система измерения вектора ускорения
Классы МПК: | G01P15/14 с использованием гироскопов |
Автор(ы): | Левский М.В. |
Патентообладатель(и): | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-04-10 публикация патента:
10.05.1997 |
Использование: в системах управления ракет и других летательных аппаратов (ЛА). Сущность изобретения: система измерения вектора ускорения осуществляет определение проекций ускорения на связанные оси летательного аппарата в произвольной его точке. В предлагаемой системе традиционные измерения посредством акселерометров заменены косвенными измерениями по показаниям более точных приборов - гироинтеграторов, установленных на гиростабилизированной платформе. Возможность измерения вектора ускорения в проекциях на связанные оси ЛА в любой точке достигается учетом углового движения ЛА с помощью блока датчиков угловой скорости, блока обработки угловых скоростей, блока секторного умножения и блока двойного векторного умножения. Преобразование выходных сигналов гироинтеграторов в ускорения в связанной системе координат обеспечивается наличием блока обработки линейных скоростей, устройства определения ориентации и устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси. Сумматор формирует выходные сигналы системы сложением ускорений, вызванных поступательным и вращательным движениями ЛА. Выбор точки ЛА, подлежащей контролю со стороны системы измерения, осуществляется установкой конкретных значений в задатчике координат точки измерения. 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
Система измерения вектора ускорения, отличающаяся тем, что в нее введены блок гироинтеграторов, устройство определения ориентации, блок датчиков угловой скорости, блок обработки линейных скоростей, блок обработки угловых скоростей, устройство пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, блок векторного умножения, блок двойного векторного умножения, сумматор и задатчик координат точки измерения, при этом выход блока гироинтеграторов связан с входом блока обработки линейных скоростей, выход которого связан с векторным входом устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, выход устройства определения ориентации связан с входом задания углового положения связанных осей относительно инерциальной системы координат устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, выход блока датчиков угловой скорости связан с информационным входом блока двойного векторного умножения и входом блока обработки угловых скоростей, выход которого связан с информационным входом блока векторного умножения, входы сумматора связаны с выходами устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, блока векторного умножения и блока двойного векторного умножения, задатчик координат точки измерения связан с параметрическими входами блока векторного умножения и блока двойного векторного умножения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в системах управления ракет и других летательных аппаратов (ЛА) для эффективного контроля режима нагружения конструкции. В настоящее время для измерения вектора ускорения в заданной системе отсчета используются акселерометры. Существуют пространственные измерители вектора линейного ускорения, представляющие собой сравнительно несложный прибор [1]Ближайшей по технической сущности является система измерения вектора ускорения, состоящая из блока акселерометров, оси чувствительности которых образуют правую ортогональную систему координат [2] В простейшем случае акселерометры крепят непосредственно на корпусе изделия так, чтобы их оси чувствительности были максимально параллельны осям связанной системы координат. Тогда сигналы, снимаемые с выходов акселерометров, будут пропорциональны соответствующим составляющим вектора ускорения и могут непосредственно использоваться системой управления. Основные характеристики системы (погрешность измерения, надежность, помехозащищенность, динамический диапазон измерения, вес, энергопотребление и т. д.) полностью зависят от применяемых в ней акселерометров. Недостатком известной системы является невозможность определения вектора ускорения в произвольной точке летательного аппарата. Она позволяет определить вектор ускорения только в какой-то одной фиксированной точке. Это связано с тем, что акселерометр измеряет линейное ускорение только для единственной точки места своего крепления к корпусу аппарата. Ускорение какой-либо другой точки ЛА аппарата невозможно измерить тем же акселерометром. В процессе полета часто требуется знание вектора ускорения в нескольких точках ЛА, для чего приходится устанавливать несколько комплектов измерителей для каждой точки измерения необходимо иметь свой блок акселерометров. Кроме того, известная система, основанная на прямых измерениях, в принципе не может обеспечить определение вектора ускорения в точке, координаты которой относительно корпуса ЛА меняются с течением времени полета, например ускорения центра масс ракеты, так как сам центр масс перемещается относительно корпуса ракеты и не совпадает с точкой установки блока акселерометров. Техническим результатом изобретения является практическая возможность измерения вектора ускорения произвольной точки летательного аппарата. Указанный технический результат достигается тем, что в систему введены блок гироинтеграторов, устройство определения ориентации, блок датчиков угловой скорости, блок обработки линейных скоростей, блок обработки угловых скоростей, устройство пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, блок векторного умножения, блок двойного векторного умножения, сумматор и задатчик координат точки измерения, при этом выход блока гироинтеграторов связан с выходом блока обработки линейных скоростей, выход которого связан с векторным входом устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, выход устройства определения ориентации связан с входом задания углового положения связанных осей относительно инерциальной системы координат устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, выход блока датчиков угловой скорости связан с информационным входом блока двойного векторного умножения и входом блока обработки угловых скоростей, выход которого связан с информационным входом блока векторного умножения, входы сумматора связаны с выходами устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, блока векторного умножения и блока двойного векторного умножения, вход задания координат точки измерения связан с параметрическими входами блока векторного умножения и блока двойного векторного умножения. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 схема реализации устройства определения ориентации (УОО); на фиг. 3 - схема реализации блока обработки линейных скоростей (БОЛС); на фиг. 4 схема реализации блока обработки угловых скоростей (БОУС); на фиг. 5 схема реализации устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси (УПВ); на фиг. 6 схема реализации блока векторного умножения (БВУ); на фиг. 7 схема реализации блока двойного векторного умножения (БДВУ). Пример реализации предложенной системы представлен на фиг. 2, где 1 - блок гироинтеграторов (БГИ), 2 устройство определения ориентации (УОО), 3 - блок датчиков угловой скорости (БДУС), 4 блок обработки линейных скоростей (БОЛС), 5 блок обработки угловых скоростей (БОУС), 6 устройство пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси (УПВ), 7 блок векторного умножения (БВУ), 8 блок двойного векторного умножения (БДВУ), 9 сумматор и 10 задатчик координат точки измерения, при этом выход блока гироинтеграторов связан с входом блока обработки линейных скоростей, выход устройства определения ориентации связан с входом задания углового положения связанных осей относительно инерциальной системы координат устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, выход которого связан с информационным входом блока векторного умножения, входы сумматора связаны с выходами устройства пересчета проекций вектора из инерциальной системы координат в проекции на связанные оси, блока векторного умножения и блока двойного векторного умножения, задатчик координат точки измерения связан с параметрическими входами блока векторного умножения и блока двойного векторного умножения. Реализация электронных блоков и элементов предлагаемой системы выполнена на интегральных схемах и стандартных аналоговых модулях. БГИ 1 установлен на гиростабилизированной платформе (ГСП) и выдает три составляющие вектора кажущейся скорости в инерциальной системе координат (ИСК), являющиеся главным источником информации для определения вектора ускорения в заданной точки ЛА. В простейшем случае он состоит из трех гироинтеграторов, оси чуствительности которых параллельны трем различным осям ИСК. УОО 2 (см. фиг. 2) состоит из ГСП, моделирующей на борту ИСК и определяющей взаимное расположение осей ССК и ИСК, и блока электроэнергии, вычисляющего косинусы по углам отклонения рамок ГСП, соответствующих углам тангажа
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/968.gif)
БДУС 3 включает три ДУСа, жестко закрепленных на корпусе ЛА так, чтобы их оси чувствительности были параллельны трем соответствующим осям ССК. БОЛС 4 (см. фиг.3) состоит из трех идентичных блоков, каждый из которых производит фильтрацию исходного сигнала от помех и высокочастотных наводок с последующим его дифференцированием. Блок выполнен на однотипных операционных усилителях, входная цепь которых имеет ограничительный резистор (он и играет роль простейшего фильтра высоких частот). Номиналы резисторов и конденсатора выбираются из условия практически чистого дифференцирования входного сигнала и рабочей области частот (постоянная времени T RC
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079039/8776.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-2t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079039/8776.gif)
Uвых1= a11Uвх1 + a12Uвх2 + a13Uвх3,
Uвых2 a21Uвх1 + a22Uвх2 + a23Uвх3,
Uвых3= a31Uвх1 + a32Uвх2 + а33Uвх3,
где aij элементы матрицы направляющих косинусов А. БВУ 7 (см. фиг.6) осуществляет векторное умножение двух векторов
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-3t.gif)
согласно выражениям:
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-4t.gif)
где
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-5t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-6t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-7t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-8t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-9t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079067/969.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-10t.gif)
![система измерения вектора ускорения, патент № 2079143](/images/patents/393/2079143/2079143-11t.gif)
Класс G01P15/14 с использованием гироскопов