective filter, the input of the second corrective filter is connected to the output of the second adder, the first input of the second adder is connected to the output of the second micromechanical angular velocity sensor installed on the platform with sensitivity axis parallel to the axis of rotation of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer, the coordinator mounted on the platform so that its sighting axis is perpendicular to the plane of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer, the first output of the coordinator 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 output of the coordinator connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected to the second input of the second adder, the first angle sensor installed on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the second angle sensor installed on the platform axis of the biaxial indicator gyrostabilizer.

Недостатком такого двухосного индикаторного гиростабилизатора являются большие погрешности автосопровождения объекта слежения, обусловленные большим уровнем смещения нулевого сигнала и большим уровнем шума в выходных сигналах микромеханических датчиков угловой скорости.The disadvantage of such a two-axis indicator gyrostabilizer is the large errors in the auto-tracking of the tracking object, due to the high level of the zero signal offset and the high noise level in the output signals of the micromechanical angular velocity sensors.

Наиболее близким (прототипом) является двухосный индикаторный гиростабилизатор на волоконно - оптических гироскопах для стабилизации и управления положением координатора в пространстве. (Малютин Д.М. Система стабилизации и управления на волоконно-оптических гироскопах // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. №5 (307). С.121-125).The closest (prototype) is a two-axis indicator gyrostabilizer on fiber - optic gyroscopes to stabilize and control the position of the coordinator in space. (Malyutin D.M. Stabilization and control system based on fiber-optic gyroscopes // Fundamental and applied problems of engineering and technology. 2014. No. 5 (307). P. 121-125).

Двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной нормальной оси летательного аппарата, и расположенную в ней платформу, вращающуюся относительно оси, которая перпендикулярна оси вращения наружной рамки и параллельна поперечной оси летательного аппарата; установленный на оси вращения наружной рамки первый датчик момента, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход первого усилителя мощности соединен с выходом первого корректирующего фильтра, вход первого корректирующего фильтра соединен с выходом первого сумматора, первый вход первого сумматора соединен с выходом первого волоконно-оптического датчика угловой скорости, установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй датчик момента, вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, вход второго усилителя мощности соединен с выходом второго корректирующего фильтра, вход второго корректирующего фильтра соединен с выходом второго сумматора, первый вход второго сумматора соединен с выходом второго волоконно-оптического датчика угловой скорости, установленного на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, координатор, установленный на платформе так, что его визирная ось перпендикулярна плоскости платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый выход координатора соединен с входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен с вторым входом первого сумматора, второй выход координатора соединен с входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с вторым входом второго сумматора, первый датчик угла, установленный на оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй датчик угла, установленный на оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора.SUBSTANCE: two-axis indicator gyrostabilizer contains an outer frame mounted on the base with rotation relative to an axis parallel to the normal axis of the aircraft, and a platform located in it, rotating about an axis that is perpendicular to the axis of rotation of the outer frame and parallel to the transverse axis of the aircraft; the first torque sensor installed on the axis of rotation of the outer frame, the input of which is connected to the output of the first power amplifier, the input of the first power amplifier 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 the first adder is connected to the output of the first fiber-optic an optical angular velocity sensor mounted on a platform with a sensitivity axis parallel to the rotation axis of the outer frame of the two-axis indicator gyrostabilizer, the second moment sensor, the input of which is connected to the output of the second power amplifier, the input of the second power amplifier is connected to the output of the second corrective filter, the input of the second corrective filter is connected to the output of the second adder, the first input of the second adder is connected to the output of the second fiber-optic sensor of the angular velocity, installed on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer, the coordinator installed on the platform so that its line of sight is perpendicular to the plane of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer , the first output of the coordinator 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 output of the coordinator is connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected to the second input of the second adder, the first angle sensor mounted on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the second angle sensor mounted on the axis of the platform of the biaxial indicator gyrostabilizer.

Недостатком прототипа является малый диапазон допустимых угловых скоростей автосопровождения объекта слежения при значительных инерционно-массовых характеристиках координатора, обусловленный нелинейностью вида «ограничение по уровню развиваемого момента» датчиками момента, установленными по осям наружной рамы и платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора.The disadvantage of the prototype is the small range of permissible angular velocities of the tracking object auto-tracking with significant inertial-mass characteristics of the coordinator, due to the non-linearity of the type "restriction on the level of developed moment" by torque sensors installed along the axes of the outer frame and platform of the biaxial indicator gyrostabilizer.

Технической задачей изобретения является увеличение диапазона допустимых угловых скоростей автосопровождения объекта слежения по каналам наружной рамки и платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора.The technical objective of the invention is to increase the range of permissible angular velocities of the tracking object auto-tracking through the channels of the outer frame and platform of the biaxial indicator gyrostabilizer.

Задача решается тем, что двухосный индикаторный гиростабилизатор содержит наружную рамку, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной нормальной оси летательного аппарата и расположенную в ней платформу, вращающуюся относительно оси, которая перпендикулярна оси вращения наружной рамки и параллельна поперечной оси летательного аппарата, первый усилитель мощности, выход которого соединен с входом первого датчика момента, первый корректирующий фильтр, выход которого соединен с входом первого усилителя мощности, первый сумматор, выход которого соединен с входом первого корректирующего фильтра, первый волоконно-оптический датчик угловой скорости, установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй датчик момента, установленный на оси платформы, второй усилитель мощности, выход которого соединен с входом второго датчика момента, второй корректирующий фильтр, выход которого соединен с входом второго усилителя мощности, второй сумматор, выход которого соединен с входом второго корректирующего фильтра, второй волоконно-оптический датчик угловой скорости, установленный на платформе с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, координатор, установленный на платформе так, что его визирная ось перпендикулярна плоскости платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора, первый усилитель, вход которого соединен с первым выходом координатора, третий корректирующий фильтр, вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход - со вторым входом первого сумматора, второй усилитель, вход которого соединен со вторым выходом координатора, четвертый корректирующий фильтр, вход которого соединен с выходом второго усилителя, а выход - со вторым входом второго сумматора, первый датчик угла, установленный на оси наружной рамки двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй датчик угла, установленный на оси платформы двухосного индикаторного гиростабилизатора.The problem is solved in that the biaxial indicator gyrostabilizer contains an outer frame mounted on the base with rotation about an axis parallel to the normal axis of the aircraft and a platform located in it, rotating about an axis that is perpendicular to the axis of rotation of the outer frame and parallel to the transverse axis of the aircraft, the first power amplifier , the output of which is connected to the input of the first torque sensor, the first corrective filter, the output of which is connected to the input of the first power amplifier, the first adder, the output of which is connected to the input of the first corrective filter, the first fiber-optic angular velocity sensor mounted on a platform with a sensitivity axis parallel axis of rotation of the outer frame, the output of which is connected to the first input of the first adder, the second torque sensor installed on the axis of the platform, the second power amplifier, the output of which is connected to the input of the second torque sensor, the second corrective filter, the output of which is connected to the input of the second power amplifier, the second adder, the output of which is connected to the input of the second corrective filter, the second fiber-optic sensor of the angular velocity, installed on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform, the output of which is connected to the first input of the second adder, the coordinator, installed on the platform so that its line of sight perpendicular to the platform plane of the biaxial indicator gyrostabilizer, the first amplifier, the input of which is connected to the first output of the coordinator, the third corrective filter, the input of which is connected to the output of the first amplifier, and the output to the second input of the first adder, the second amplifier, the input of which is connected to the second output of the coordinator, the fourth corrective filter, the input of which is connected to the output of the second amplifier, and the output - to the second input of the second adder, the first angle sensor installed on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the second angle sensor installed on the platform axis of the biaxial indicator gyrostabilizer.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема двухосного индикаторного гиростабилизатора. На фиг. 2 изображен график погрешности автосопровождения прототипа и предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки. На фиг. 3 изображен график изменения момента датчика момента по каналу наружной рамки прототипа и предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора. На фиг. 4 изображен график погрешности автосопровождения прототипа по каналу наружной рамки. На фиг. 5 изображен график изменения момента датчика момента по каналу наружной рамки прототипа. На фиг. 6 изображен график изменения момента датчика момента по каналу наружной рамки предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки. На фиг. 7 изображен график погрешности автосопровождения предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки. На фиг. 8 изображен график изменения момента датчика момента по каналу наружной рамки прототипа. На фиг. 9 изображен график погрешности автосопровождения прототипа по каналу наружной рамки.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a biaxial indicator gyrostabilizer. In FIG. 2 shows a graph of the autotracking error of the prototype and the proposed biaxial indicator gyrostabilizer along the outer frame channel. In FIG. 3 shows a graph of the change in the moment of the moment sensor along the channel of the outer frame of the prototype and the proposed biaxial indicator gyrostabilizer. In FIG. 4 shows a graph of the prototype auto-tracking error along the outer frame channel. In FIG. 5 shows a graph of the change in the moment of the torque sensor along the channel of the outer frame of the prototype. In FIG. 6 shows a graph of the change in the moment of the torque sensor along the channel of the outer frame of the proposed biaxial indicator gyrostabilizer along the channel of the outer frame. In FIG. 7 shows a graph of the auto-tracking error of the proposed biaxial indicator gyrostabilizer along the outer frame channel. In FIG. 8 shows a graph of the change in the moment of the torque sensor along the channel of the outer frame of the prototype. In FIG. 9 shows a graph of the prototype auto-tracking error along the outer frame channel.

Двухосный индикаторный гиростабилизатор (фиг. 1) содержит наружную рамку 1, установленную на основании с вращением относительно оси параллельной нормальной оси летательного аппарата, и расположенную в ней платформу 2, вращающуюся относительно оси, которая перпендикулярна оси вращения наружной рамки и параллельна поперечной оси летательного аппарата, первый датчик момента 3, установленный на оси вращения наружной рамки 1, первый усилитель мощности 4, выход которого соединен со входом первого датчика момента 3, первый корректирующий фильтр 5, выход которого соединен со входом первого усилителя мощности 4, первый сумматор 6, выход которого соединен со входом первого корректирующего фильтра 5, первый волоконно-оптический датчик угловой скорости 7, установленный на платформе 2 с осью чувствительности параллельной оси вращения наружной рамки 1, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 6; второй датчик момента 8, установленный на оси платформы 2, второй усилитель мощности 9, выход которого соединен со входом второго датчика момента 8, второй корректирующий фильтр 10, выход которого соединен со входом второго усилителя мощности 9, второй сумматор 11, выход которого соединен со входом второго корректирующего фильтра 10, второй волоконно-оптический датчик угловой скорости 12, установленный на платформе 2 с осью чувствительности параллельной оси вращения платформы 2, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 11, координатор 13, установленный на платформе 2 так, что его визирная ось перпендикулярна плоскости платформы 2, первый усилитель 14, вход которого соединен с первым выходом координатора 13, третий корректирующий фильтр 15, вход которого соединен с выходом первого усилителя 14, а выход - со вторым входом первого сумматора 6, второй усилитель 1, вход которого соединен со вторым выходом координатора 13, четвертый корректирующий фильтр 17, вход которого соединен с выходом второго усилителя 16, а выход - со вторым входом второго сумматора 11, первый датчик угла 18, установленный на оси наружной рамки 1 двухосного индикаторного гиростабилизатора, второй датчик угла 19, установленный на оси платформы 2 двухосного индикаторного гиростабилизатора.The biaxial indicator gyrostabilizer (Fig. 1) contains an outer frame 1 mounted on a base with rotation about an axis parallel to the normal axis of the aircraft, and a platform 2 located in it, rotating about an axis that is perpendicular to the axis of rotation of the outer frame and parallel to the transverse axis of the aircraft, the first torque sensor 3 installed on the rotation axis of the outer frame 1, the first power amplifier 4, the output of which is connected to the input of the first torque sensor 3, the first corrective filter 5, the output of which is connected to the input of the first power amplifier 4, the first adder 6, the output of which is connected with the input of the first correction filter 5, the first fiber-optic sensor of the angular velocity 7, installed on the platform 2 with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the outer frame 1, the output of which is connected to the first input of the first adder 6; the second torque sensor 8 installed on the axis of the platform 2, the second power amplifier 9, the output of which is connected to the input of the second torque sensor 8, the second corrective filter 10, the output of which is connected to the input of the second power amplifier 9, the second adder 11, the output of which is connected to the input the second corrective filter 10, the second fiber-optic sensor of the angular velocity 12, installed on the platform 2 with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform 2, the output of which is connected to the first input of the second adder 11, the coordinator 13, installed on the platform 2 so that its line of sight perpendicular to the platform 2 plane, the first amplifier 14, the input of which is connected to the first output of the coordinator 13, the third corrective filter 15, the input of which is connected to the output of the first amplifier 14, and the output to the second input of the first adder 6, the second amplifier 1, the input of which is connected to the second output of the coordinator 13, the fourth corrective filter 17, the input of which is connected to the output of the second amplifier 16, and the output to the second input of the second adder 11, the first angle sensor 18, installed on the axis of the outer frame 1 of the biaxial indicator gyrostabilizer, the second angle sensor 19, installed on the axis of the platform 2 biaxial indicator gyrostabilizer.

Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

При качке основания платформа 2 стремится сохранить свое положение в пространстве (в режиме стабилизации) благодаря обратной связи с первого волоконно-оптического 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 1 и благодаря обратной связи со второго волоконно-оптического датчика угловой скорости 12 через второй сумматор 11, второй корректирующий фильтр 10, второй усилитель мощности 9 на второй датчик момента 8 по каналу платформы 2. Передаточная функция первого корректирующего фильтра 5 имеет вид , что обеспечивает интегрирование сигнала первого волоконно-оптического датчика угловой скорости 7 и требуемые запасы устойчивости по каналу стабилизации наружной рамки 1. Здесь T_kz1 - постоянная времени первого корректирующего фильтра 5, р-оператор Лапласа. Передаточная функция второго корректирующего фильтра 10 имеет вид , что обеспечивает интегрирование сигнала второго волоконно-оптического датчика угловой скорости 12 и требуемые запасы устойчивости по каналу стабилизации платформы 2. Здесь T_kz2 - постоянная времени второго корректирующего фильтра 10. При включении режима автосопровождения объекта слежения координатор 13 вырабатывает сигнал пропорциональный углу рассогласования а (погрешность автосопровождения) между его визирной осью и направлением на объект слежения по каналу наружной рамки 1 на первом выходе и пропорциональный углу рассогласования β (погрешность автосопровождения) между его визирной осью и направлением на объект слежения по каналу платформы 2 на втором выходе. Сигнал с первого выхода координатора 13 поступает на вход первого усилителя 14 с коэффициентом усиления K_y3, выходной сигнал первого усилителя 14 поступает на вход третьего корректирующего фильтра 15. Передаточная функция третьего корректирующего фильтра 15 имеет вид , где T_kz3 - малая постоянная времени третьего корректирующего фильтра 15, сигнал с выхода третьего корректирующего фильтра 15 поступает на второй вход первого сумматора 6, что обеспечивает совмещение визирной оси координатора 13 и направления на объект слежения по каналу наружной рамки 1. Сигнал со второго выхода координатора 13 поступает на вход второго усилителя 16 с коэффициентом усиления K_y4, выходной сигнал второго усилителя 16 поступает на вход четвертого корректирующего фильтра 17. Передаточная функция четвертого корректирующего фильтра 17 имеет вид , где T_kz4 - малая постоянная времени четвертого корректирующего фильтра 17, сигнал с выхода четвертого корректирующего фильтра 17 поступает на второй вход второго сумматора 11, что обеспечивает совмещение визирной оси координатора 13 и направления на объект слежения по каналу платформы 2. Сигнал U_ϕy с выхода первого датчика угла 18 пропорционален углу поворота ϕ_y наружной рамки 1 относительно корпуса летательного аппарата. Сигнал с выхода второго датчика угла 19 пропорционален углу поворота ϕ_z платформы 2 относительно наружной рамки 1. Эти сигналы определяют положение системы координат, связанной с координатором 13 относительно системы координат, связанной с летательным аппаратом. Передаточная функция двухосного индикаторного гиростабилизатора при замкнутом контуре стабилизации и замкнутом контуре автосопровождения, как отношение погрешности автосопровождения к угловой скорости объекта слежения по каналу наружной рамки 1 прототипа имеет вид:When the base is rocking, the platform 2 seeks to maintain its position in space (in the stabilization mode) due to the feedback from the first fiber-optic sensor of the angular velocity 7 through the first adder 6, the first corrective filter 5, the first power amplifier 4 to the first torque sensor 3 via the external channel frame 1 and due to the feedback from the second fiber-optic sensor of the angular velocity 12 through the second adder 11, the second corrective filter 10, the second power amplifier 9 to the second moment sensor 8 through the channel of the platform 2. The transfer function of the first corrective filter 5 has the form , which ensures the integration of the signal of the first fiber-optic sensor of the angular velocity 7 and the required stability margins for the stabilization channel of the outer frame 1. Here T _kz1 is the time constant of the first corrective filter 5, the Laplace p-operator. The transfer function of the second corrective filter 10 has the form , which ensures the integration of the signal of the second fiber-optic sensor of the angular rate 12 and the required stability margins through the stabilization channel of the platform 2. Here T _kz2 is the time constant of the second corrective filter 10. When the tracking object auto-tracking mode is turned on, the coordinator 13 generates a signal proportional to the mismatch angle a (error auto-tracking) between its line of sight and the direction to the tracking object through the channel of the outer frame 1 at the first exit and proportional to the mismatch angle β (auto-tracking error) between its line of sight and the direction to the object of tracking through the platform channel 2 at the second exit. The signal from the first output of the coordinator 13 is fed to the input of the first amplifier 14 with a gain K _y3 , the output signal of the first amplifier 14 is fed to the input of the third corrective filter 15. The transfer function of the third corrective filter 15 has the form , where T _kz3 - small time constant of the third corrective filter 15, the signal from the output of the third corrective filter 15 is fed to the second input of the first adder 6, which ensures the alignment of the sighting axis of the coordinator 13 and the direction to the tracking object through the channel of the outer frame 1. The signal from the second output coordinator 13 is fed to the input of the second amplifier 16 with a gain K _y4 , the output signal of the second amplifier 16 is fed to the input of the fourth corrective filter 17. The transfer function of the fourth corrective filter 17 has the form , where T _kz4 - small time constant of the fourth corrective filter 17, the signal from the output of the fourth corrective filter 17 is fed to the second input of the second adder 11, which ensures that the sighting axis of the coordinator 13 and the direction to the object of tracking through the channel of the platform 2. Signal U _ϕy from the output the first angle sensor 18 is proportional to the angle of rotation ϕ _y of the outer frame 1 relative to the body of the aircraft. Signal from the output of the second angle sensor 19 is proportional to the angle of rotation ϕ _z of the platform 2 relative to the outer frame 1. These signals determine the position of the coordinate system associated with the coordinator 13 relative to the coordinate system associated with the aircraft. The transfer function of a biaxial indicator gyrostabilizer with a closed stabilization loop and a closed autotracking loop, as the ratio of the autotracking error to the angular velocity of the tracking object along the channel of the outer frame 1 of the prototype, has the form:

Здесь J_α- приведенный момент инерции двухосного индикаторного гиростабилизатора относительно оси наружной рамки 1, К_дус1 - коэффициент передачи первого волоконно-оптического датчика угловой скорости 7, K_dy1 - коэффициент передачи координатора 13 по каналу наружной рамки 1, К_у3 - коэффициент передачи первого усилителя 14, K_as=К_dy1К_y3- коэффициент передачи по контуру автосопровождения по каналу наружной рамки 1, T_ds1 - электромагнитная постоянная времени первого датчика момента 3; К_ds1, - коэффициент передачи первого датчика момента 3; К_у1 - коэффициент передачи первого усилителя мощности 4, b₁ - удельный момент сил скоростного трения относительно оси наружной рамки 1, - угловая скорость объекта слежения по каналу наружной рамки 1.Here J _α is the reduced moment of inertia of the biaxial indicator gyrostabilizer relative to the axis of the outer frame 1, K _dys1 is the transmission coefficient of the first fiber-optic sensor of the angular velocity 7, K _dy1 is the transmission coefficient of the coordinator 13 along the channel of the outer frame 1, K _y3 is the transmission coefficient of the first amplifier 14, K _as =K _dy1 K _y3 - the transmission coefficient of the auto-tracking circuit through the channel of the outer frame 1, T _ds1 - electromagnetic time constant of the first torque sensor 3; To _ds1, - the transmission coefficient of the first torque sensor 3; K _y1 is the transmission coefficient of the first power amplifier 4, b ₁ is the specific moment of high-speed friction forces relative to the axis of the outer frame 1, - angular velocity of the tracking object along the channel of the outer frame 1.

Передаточная функция предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора при замкнутом контуре стабилизации и замкнутом контуре автосопровождения, как отношение погрешности автосопровождения к угловой скорости объекта слежения по каналу наружной рамки 1 имеет вид:The transfer function of the proposed two-axis indicator gyrostabilizer with a closed stabilization loop and a closed autotracking loop, as the ratio of the autotracking error to the angular velocity of the tracking object along the channel of the outer frame 1, has the form:

Переходный процесс при включении контура автосопровождения, как реакция на ступенчатое воздействие с амплитудой 0,5 рад/с, прототипа с параметрами: J_α=2,4кгм², b₁=3Нмс, T_ds1=0,00057 с, K_as=50 В/рад, T_kz1=0,01 с, K_dysK_ds1K_y1=1670Нмс/рад (кривая 1) и предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора с параметрами: J_α=2,4кгм², b₁=3Нмс, T_ds1=0,00057 с, K_as=50 В/рад, Т_kz1=0,01 с, K_dysK_ds1K_y1=1670Нмс/рад, T_kz3=0,02 с (кривая 2) изображены на фиг. 2. Из графика переходного процесса изменения момента датчика момента 3 канала наружной рамки 1 (фиг. 3) при включении контура автосопровождения, как реакция на ступенчатое воздействие с амплитудой 0,5 рад/с видно, что для обеспечения процесса автосопровождения с характеристиками переходного процесса, соответствующими фиг. 2, необходимо обеспечить максимальное значение момента относительно оси наружной рамки 1 прототипа 72Нм (кривая 1), а у предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора 39Нм (кривая 2), что реализовать технически затруднительно ввиду недопустимого увеличения массы датчиков момента 3 и 8, габаритов и энергопотребления двухосного индикаторного гиростабилизатора. Реальная статическая характеристика датчика момента 3 представляет собой линейную зависимость с зоной насыщения. Зона насыщения соответствует максимальной величине момента, развиваемого датчиком момента 3. Рассмотрим динамику двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки 1 в совмещенном режиме стабилизации и автосопровождения с учетом нелинейностей, обусловленных ограничением по уровню развиваемого момента датчиком момента 3 на уровне 24Нм. Нелинейность датчика момента 3 ограничивает допустимый диапазон угловых скоростей автосопровождения. Устойчивый переходный процесс и ожидаемая форма переходного процесса в контуре автосопровождения при замкнутом контуре стабилизации обеспечивается в допустимом диапазоне скоростей автосопровождения, при котором развиваемый датчиком момента 3 момент не превышает величины линейной зоны характеристики датчика момента 3. Если развиваемый датчиком момента 3 момент находится в зоне насыщения, возникает эффект потери устойчивости и перегрев датчика момента 3. На фиг. 4 изображен график погрешности автосопровождения прототипа по каналу наружной рамки 1 при угловой скорости когда в переходном процессе значение момента датчика момента 3 превышает линейную зону статической характеристики датчика момента 3. На фиг. 5 изображен график изменения момента по каналу наружной рамки 1 прототипа при угловой скорости когда в переходном процессе значение момента датчика момента 3 превышает линейную зону статической характеристики датчика момента 3. Процесс на фиг. 3 является неустойчивым. Введение дополнительного корректирующего звена с малой постоянной времени T_kz = 0,02c в 1,8 раза уменьшает амплитуду момента, развиваемого датчикомThe transient process when the auto-tracking circuit is turned on, as a reaction to a step action with an amplitude of 0.5 rad/s, a prototype with parameters: J _α =2.4kgm ² , b ₁ =3Nms, T _ds1 =0.00057 s, K _as =50 V/rad, T _kz1 =0.01 s, K _dys K _ds1 K _y1 =1670Nms/rad (curve 1) and the proposed biaxial indicator gyrostabilizer with parameters: J _α =2.4kgm ² , b ₁ =3Nms, T _ds1 =0.00057 s, K _as =50 V/rad , T _kz1 =0.01 s, K _dys K _ds1 K _y1 =1670 Nms/rad, T _kz3 =0.02 s (curve 2) are shown in Fig. 2. From the graph of the transient change in the moment of the moment sensor 3 of the channel of the outer frame 1 (Fig. 3) when the auto-tracking circuit is turned on, as a reaction to a step action with an amplitude of 0.5 rad/s, it can be seen that in order to provide the autotracking process with the characteristics of the transient process corresponding to FIG. 2, it is necessary to ensure the maximum value of the torque relative to the axis of the outer frame 1 of the prototype is 72Nm (curve 1), and for the proposed biaxial indicator gyrostabilizer 39Nm (curve 2), which is technically difficult to implement due to the unacceptable increase in the mass of torque sensors 3 and 8, dimensions and power consumption of the biaxial indicator gyro stabilizer. The real static characteristic of the torque sensor 3 is a linear relationship with a saturation zone. The saturation zone corresponds to the maximum value of the torque developed by the torque sensor 3. Let us consider the dynamics of the biaxial indicator gyrostabilizer along the channel of the outer frame 1 in the combined mode of stabilization and autotracking, taking into account the nonlinearities caused by the limitation in terms of the level of the developed torque by the torque sensor 3 at the level of 24 Nm. The non-linearity of the torque sensor 3 limits the allowable range of auto-tracking angular velocities. A stable transient process and the expected form of the transient process in the auto-tracking loop with a closed stabilization loop is provided in the allowable range of auto-tracking speeds, in which the torque developed by the torque sensor 3 does not exceed the value of the linear zone of the torque sensor 3 characteristic. If the torque developed by the torque sensor 3 is in the saturation zone, there is an effect of loss of stability and overheating of the torque sensor 3. In Fig. 4 shows a graph of the prototype auto-tracking error along the outer frame channel 1 at an angular velocity when, in the transient process, the torque value of the torque sensor 3 exceeds the linear zone of the static characteristic of the torque sensor 3. FIG. 5 shows a graph of the change in moment along the channel of the outer frame 1 of the prototype at an angular velocity when, in a transient process, the torque value of the torque sensor 3 exceeds the linear zone of the static characteristic of the torque sensor 3. The process in FIG. 3 is unstable. Introduction of an additional corrective link with a small time constant T _kz = 0.02 s reduces the amplitude of the moment developed by the sensor by 1.8 times

момента 3 во время переходного процесса при включении контура автосопровождения по сравнению с амплитудой переходного процесса прототипа (фиг. 2). Соответственно в 1,8 раза у предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора увеличивается максимальное значение допустимой угловой скорости автосопровождения по каналу наружной рамки 1. На фиг. 6 изображен график изменения момента предлагаемого двухосного индикаторного гиростабилизатора по каналу наружной рамки 1 при а на фиг. 7 погрешность автосопровождения при Значение в этом случае является максимально допустимым, так как при увеличении значения момент датчика момента 3 входит в зону насыщения. На фиг. 8 изображен график изменения момента прототипа по каналу наружной рамки 1 при а на фиг. 9 погрешность автосопровождения при Значение для прототипа является максимально допустимым, так как при увеличении значения момент датчика момента 3 входит в зону насыщения. Аналогичные процессы происходят по каналу платформы 2.moment 3 during the transient process when the auto-tracking circuit is turned on, compared with the amplitude of the transient process of the prototype (Fig. 2). Accordingly, the maximum value of the permissible angular velocity of auto-tracking along the channel of the outer frame 1 increases by 1.8 times for the proposed biaxial indicator gyrostabilizer. In Fig. 6 shows a graph of the change in the moment of the proposed biaxial indicator gyrostabilizer along the channel of the outer frame 1 at and in fig. 7 auto-tracking error at Meaning in this case is the maximum allowable, since with an increase in the value the torque of the torque sensor 3 enters the saturation zone. In FIG. 8 shows a graph of the change in the moment of the prototype along the channel of the outer frame 1 when and in fig. 9 auto-tracking error at Meaning for the prototype is the maximum allowable, since with an increase in the value the torque of the torque sensor 3 enters the saturation zone. Similar processes take place through platform channel 2.

Таким образом, применение в контуре автосопровождения корректирующих фильтров по каналу наружной рамки 1 и по каналу платформы 2 позволяет увеличить диапазон допустимых угловых скоростей автосопровождения объекта слежения по каналам наружной рамки 1 и платформы 2.Thus, the use of corrective filters in the autotracking circuit through the channel of the outer frame 1 and via platform 2 channel allows to increase the range of permissible angular velocities of tracking object autotracking via channels of outer frame 1 and platform 2.

Claims

Biaxial indicator gyrostabilizer containing an outer frame mounted on the base of the aircraft with rotation about an axis parallel to the normal axis of the aircraft, and a platform located in it, rotating about an axis that is perpendicular to the axis of rotation of the outer frame and parallel to the transverse axis of the aircraft, the first moment sensor, installed on the axis of rotation of the outer frame, the first power amplifier, the output of which is connected to the input of the first torque sensor, the first correction filter, the output of which is connected to the input of the first power amplifier, the first adder, the output of which is connected to the input of the first correction filter, the first fiber-optic sensor angular velocity, mounted on a platform with a sensitivity axis parallel to the axis of rotation of the outer frame, the output of which is connected to the first input of the first adder, the second torque sensor installed on the axis of the platform, the second power amplifier, the output of which is connected to the input of the second torque sensor, the second corrective filter, the output of which is connected to the input of the second power amplifier, the second adder, the output of which is connected to the input of the second corrective filter, the second fiber-optic sensor of the angular velocity, installed on the platform with the axis of sensitivity parallel to the axis of rotation of the platform, the output of which is connected to the first input of the second adder, the coordinator , installed on the platform so that its sighting axis is perpendicular to the platform plane, the first amplifier, the input of which is connected to the first output of the coordinator, the second amplifier, the input of which is connected to the second output of the coordinator, the first angle sensor installed on the axis of the outer frame of the biaxial indicator gyrostabilizer, the second an angle sensor mounted on the axis of the platform of a two-axis indicator gyrostabilizer, characterized in that it additionally includes a third corrective filter and a fourth corrective filter, the output of the first amplifier is connected to the input of the third corrective filter, the output of the third corrective filter is connected to the second input of the first adder, the output of the second amplifier is connected to the input of the fourth corrective filter, the output of the fourth corrective filter is connected to the second input of the second adder.