RU2818233C1

RU2818233C1 - Indicator gyrostabilizer

Info

Publication number: RU2818233C1
Application number: RU2024103130A
Authority: RU
Inventors: Владимир Вениаминович Кулешов; Николай Львович Коржук; Всеволод Николаевич Коржук; Ирина Евгеньевна Первак; Лев Викторович Кузовлев
Filing date: 2024-02-07
Publication date: 2024-04-26

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and is intended for use in stabilization, navigation and guidance systems. Essence of the proposed solution consists in the fact that the indicator gyrostabilizer additionally includes an amplifier with a saturation zone, which input is connected to the output of the gyroscope with the angle sensor, and the output to the phase detector; wherein the analogue negative feedback is implemented from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the unloading device through the aperiodic link, and the discrete negative feedback is implemented from the output of the amplifier with the saturation zone to the input of the comparator through the phase detector connected in series via the information inputs, a broadband differentiating filter, a threshold element with an ambiguity zone, the feedback of which has a delay link, an integrator, wherein the output of the integrator is connected to the input of a comparator.

EFFECT: wider bandwidth and higher accuracy of stabilization.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах стабилизации, навигации и наведения.The invention relates to measuring technology and is intended for use in stabilization, navigation and guidance systems.

Известен индикаторный гиростабилизатор (патент РФ №2117915, опубл. 20.08.1998, бюл. №23), который состоит из платформы в одноосном подвесе, с осью которой кинематически связан стабилизирующий мотор, установленного на платформе трехстепенного гироскопа с датчиками угла и датчиками момента по каждой оси его подвеса, причем один из датчиков угла через усилитель арретирования подключен к соответствующему датчику момента, датчик угла, установленный на оси, параллельной оси подвеса платформы, подключен по типу отрицательной обратной связи к одному из входов усилителя стабилизации, выход которого соединен с обмоткой управления стабилизирующего мотора, последовательно с которой включен резистор, выход которого по типу положительной обратной связи подключен ко второму входу усилителя стабилизации.An indicator gyrostabilizer is known (RF patent No. 2117915, published on August 20, 1998, Bulletin No. 23), which consists of a platform in a uniaxial suspension, with the axis of which a stabilizing motor is kinematically connected, mounted on a three-degree gyroscope platform with angle sensors and torque sensors on each axis of its suspension, and one of the angle sensors is connected through a locking amplifier to the corresponding torque sensor, the angle sensor mounted on an axis parallel to the suspension axis of the platform is connected as a negative feedback to one of the inputs of the stabilization amplifier, the output of which is connected to the stabilizing control winding motor, in series with which a resistor is connected, the output of which is connected as a positive feedback to the second input of the stabilization amplifier.

Недостатком индикаторного гиростабилизатора является невысокая точность стабилизации, так как выбор коэффициента усиления с жесткой отрицательной обратной связью ограничен условием устойчивости системы. Для обеспечения устойчивости и точности стабилизации требуется реализовать значительный коэффициент передачи по разомкнутому контуру.The disadvantage of the indicator gyrostabilizer is the low accuracy of stabilization, since the choice of gain with strict negative feedback is limited by the condition of system stability. To ensure stability and accuracy of stabilization, it is necessary to implement a significant open-loop transmission coefficient.

Индикаторный стабилизатор, структурная схема которого описана на стр. 97 в кн. "Расчет и проектирование гироскопических стабилизаторов" Д.С. Пельпор, Ю.А. Колосов, Е.Р. Рахтенко. М.: Машиностроение, 1972, с. 216, содержит стабилизированную платформу, гироскоп, фазовый детектор, корректирующие звенья и привод разгрузки. Недостатком индикаторного стабилизатора является малая полоса пропускания, невысокая точность стабилизации и зависимость от зоны линейности фазового детектора.An indicator stabilizer, the structural diagram of which is described on page 97 in the book. "Calculation and design of gyroscopic stabilizers" D.S. Pelpor, Yu.A. Kolosov, E.R. Rakhtenko. M.: Mechanical Engineering, 1972, p. 216, contains a stabilized platform, a gyroscope, a phase detector, corrective links and an unloading drive. The disadvantage of the indicator stabilizer is its small bandwidth, low stabilization accuracy and dependence on the linearity zone of the phase detector.

Наиболее близким по техническому решению является индикаторный гиростабилизатор (патент РФ №2796398, опубл. 23.05.2023, бюл. №15), содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, отрицательную обратную связь, аналоговую и дискретную отрицательные обратные связи, причем аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с насыщением, на один из входов разгрузочного устройства через последовательно соединенными по информационным входам первый интегратор и звено запаздывания, дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода компаратора на вход разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, и выход фазового детектора соединен с входом компаратора через последовательно соединенные широкополосный дифференцирующий фильтр и второй интегратор, кроме того, вход усилителя с насыщением соединен с выходом датчика угла гироскопа, а один из выходов, с входом фазового детектора.The closest technical solution is an indicator gyrostabilizer (RF patent No. 2796398, published May 23, 2023, Bulletin No. 15), containing a stabilized platform kinematically connected to an unloading device, a gyroscope with an angle sensor, a phase detector, negative feedback, analogue and discrete negative feedback, and analog negative feedback is implemented from the output of the amplifier with saturation, to one of the inputs of the unloading device through the first integrator and delay link connected in series across the information inputs, discrete negative feedback is implemented from the output of the comparator to the input of the unloading device through serially connected according to the information inputs, a level converter, a pair of waiting synchronous generators, a reversing binary counter, a comparison circuit, a trigger, an electronic switch, the input of which is connected to the output of the current generator, a summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input to the output of the generator auxiliary frequency, a reference voltage generator, the output of which is connected to the input of the phase detector, additional inputs of the comparator, two standby synchronous generators, a reversing binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, and the output of the phase detector is connected to the input of the comparator through a series-connected broadband differentiating filter and a second integrator In addition, the input of the amplifier is connected with saturation to the output of the gyroscope angle sensor, and one of the outputs is connected to the input of the phase detector.

Задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и повышение точности стабилизации.The objective of the present invention is to expand the bandwidth and increase the accuracy of stabilization.

Это достигается тем, что в индикаторный гиростабилизатор, содержащий стабилизированную платформу, кинематически связанную с разгрузочным устройством, гироскоп с датчиком угла, фазовый детектор, отрицательные аналоговую и дискретную обратные связи, компаратор, соединенный с входом разгрузочного устройства через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, соединенный с входом фазового детектора, дополнительные входы компаратора, двух ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, дополнительно введен усилитель с зоной насыщения, вход которого соединен с выходом гироскопа с датчиком угла, а выход с фазовым детектором, аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства через апериодическое звено, а дискретная отрицательная обратная связь реализована с выхода усилителя с зоной насыщения на вход компаратора через последовательно соединенные по информационным входам фазовый детектор, широкополосный дифференцирующий фильтр, пороговый элемент с зоной неоднозначности, обратная связь которого содержит звено запаздывания, интегратор, причем выход интегратора соединен с входом компаратора.This is achieved by the fact that an indicator gyrostabilizer containing a stabilized platform kinematically connected to the unloading device, a gyroscope with an angle sensor, a phase detector, negative analog and discrete feedback, a comparator connected to the input of the unloading device through a level converter connected in series to the information inputs, two standby synchronous generators, a reversing binary counter, a comparison circuit, a flip-flop, an electronic switch, the input of which is connected to the output of the current generator, a summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input is connected to the output of the auxiliary frequency generator, a reference voltage generator , connected to the input of the phase detector, additional inputs of the comparator, two waiting synchronous generators, a reversing binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, an amplifier with a saturation zone is additionally introduced, the input of which is connected to the output of the gyroscope with an angle sensor, and the output to the phase detector, analog negative feedback is implemented from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the unloading device through an aperiodic link, and discrete negative feedback is implemented from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the comparator through a phase detector, a broadband differentiating filter, and a threshold element with an ambiguity zone connected in series across the information inputs , the feedback of which contains a delay link, an integrator, and the output of the integrator is connected to the input of the comparator.

На фиг. приведена структурная схема индикаторного гиростабилизатора.In fig. The block diagram of the indicator gyrostabilizer is shown.

Индикаторный гиростабилизатор содержит стабилизированную платформу 1, на которой установлен гироскоп с датчиком угла 2. Выход гироскопа 2 соединен с входом усилителя с зоной насыщения 3, выход которого соединен с одним из входов фазового детектора 4, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 5. Выход фазового детектора 4 соединен с входом широкополосного дифференцирующего фильтра 6, выход которого соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности 7, в обратную связь которого включено звено запаздывания 8. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 7 через интегратор 9 соединен с входом компаратора 10. Выход компаратора 10 соединен с входом преобразователя уровня И, выход которого соединен с информационными входами двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13. Выходы ждущих синхронных генераторов 12 и 13 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 14. Выход реверсивного двоичного счетчика 14 соединен с одним из входов схемы сравнения 15. Другой вход схемы сравнения 15 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 16. Выход схемы сравнения 15 соединен с входом триггера 17, выход которого соединен с входом электронного ключа 18, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 19. Выход электронного ключа 18 соединен с входом разгрузочного устройства 20. Выход усилителя с зоной насыщения 3 соединен с разгрузочным устройством 20 через апериодическое звено 21. Разгрузочное устройство 20, кинематически соединенное со стабилизированной платформой 1, компенсирует действие возмущающего момента Дополнительные входы компаратора 10, двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13, реверсивного двоичного счетчика 14 и суммирующего двоичного счетчика 16 соединены с выходом генератора вспомогательной частоты 22.The indicator gyrostabilizer contains a stabilized platform 1, on which a gyroscope with an angle sensor 2 is installed. The output of the gyroscope 2 is connected to the input of an amplifier with a saturation zone 3, the output of which is connected to one of the inputs of the phase detector 4, the other input of which is connected to the output of the reference voltage generator 5. The output of the phase detector 4 is connected to the input of a broadband differentiating filter 6, the output of which is connected to the input of a threshold element with an ambiguity zone 7, the feedback of which includes a delay link 8. The output of the threshold element with an ambiguity zone 7 is connected through an integrator 9 to the input of the comparator 10. Output comparator 10 is connected to the input of the AND level converter, the output of which is connected to the information inputs of two waiting synchronous generators 12 and 13. The outputs of the waiting synchronous generators 12 and 13 are connected to the inputs of the reversing binary counter 14. The output of the reversing binary counter 14 is connected to one of the inputs of the comparison circuit 15. Another input of the comparison circuit 15 is connected to the output of the summing binary counter 16. The output of the comparison circuit 15 is connected to the input of the trigger 17, the output of which is connected to the input of the electronic key 18, the other input of which is connected to the output of the current generator 19. The output of the electronic key 18 is connected to input of the unloading device 20. The output of the amplifier with saturation zone 3 is connected to the unloading device 20 through an aperiodic link 21. The unloading device 20, kinematically connected to the stabilized platform 1, compensates for the effect of the disturbing moment Additional inputs of the comparator 10, two waiting synchronous generators 12 and 13, a reversing binary counter 14 and a summing binary counter 16 are connected to the output of the auxiliary frequency generator 22.

Реализация усилителя с зоной насыщения, фазового детектора, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, схемы сравнения, суммирующего двоичного счетчика, преобразователя уровня, широкополосного дифференцирующего фильтра, интегратора, и триггера описаны в книгах: П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т. 1-3, 1993; Н.Т. Кузовков. Динамика систем автоматического управления. М.: Машиностроение, 1986, с. 428.The implementation of an amplifier with a saturation zone, a phase detector, a comparator, standby synchronous oscillators, a reversing binary counter, a comparison circuit, a summing binary counter, a level converter, a wideband differentiating filter, an integrator, and a trigger are described in the books: P. Horowitz, W. Hill. The art of circuit design. M.: Mir, vol. 1-3, 1993; N.T. Kuzovkov. Dynamics of automatic control systems. M.: Mechanical Engineering, 1986, p. 428.

Индикаторный гиростабилизатор работает следующим образом. При действии возмущающего момента на стабилизированную платформу 1 происходит отклонение гироскопа 2. Сигнал с датчика угла гироскопа 2 поступает на вход усилителя с зоной насыщения 3. Выход усилителя с зоной насыщения 3 соединен с входом фазового детектора 4, другой вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 5. Сигнал с выхода фазового детектора 4, пропорциональный углу отклонения стабилизированной платформы 1, и имеющий полярность, соответствующую направлению отклонения, поступает на вход широкополосного дифференцирующего фильтра 6, выход которого соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности 7. В обратную связь порогового элемента с зоной неоднозначности 7 включено звено запаздывания 8. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 7 соединен с интегратором 9. Сигнал с выхода интегратора 9, в виде напряжения, поступает на вход компаратора 10. В компараторе 10 происходит сравнение сигнала с выхода интегратора 9 с сигналом, выделенным из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода генератора вспомогательной частоты 22. Если сигнал с выхода интегратора 9 будет больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 22, то на выходе компаратора 10 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 10 будет низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 10 зависит от фазы отклонения стабилизированной платформы 1. Сигнал с выхода компаратора 10 в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 11, а затем на входы двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13, которые с помощью генератора вспомогательной частоты 22 выдают на выходе сигналы в виде импульса на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 11) равное "1". Реверсивный двоичный счетчик 14 производит подсчет единичных импульсов поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 12 и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 13. Реверсивный двоичный счетчик 14 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную - в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 15 и суммирующим двоичным счетчиком 16. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 15, сигнал с ее выхода поступает на вход триггера 17. Выход триггера 17 соединен с входом электронного ключа 18. Стабилизацию параметров сигнала электронного ключа 18 осуществляет генератор тока 19. На выходе электронного ключа 18 будут импульсы, число которых пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 15. На разгрузочное устройство 20 поступает сигнал с выхода триггера 17 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 14. Момент развиваемый разгрузочным устройством 20, компенсирует действие возмущающего момента The indicator gyrostabilizer works as follows. Under the action of a disturbing moment on the stabilized platform 1, the gyroscope 2 is deflected. The signal from the gyroscope angle sensor 2 is fed to the input of the amplifier with a saturation zone 3. The output of the amplifier with a saturation zone 3 is connected to the input of the phase detector 4, the other input of which is connected to the output of the reference voltage generator 5. The signal from the output of the phase detector 4, proportional to the angle of deflection of the stabilized platform 1, and having a polarity corresponding to the direction of deflection, is supplied to the input of the broadband differentiating filter 6, the output of which is connected to the input of the threshold element with the ambiguity zone 7. The feedback of the threshold element with the ambiguity zone 7 is included delay link 8. The output of the threshold element with an ambiguity zone 7 is connected to the integrator 9. The signal from the output of the integrator 9, in the form of voltage, is supplied to the input of the comparator 10. In the comparator 10, the signal from the output of the integrator 9 is compared with a signal isolated from a stable frequency and the amplitude of the signal from the output of the auxiliary frequency generator 22. If the signal from the output of the integrator 9 is greater than the triangular voltage from the output of the auxiliary frequency generator 22, then the output of the comparator 10 will be a high logical level, if less, then the output of the comparator 10 will be a low logical level. The level of the signal from the output of the comparator 10 depends on the deflection phase of the stabilized platform 1. The signal from the output of the comparator 10 in the form of a level is supplied to the input of the level converter 11, and then to the inputs of two waiting synchronous generators 12 and 13, which, using the auxiliary frequency generator 22, produce The output signals are in the form of a pulse for each influence of the input signal (from the output of level converter 11) equal to “1”. The reversible binary counter 14 counts single pulses arriving from the output of the waiting synchronous generator 12 and subtracts the pulses coming from the output of the waiting synchronous generator 13. The reversing binary counter 14 represents positive information in direct code, and negative information in complementary code, and the conversion of the complementary code is carried out a comparison circuit 15 and a summing binary counter 16. After a logical comparison of the signals in the comparison circuit 15, the signal from its output is supplied to the input of the trigger 17. The output of the trigger 17 is connected to the input of the electronic key 18. The parameters of the signal of the electronic key 18 are stabilized by a current generator 19. the output of the electronic key 18 will be pulses, the number of which is proportional to the binary code arriving at the input of the comparison circuit 15. The unloading device 20 receives a signal from the output of the trigger 17 with the sign bit of the reversing binary counter 14. Moment developed by the unloading device 20, compensates for the effect of the disturbing moment

Аналоговая отрицательная обратная связь с выхода усилителя 3 на вход разгрузочного устройства 20 через апериодическое звено 21 обеспечивает устойчивость работы индикаторного гиростабилизатора и повышает качество переходного процесса.Analog negative feedback from the output of the amplifier 3 to the input of the unloading device 20 through the aperiodic link 21 ensures the stability of the indicator gyrostabilizer and improves the quality of the transient process.

Введение в индикаторный гиростабилизатор аналоговой отрицательной обратной связи с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства через апериодическое звено, а также реализация дискретной отрицательной обратной связи с выхода усилителя с зоной насыщения на вход разгрузочного устройства, через последовательно соединенные по информационным входам фазовый детектор, широкополосный дифференцирующий фильтр, пороговый элемент с зной неоднозначности, в обратную связь которого включено звено запаздывания, интегратор, компаратор, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер и электронный ключ позволило обеспечить устойчивость, повысить качество переходного процесса и точность стабилизации, расширить полосу пропускания и обеспечить астатизм по отклонению.Introduction into the indicator gyrostabilizer of analog negative feedback from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the unloading device through an aperiodic link, as well as the implementation of discrete negative feedback from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the unloading device, through a broadband phase detector connected in series to the information inputs a differentiating filter, a threshold element with ambiguity, the feedback of which includes a delay link, an integrator, a comparator, a level converter, two standby synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a trigger and an electronic switch allowed to ensure stability, improve the quality of the transient process and accuracy stabilization, expand the bandwidth and provide astatic deviation.

Claims

An indicator gyrostabilizer containing a stabilized platform kinematically connected to an unloading device, a gyroscope with an angle sensor, a phase detector, negative analog and discrete feedback, a comparator connected to the input of the unloading device through a level converter connected in series through the information inputs, two standby synchronous generators, a reversible binary counter, comparison circuit, flip-flop, electronic switch, the input of which is connected to the output of the current generator, a summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input is connected to the output of the auxiliary frequency generator, a reference voltage generator connected to the input of the phase detector , additional inputs of the comparator, two waiting synchronous generators, a reversing binary counter are connected to an auxiliary frequency generator, characterized in that an amplifier with a saturation zone is introduced into the indicator gyrostabilizer, the input of which is connected to the output of the gyroscope with an angle sensor, and the output with a phase detector, analog negative feedback is implemented from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the unloading device through an aperiodic link, and discrete negative feedback is implemented from the output of the amplifier with a saturation zone to the input of the comparator through a phase detector, a broadband differentiating filter, and a threshold element with an ambiguity zone connected in series across the information inputs , the feedback of which contains a delay link, an integrator, and the output of the integrator is connected to the input of the comparator.