RU9521U1 - Система самоориентирующаяся гирокурсокреноуказания - Google Patents

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована при разработке и изготовлении приборов для стабилизации, навигации и топопривязки объектов наземной техники.

Известна система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания 13, которая представляет собой курсовую гироскопическую систему на базе гироскопических чувствительных элементов, работающая в режиме сигналов об изменении (приращении) углов курса (режим удержания заданного азимутального направления или гироазимута), крена и тангажа объекта во время его движения и стоянки и в режиме определения азимута (режим самоориентирования или гирокомпаса) во время стоянки объекта.

Известен также прибор для определения меридиана 23, который производит определение меридиана в несколько этапов путем измерения направляющего момента гироскопа и дальнейшего быстрого разворота в сторону совмещения вектора кинетического момента с плоскостью меридиана.

В качестве прототипа принята система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания 13.

Система состоит из блока азимутального и блока горизонтального (конструктивно образуют единый гироблок) и управляющего устройства.

датчик стабилизирующего момента и гироскопический чувствительный элемент, в котором две оси чувствительности образованы двумя ортогонально размещеннымидатчиками угла и датчиками момента, при этом одна ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью внутренней рамы кщ)данова подвеса.

Блок горизонтальный представляет собой среднюю и наружную рамы карданова подвеса. На средней раме установлены датчик угла тангажа, датчик стабилизирующего момента, датчики наклона и гироскопический чувствительный элемент. На наружной раме установлены датчик угла крена и датчик стабилизирующего момента. У гироскопического чувствительного элемента оси чувствительности образованы двумя ортогонально размещенными датчиками угла и датчиками момента и совпадают с осями средней и наружной рам карданова подвеса соответственно.

За счет работы блока горизонтального средняя рама к данова подвеса стабилизируется в плоскости горизонта, а ось внутренней рамы удерживается по направлению вертикали места. За счет работы управляющего устройства и блока азимутального вектор кинетического момента чувствительного элемента блока азимутального удерживается в плоскости горизонта в фиксированном направлении относительно инерциальной системы координат (в режиме гироазимута) или в направлении меридиана (в режиме гирокомпаса). При этом с датчиков угла курса, крена, тангажа снимается информация об изменениях курсового угла (или об азимуте в режиме гирокомпаса), углов поперечного и продольного наклона объекта соответственно.

Недостаток курсовой гироскопической системы 13 заключается в сравнительно большом времени определения начального азимута заданного направления, особенно при больших (до 180-) углах рассогласования вектора кинетического момента гироскопического чувствительного элемента с направлением на Север.

Полезная модель направлена на сокращение времени определения начального азимута заданного направления за счет ускоренного предварительного приведения вектора кинетического момента гироскопа в плоскость меридиана (режим ускоренного приведения).

Это достигается тем, что в управляющее устройство системы гироскопической курсокреноуказания, содержащей блок азимутальный, состоящий из внутренней рамы карданова подвеса с датчиком угла курса, датчиком стабилизирующего момента, усилителя стабилизации и гироскопического чувствительного элемента, имеющего две измерительные оси, образованные двумя ортогонально размещенными датчиками угла и датчиками момента, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью внутренней рамы карданова подвеса, а выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с датчиком ст илизирующего момента, блок горизонтальный, состоящий из карданова подвеса с датчиками угла тангажа и крена, датчиками стабилизирующего момента, датчиками наклона и гироскопического чувствительного элемента, управляющее устройство, состоящее из усилителя привода в меридиан, переключателя режимов и двух ограничителей и преобразователь угол-код, причем вход преобразователя угол-код связан с выходом курсового датчика угла, введены цифровое устройство, цифро-аналоговое устройство и переключатель форсированного разворота, причем вход цифрового устройства связан с выходом преобразователя угол-код, а выход цифрового устройства связан с входом цифрох-аналогового устройства, первый выход которого связан с переключателем форсированного разворота, а второй выход через контакт переключателя форсированного разворота связан с входом датчика момента, установленного на второй измерительной оси гироскопического чувствительного

элемента блока азимутального.

Супщость предлагаемой полезной модели поясняется с помощью рисунков:

- на фигЛ представлена схема предлагаемой системы самоориентирующейся гирокурсокреноуказания;

.- на фиг.2 представлен график приведения вектора кинетического момента гироскопа в плоскость меридиана.

Система самоориентирующаяся гирокурсокреноуказания состоит из блока азимутального, блока горизонтального, преобразователя угол-код и управляющего устройства.

Блок азимутальный представляет собой внутреннюю раму 1 карданова подвеса, на которой установлены датчик угла курса 2, датчик стабилизирующего момента 3 и гироскопический чувствительный элемент 4, в котором две измерительные оси (Xi-Xi,Zi-Zi) образованы двумя ортогонально размещенными датчиками угла 5, 6 и датчиками момента 7, 8. Одна ось гироскопического чувствительного элемента Zi-Zi совпадает с осью внутренней рарл карданова подвеса. Блок азимутальный включает в себя также усилитель стабилизации 9.

Блок горизонтальный представляет собой среднюю 10 и наружную 11 рамы карданова подвеса. На средней раме 10 установлен датчик угла тангажа 12, датчик стабилизирующего момента 13, датчики наклона 14, 15 и гироскопический чувствительный элемента 16. На наружной раме 11 установлены датчик угла крена 17 и датчик стабилизирующего момента 18. У гироскопического чувствительного элемента 16 измерительные оси Х2-Х2 и Z2-Z2 образованы датчиками угла 19, 20, датчиками момента 21, 22 и совпадают с осями средней 10 и н ужной 11 рам карданова подвеса соответственно.

В управляющее устройство, состоящее из усилителя привода в меридиан 23, двух ограничителей 24, 25, переключателя режимов (на рисунке не показан) с контактами К1 и К2 и датчика щиротной поправки 26, введены цифровое устройство 27,

цифре/аналоговое устройство 28 и переключатель форсированного разворота 29.

Система самоориентирующаяся гирокурсокреноуказания работает следующим образом.

За счет работы блока горизонтального производится горизонтирование средней рамы 10 карданова подвеса, т.е. оси Х2-Х2 и Z2-X2 гироскопического чувствительного элемента 16 блока горизонтального удерживаются в плоскости горизонта, а ось Zi-Zi блока азимутального удерживается в направлении местной вертикали. При этом сигналы об углах наклона объекта снимаются с датчика угла крена 17 и датчика угла тангажа 12.

В режиме удержания заданного азимутального направления (режим гироазимута при стоянке и при движении объекта) контакт К1 переключателя режимов разомкнут, а К2 замкнут, контакт переключателя форсированного разворота 39 разомкнут. Для удержания вектора кинетического момента HI гироскопического чувствительного элемента 4 в плоскости горизонта используется горизонтальная коррекция: сигнал с датчика угла 5, пропорциональный углу отклонения вектора кинетического момента HI от плоскости горизонта, через усилитель 23, ограничитель 24 и контакт К1 поступает на датчик момента 8, KOiторый устраняет .указанное отклонение. Азимутальная коррекция используется для устранения отклонения рамы 1 карданова подвеса относительно оси Z1-Z1 в инерциальном пространстве: сигнал с датчика угла б, пропорциональный углу отклонения, через усилитель стабилизации 9 поступает на датчик стабилизирующего момента 3, который устраняет указанное отклонение. Таким образом осуществляется стабилизация рамы 1 карданова подвеса в инерционном пространстве относительно вертикальной оси Zi- Zi , совпадающей с направлением вертикали места. Сигнал о курсе объекта снимается с датчика угла курса 2.

К2 разомкнут, контакт переключателя форсированного разворота 39 разомкнут. В цепь горизонтальной коррекции датчик угла 5 - усилитель 3 - ограничитель 24 - датчик момента 8 подключается ограничитель 25, при этом крутизна горизонтальной коррекции уменьшается и вектор кинетического момента HI чувствительного элемента 4 отклоняется от плоскости горизонта под действием горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли на угол з, пропорциональный синусу угла ot между плоскостью меридиана и плоскостью, содержащей вектор кинетического момента HI и вектор угловой скорости вращения Земли. датчика угла 5, пропорциональный углу з, через усилитель привода в меридиан 23 и контакт К1 поступает на датчик момента 7 гироскопического чувствительного элемента 4. Под действием указанного момента вектор кинетического момента HI стремится совместиться с плоскостью меридиана и после окончания переходного процесса устанавливается в направлении на Север. При этом с датчика угла курса 2 снимается сигнал об истинном азимуте объекта.

Как видно из графика на Фиг.2, при отклонении вектора кинетического момента HI гироскопического чувствительного элемента от плоскости меридиана на углы более 90- время определения азимута существенно возрастает.

Для сокращения времени определения азимута введено предварительное ускоренное приведение вектора кинетического момента HI к меридиану.

Предварительное приведение осуществляется в режиме гироазимута следующим образом.

В цифровое устройство 27 с преобразователя угол-код 30 передается значение текущего угла «тек (значение курсового угла в определенный момент времени).

В цифровом устройстве 27 формируются коды управления цифро/аналоговым устройством 28 для ускоренного приведения вектора кинетического момента HI к заданному курсовому углу

осзад : «зад «ист - «пр.- где «ист значение истинного азимута, а «пр - погрешность приведения вектора кинетического момента HI к направлению меридиана ( «пр - относительно малые углы). По сигналу с цифро-аналогового устройства 28 замыкается контакт переключателя форсированного разворота 29 т передается электрический сигнал соответствующей величины и знака на датчик момента 7 гироскопического чувствительного элемента 4 блока азимутального. Под действием этого момента вектор кинетического момента HI отклоняется в плоскости горизонта от своего первоначального направления. Электрический сигнал, пропорциональный углу отклоненения, с датчика угла 6 через усилитель стабилизации 9 подается на датчик стабилизирующего момента 3, обеспечивая ускоренный разворот внутренней рамы 1 кщ)данова подвеса и соответствующее изменение угла «тек- При приближении угла «тек к заданному значению «зад («тек «зад) контакт переключателя форсированного разворота 29 размыкается, ускоренный разворот прекращается. Включается режим гирокомпаса для точного определения азимута уже при малом угле отклонения «пр вектора кинетического момента гироскопического чувствительного элемента 4 от направления меридиана.

Формирование значения «зад может осуществляться либо в самом цифровом устройстве 27, либо во внешнем бортовом вычислителе различными способами. Например, путем измерения и анализа скорости и направления движения вектора кинетического момента гироскопического чувствительного элемента на участке, к примеру, от А до Б или от А1 до Б1 (см. Фиг.2). Или значение «зад может быть введено с внешнего пульта оператора или с запоминающего устройства как известное заранве (приблизительно определено другими методами, при данной стоянке азимут определялся ранее и т.д.).

Сформировать значение «зад,и управляющие коды для цифро/аналогового устройства (с использованием микропроцессоров или без них) или электронные устройства, способные осуществлять обмен с внешним устройством для передачи информации об «тек и приема информации, соответствующей режиму ускоренного приведения, и сформировать на ее основании управляющие коды для цифро-аналогового устройства.

В качестве цифре/аналогового устройства могут быть использованы различные электронные устройства, преобразующие входные цифровые коды в аналоговые сигналы для управления переключателем форсированного разворота и датчиком момента гироскопического чувствительного элемента.

В качестве гироскопических чувствительных элементов как блока азимутального, так и блока горизонтального, могут быть использованы динамически настраиваемые гироскопы, например, типа ГВК (гироскоп с внутренним карданом) или модуляционные гироскопы и другие. При этом допускается использование в одной системе гироскопических чувствительных элементов различного типа, например в блоке азимутальном - модуляционного гироскопа, а в блоке горизонтальном-динамически настраеваемого гироскопа или наоборот. При этом на одной измерительной оси чувствительного элемента может быть более одного датчика момента, например,в ГВК,- основной и компенсационный датчик момента. При этом выбор конкретного датчика для осуществления связей между элементами системы зависит от конкретного чувствительного элемента и его технических характеристик.

В качестве датчиков угла курса, крена, тангажа могут быть использованы датчики любого типа, преобразуюпще механический угол поворота в электрический сигнал.

Преобразователи угол-код могут быть любого типа: фазовые, амплитудные и т.д., преобразующие аналоговый электрический сигнал с датчиков угла в цифровой код.

В качестве датчиков угла наклона могут быть использованы датчики различного типа, например, жидкостные маятниковые переключатели, акселерометры и т.д.

В качестве переключателя режима и переключателя форсированного разворота могут использоваться различные коммутирующие устройства: электромеханические (реле), электронные (на микросхемах и других радиоэлементах).

В качестве ограничителей могут использоваться элементы электронного устройства или их (простейший пример резисторы или их набор), позволяющие при изменении режима работы системы изменить (при переходе к режиму самоориентирования уменьшить) крутизну горизонтальной коррекции.

Предлагаемая полезная модель может быть использована при разработке автономных систем навигаоди, стабилизации и топопривязки и позволяет уменьшить время определения азимута при работе системы в режиме гирокомпаса.

В настоящее время разработаны опытные образцы системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания, которые проходят предварительные испытания, в том числе и на подвижных объектах. Результаты испытаний положительны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Заявка N 96123540 Система самоориентирующаяся гирокурсокреноуказания, МПК G01C 19/38, приоритет от 15.12.96 г.

3. Патент ФРГ N 2545026 от 14.04.77 г. Прибор для определения меридиана, МКИ G01C 21/00.

Claims (1)

1. Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания, содержащая блок азимутальный, состоящий из внутренней рамы карданова подвеса с датчиком угла курса, датчиком стабилизирующего момента, усилителя стабилизации и гироскопического чувствительного элемента, имеющего две измерительные оси, образованные двумя ортогонально размещенными датчиками угла и датчиками момента, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью внутренней рамы карданова подвеса, а выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с датчиком стабилизирующего момента, блок горизонтальный, состоящий из карданова подвеса с датчиками угла тангажа и крена, датчиками стабилизирующего момента, датчиками наклона и гироскопического чувствительного элемента, управляющее устройство, состоящее из усилителя привода в меридиан, переключателя режимов и двух ограничителей и преобразователь угол-код, причем вход преобразователей угол-код связан с выходом курсового датчика угла, отличающаяся тем, что в управляющее устройство системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания введены цифровое устройство, цифроаналоговое устройство и переключатель форсированного разворота, причем вход цифрового устройства связан с выходом преобразователя угол-код, а выход цифрового устройства связан с входом цифроаналогового устройства, первый выход которого связан с переключателем форсированного разворота, а второй выход через контакт переключателя форсированного разворота связан с входом датчика момента, установленного на второй измерительной оси гироскопического чувствительного элемента блока азимутального.