Патент на изобретение №2331844

(54) ГИРОКОМПАС

(57) Реферат:

Изобретение относится к области гироскопических приборов и может быть использовано при создании гирокомпаса или самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания для систем навигации и топопривязки. В гирокомпас введены запоминающее устройство и блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки ограничителя, выход которого связан с входом исполнительного устройства. Передача информации с датчика угла курса в запоминающее устройство может осуществляться с помощью беспроводной линии связи. Изобретение позволяет осуществить настройку коэффициента демпфирования в режиме гирокомпаса без участия оператора, упростить операторское обслуживание, сократить время настройки, дает возможность поднастройки прибора в процессе эксплуатации без применения ручных операций. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области гироскопических приборов и может быть использовано при создании гирокомпаса или самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания для систем навигации и топопривязки.

Известны гирокомпасы, в которых для приведения в меридиан в гироскопическом чувствительном элементе предусмотрен датчик углового положения оси вращения гироскопа относительно следящей рамы, подключенный через усилитель к двигателю приведения [1].

Недостатком этих приборов является наличие ошибки приведения оси вращения гироскопа к меридиану, вызванной погрешностью установки коэффициента демпфирования, и как следствие снижение точности гирокомпаса.

Известен гирокомпас [2], принятый за прототип, состоящий из следящей рамы 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, усилителя привода в меридиан, ограничителя, датчика широтной поправки, первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью вращения следящей рамы, а выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с датчиком стабилизирующего момента, причем вход усилителя привода в меридиан соединен с выходом датчика угла, установленного на второй измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, выход усилителя привода в меридиан связан с входом ограничителя, выход которого связан с входами датчиков момента, установленных на первой и второй измерительных осях, выход датчика широтной поправки соединен с входом датчика момента второй измерительной оси.

Указанный гирокомпас предназначен для наземных подвижных объектов и эксплуатируется в жестких условиях внешних механических воздействий в широком диапазоне внешних температур.

Для обеспечения необходимой стабильности работы гироскопического чувствительного элемента и электронных компонентов осуществляется термостабилизация внутреннего рабочего объема гирокомпаса при повышении температуры окружающей среды, большей максимально допустимой. Физическое старение электронных компонентов при длительной эксплуатации в условиях повышенной температуры и при жестких вибрационных и ударных воздействиях приводит со временем к изменению коэффициента демпфирования переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан и в результате к снижению точности выходных параметров гирокомпаса.

Поскольку коэффициент демпфирования переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан есть функция тока в обмотке управления датчика момента, установленного на второй измерительной оси, ограничитель (например, выполненный в виде резистора), соединенный последовательно с обмоткой управления, позволяет производить регулировку динамических параметров гирокомпаса. Установка требуемых динамических параметров выполнятся из условия обеспечения требуемых характеристик переходного процесса приведения в плоскость меридиана и выполняется путем подбора величины сопротивления резистора-ограничителя. Установка значения сопротивления R_н резистора-ограничителя выполняется вручную методом подбора, зависит от квалификации настройщика и требует многократного повторения операции настройки для более точного подбора значения сопротивления и получения требуемого качества переходного процесса.

Указанные причины приводят к увеличению трудоемкости настройки, неточности установки коэффициента демпфирования в процессе настройки и при необходимости поднастройки в процессе эксплуатации, что отрицательно влияет на точность гирокомпаса и является недостатком данного прибора. При этом для осуществления поднастройки необходима разборка гирокомпаса, которая должна осуществляться в процессе периодического технического обслуживания навигационной аппаратуры на объекте.

Настоящее изобретение направлено на повышение точности гирокомпаса в процессе его эксплуатации и повышение технологичности настройки гирокомпаса.

Это достигается тем, что в гирокомпас, содержащий следящую раму с датчиком угла курса и датчиком стабилизирующего момента, усилитель стабилизации, гироскопический чувствительный элемент, имеющий две измерительные оси, образованные двумя ортогонально расположенными датчиками угла и датчиками момента, усилитель привода в меридиан, ограничитель, выполненный в виде переменного резистора, датчик широтной поправки, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью вращения следящей рамы, выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с входом датчика стабилизирующего момента, выход датчика угла, установленного на второй измерительной оси, связан с входом усилителя привода в меридиан, выход которого связан с входом ограничителя, выход ограничителя связан с входами датчиков момента, установленных на первой и второй измерительных осях, выход датчика широтной поправки соединен с входом датчика момента, установленного на второй измерительной оси, введены запоминающее устройство переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан, блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления R_н настройки ограничителя с учетом зависимости R_н=R₀·t₃/2,7, где R_н – требуемое сопротивление настройки ограничителя, R₀ – начальное сопротивление, при котором производится запись в запоминающее устройство, t_з – заданное время приведения в меридиан, – постоянная времени функции переходного процесса приведения в меридиан, зависящая от коэффициента демпфирования, и исполнительное устройство, причем выход датчика угла курса связан с входом запоминающего устройства, выход которого связан с входом блока нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки ограничителя, выход которого связан с входом исполнительного устройства, а выход исполнительного устройства связан с управляющим входом ограничителя.

Выход датчика угла курса может быть связан с входом запоминающего устройства по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

Выход исполнительного устройства может быть связан с управляющим входом ограничителя, выполненного в виде электронного устройства, по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема исполнения гирокомпаса.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с указанным выше техническим результатом, заключаются в следующем.

Гирокомпас содержит следящую раму 1, датчик угла курса 2, датчик стабилизирующего момента 3, усилитель стабилизации 4, гироскопический чувствительный элемент 5 с датчиками угла 6 и момента 7 первой измерительной оси и с датчиками угла 8 и момента 9 второй измерительной оси, усилитель привода в меридиан 10, датчик широтной поправки 11, ограничитель 12, запоминающее устройство 13, блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки 14, исполнительное устройство 15. Сигнал с датчика угла курса 2 поступает на вход запоминающего устройства 13. Информация с выхода запоминающего устройства 13 поступает на вход блока нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки 14, который может управлять через исполнительное устройство 15 параметрами ограничителя 12.

Устройство работает следующим образом.

При взаимодействии вектора кинетического момента Н гироскопического чувствительного элемента 5 и горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли возникает гироскопический момент, который уравновешивается электрической пружиной, в цепь которой входят датчик угла 8, усилитель привода в меридиан 10, ограничитель 12 и датчик момента 9, при этом датчик угла 8 отклоняется от нулевого положения. Влияние вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли компенсируется путем подачи сигнала с датчика широтной поправки 11 на вход датчика момента 9. Сигнал с выхода ограничителя 12 поступает также на вход датчика момента 7 первой измерительной оси. Момент, развиваемый датчиком 7, вызывает прецессию вектора Н в сторону меридиана, при этом датчик угла 6 отклоняется от нулевого положения. Сигнал датчика 6 через усилитель стабилизации 4 управляет датчиком стабилизирующего момента 3, который разворачивает следящую раму 1 с установленными на нем гироскопическим чувствительным элементом 5 и ротором датчика угла курса 2. После прихода вектора Н в плоскость меридиана сигналы датчиков 6 и 8 обнуляются и переходный процесс приведения завершается. Качество приведения зависит от правильности выбора и установки динамических параметров переходного процесса, а следовательно, от точности настройки ограничителя 12. Переходный процесс приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан по текущему сигналу с датчика угла курса 2 записывается в запоминающее устройство переходного процесса 13, реализованное, например, с помощью блока памяти (ОЗУ, РПЗУ, жесткий диск, флэш-память) [3]. Затем запись поступает в блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки 14, в котором производится определение требуемых значений параметров ограничителя 12. В частной реализации устройства ограничитель 12 может быть, например, переменным резистором, а блок нахождения постоянной времени переходного процесса и сопротивления настройки 14 может быть реализован, например, на базе микропроцессора IBM PC/AT – совместимого персонального компьютера AWS-825P [4] или микропроцессорной БИС/СБИС [3]. При этом блок 14 находит постоянную времени переходного процесса и производит определение R_н, например, с учетом следующей зависимости:

где R_н – требуемое сопротивление настройки ограничителя 12, определяемое блоком 14;

R₀ – начальное сопротивление, при котором производилась запись;

t_з – заданное время приведения в меридиан;

– постоянная времени функции переходного процесса приведения в меридиан, зависящая от коэффициента демпфирования.

Полученное значение сопротивления резистора-ограничителя R_н устанавливается автоматически по сигналу, поступающему с выхода блока 14 на исполнительное устройство 15, связанное с управляющим входом ограничителя 12. При этом исполнительное устройство 15 может быть реализовано, например, с помощью шагового двигателя, механически выставляющего параметры ограничителя 12 по сигналу с блока 14.

Передача информации с датчика угла курса 2 в запоминающее устройство 13 может быть осуществлена с помощью беспроводной линии связи, при этом выход датчика угла курса 2 и вход запоминающего устройства 13 могут быть выполнены в виде однотипных модулей беспроводного интерфейса, например, по технологии «Bluetooth» [5] или по любой ей аналогичной.

Линия связи исполнительного устройства 15 с управляющим входом ограничителя 12 может быть также выполнена беспроводной. При этом выход исполнительного устройства 15 и управляющий вход ограничителя 12, выполненного в виде электронного устройства [3], должны выполнять функции модулей беспроводного интерфейса.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность прибора и упростить операторское обслуживание путем исключения настройки, выполняемой до этого по методу «проб и ошибок» согласно источнику информации – прототипу [2]. При этом сокращается время настройки путем исключения необходимости повторения операции приведения чувствительного элемента в плоскость меридиана, исключается работа оператора по подбору значения сопротивления резистора-ограничителя R_н. Кроме того, появляется возможность поднастройки прибора в процессе его эксплуатации, а также в ходе регламентных работ и технического обслуживания без применения ручных операций по изменению R_н. Такая необходимость может быть вызвана физическим старением и изменением параметров настройки в процессе эксплуатации.

Предлагаемое устройство прошло практическую проверку при разработке методики настройки самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания и реализовано в составе автоматизированного стенда контроля, построенного на базе ПЭВМ или системы электронно-цифровой автоматики. С помощью устройства осуществляется настройка коэффициента демпфирования азимутального канала самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания в режиме гирокомпаса без участия оператора.

Литература

1. Патент ФРГ № 1498042, кл. G01С 19/38, опубл. 23.11.72.

2. Патент России № 2124184, кл. G01С 19/38, приор. 15.12.96.

3. Е.П.Угрюмов. Цифровая схемотехника. 2-е издание, «БХВ-Петербург», Санкт-Петербург, 2004 г., с.269-270, 345-353, 581-583.

4. Каталог фирмы Advantech “Все необходимое для автоматизации на базе PC”, русское издание, ProSoft, Москва, 1997 г., стр.2-8.

5. С.Асмаков. Периферия без проводов. Компьютер-пресс, № 5 за 2003 год, с.55.

Формула изобретения

1. Гирокомпас, содержащий следящую раму с датчиком угла курса и датчиком стабилизирующего момента, усилитель стабилизации, гироскопический чувствительный элемент, имеющий две измерительные оси, образованные двумя ортогонально расположенными датчиками угла и датчиками момента, усилитель привода в меридиан, ограничитель, выполненный в виде переменного резистора, датчик широтной поправки, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью вращения следящей рамы, выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси, связан с входом усилителя стабилизации, выход которого связан с входом датчика стабилизирующего момента, выход датчика угла, установленного на второй измерительной оси, связан с входом усилителя привода в меридиан, выход которого связан с входом ограничителя, выход ограничителя связан с входами датчиков момента, установленных на первой и второй измерительных осях, выход датчика широтной поправки соединен с входом датчика момента, установленного на второй измерительной оси, отличающийся тем, что в гирокомпас введены запоминающее устройство переходного процесса приведения гироскопического чувствительного элемента в меридиан, блок нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления R_н настройки ограничителя с учетом зависимости R_н=R₀t_з/2,7, где R_н – требуемое сопротивление настройки ограничителя, R₀ – начальное сопротивление, при котором производится запись в запоминающее устройство, t_з – заданное время приведения в меридиан, – постоянная времени функции переходного процесса приведения в меридиан, зависящая от коэффициента демпфирования, и исполнительное устройство, причем выход датчика угла курса связан с входом запоминающего устройства, выход которого связан с входом блока нахождения постоянной времени переходного процесса и определения сопротивления настройки ограничителя, выход которого связан с входом исполнительного устройства, а выход исполнительного устройства связан с управляющим входом ограничителя.

2. Гирокомпас по п.1, отличающийся тем, что выход датчика угла курса связан с входом запоминающего устройства по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

3. Гирокомпас по п.1, отличающийся тем, что выход исполнительного устройства связан с управляющим входом ограничителя, выполненного в виде электронного устройства, по беспроводной линии связи, выполненной в виде модулей беспроводного интерфейса.

РИСУНКИ