способ измерения угловой скорости гироплатформы

Формула изобретения

Способ измерения угловой скорости гироплатформы, при котором поплавковый интегрирующий гидроскоп с магнитоэлектрическим двигателем, охваченный отрицательной обратной связью, работает в режиме модуляции кинетического момента, отличающийся тем, что ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области навигации, в частности к способу измерения угловой скорости гироплатформы.

Известен способ измерения угловой скорости гироплатформы трехосных гиростабилизаторов при помощи установки дополнительного контрольного поплавкового интегрирующего гироскопа (ПИГ), который охватывают отрицательной обратной связью [1]. Однако этот способ позволяет замерять вертикальную составляющую угловой скорости платформы только с точностью до погрешности контрольного ПИГ.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения угловой скорости платформы при помощи ПИГ с магнитоэлектрическим двигателем, охваченного отрицательной обратной связью, который работает в режиме модуляции кинетического момента [2].

Недостатком этого способа, сдерживающим дальнейшее увеличение точности, является появление помех, синхронных с модуляцией кинетического момента, вызванных изменением усилий, воздействующих на ротор гироскопа, при изменении его частоты вращения.

В частности, основными причинами являются изменение тяжений между постоянными магнитами ротора и статорами из-за изменения токов в обмотках статоров вследствие изменения нагрузки на валу двигателя и изменения индуктивного сопротивления, а также изменение параметров газовых потоков в двигателе.

Это видно из следующих рассуждений.

Уравнение моментов на выходной оси контрольного ПИГ, установленного на гироплатформе и работающего в режиме датчика угловой скорости, записывается следующим образом:

I_oc1K_дм= H_пл+M_p+M_н+Ai_cp+f(), (1) ,

где

I_ос1 - ток обратной связи в датчике момента ПИГ;

K_дм - крутизна характеристики датчика момента ПИГ;

H - кинетический момент гироскопа,

_пл - угловая скорость гироплатформы (определяемая величина);

M_н-момент, обусловленный постоянными тяжениями между поплавком и корпусом ПИГ (токоподводы, реактивные моменты в датчиках угла и т.д.);

M_р - момент, обусловленный разбалансировкой поплавка;

A i_ср- момент, вызванный тяжением между постоянными магнитами ротора и током (i_ср) статоров;

A - коэффициент пропорциональности (неизвестная величина);

f() - момент, вызванный наличием аэродинамической асимметрии конструкции гиродвигателя (неизвестная величина);

- угловая частота вращения ротора.

При изменении частоты вращения ротора с на ₁ (модуляции кинетического момента) уравнение (I) перепишется в следующем виде:

I_oc2K_дм= H_1пл+M_p+M_н+A(i_cp-i₁)+f(₁), (2) ,

где

i₁ - изменение тока в статоре.

Из совместного решения (1) и (2) будем иметь:



Из уравнения (3) видно, что погрешности, обусловленные моментами разбалансировки (M_р) и тяжений (M_н), в полезном сигнале (разность токов обратной связи) отсутствуют. Однако, полезный сигнал пропорционален не только искомой величине (_пл) , но и синхронной погрешности (второй и третий члены правой части уравнения).

Для устранения указанных помех в известном способе, основанном на том, что в ПИГ с магнитоэлектрическим двигателем, установленном на гироплатформе, охваченной отрицательной обратной связью и работающей в режиме модуляции кинетического момента, ротору гироскопа дополнительно сообщают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси собственного вращения попеременным эталонным изменением токов в статорных обмотках магнитоэлектрического двигателя (МЭД), что позволяет определить синхронные помехи, обусловленные тяжением между постоянными магнитами ротора и статорами.

Это видно из следующего. При изменении, например, в левом статоре двухстаторного МЭД эталонного значения тока на величину i_э , из уравнения (I) будем иметь:

I_oc3K_дм= H_пл+M_p+M_н+A(i_cp-i_э)+f(), (4) .

Решая совместно (1) и (4), будем иметь:

(I_oc1-I_oc3)K_дм= Ai_э .

Откуда



Изменяя затем ток правого статора на эталонную величину i_э , запишем уравнение (I) в виде:

I_oc4K_дм= H_пл+M_p+M_н-A(i_cp-i_э)+f(), (6) .

Решая совместно (1) и (6), имеем:

.

Подставляя в (3) выражение (5), если разность I_ос1 - I_ос2 > 0, или выражение (7), если I_ос1 - I_ос2 <0, будем иметь:

.

Из уравнения (8) видно, что неопределенная погрешность, обусловленная тяжением статора и ротора (A i₁ - см. уравнение (3)), исчезла.

Для определения оставшейся составляющей синхронной помехи , обусловленной конструктивной асимметрией, проводим описанные операции (1) - (8) на неподвижном основании, когда _пл= u₃sin (для азимутальной ориентации ПИГ), где U_з- угловая скорость вращения Земли, - широта места.

Тогда из уравнения (8) находим:

.

Так как для конкретного гироскопа эта составляющая синхронной помехи является величиной постоянной, то ее можно, в частности, аттестовать заранее при изготовлении гироскопа и занести в сопроводительную документацию на него.

Таким образом, из уравнения (8) с учетом (9) можно определить вертикальную составляющую угловой скорости платформы без синхронных помех контрольного гироскопа, что повышает точность измерения угловой скорости гироплатформы.