Способ регулировки динамически настраиваемого гироскопа в составе инерциальной навигационной системы
METHOD FOR CALIBRATING DINAMICALLY ADJUSTABLE GYROSCOPE AS PART OF INERTIAL NAVIGATION SYSTEM

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно гироскопического, и может быть использовано при производстве инерциальных навигационных систем (ИНС) на динамически настраиваемых гироскопах (ДНГ).
Известен способ уменьшения изменения во времени скорости дрейфа ДНГ в запусках, применяемых в ИНС, путем использования при изготовлении технологической операции газовой очистки его внутренней полости и заполнения рабочим газом. В известном способе заполнения газом динамически настраиваемых гироскопов (см. авторское свидетельство SU №1713342 по кл. G01C 25/00 от 15 октября 1991 г.) очистка внутренней полости осуществляется ее вакуумным обезгаживанием, откачкой образовавшейся газовой смеси, продувкой внутренней полости ДНГ водородом, последующим ее заполнением рабочим газом и герметизацию. Однако ДНГ имеет шарикоподшипниковую опору, в которой используют консистентную смазку, что не позволяет проводить более высокую степень очистки внутренней полости в связи с тем, что при этом происходит интенсивное испарение смазки и не обеспечивается требуемый ресурс ДНГ. При изготовлении ДНГ может возникать монотонное изменение во времени скорости дрейфа при запуске, которое ограничивает их выпуск. Это изменение скорости дрейфа обусловлено возникновением в ДНГ газодинамического момента, действующего на его ротор, вследствие происходящего в процессе наработки изменения состояния газовой среды в его внутренней полости, связанного с газовыделениями из смазки шарикоподшипниковой опоры и других элементов.
Для уменьшения возникающего монотонного изменения скорости дрейфа в запуске используют методы ее регулировки на стадии загерметизированного ДНГ. Так в известном способе регулировки трехстепенного гироскопа (см. авторское свидетельство SU №1612700 по кл. G01C 19/22 от 20 января 1994 г.) с целью уменьшения погрешности, обусловленной газодинамическим моментом, нагрев кожуха ДНГ осуществляют локально и несимметрично, при этом минимальное динамическое изменение скорости дрейфа по одной оси достигается нагревом кожуха по перпендикулярной оси. Для реализации этого способа ДНГ должен иметь специальную систему термостатирования, позволяющую неравномерно нагревать локальные зоны кожуха и регулировать температуру их нагрева. В стандартных ДНГ, которые не имеют такой системы термостатирования, регулирование монотонного изменения скорости дрейфа с помощью системы термостатирования не представляется возможным.
За прототип взят способ регулировки динамически настраиваемого гироскопа (см. авторское свидетельство SU №1245046 по кл. G01C 25/00 от 15 марта 1986 г.). В этом способе предлагается уменьшение изменения скорости дрейфа, вызванного нестационарными газодинамическими моментами проводить путем изменения взаимного положения корпуса и ротора ДНГ, работающего в режиме обратной связи по току датчика момента. Для этого вводят разные постоянные смещения в электрические связи между датчиками угла и датчиками моментов ДНГ до достижения минимального изменения скорости дрейфа во времени при запуске. Данное смещение реализуют с помощью мостовой схемы датчиков углов ДНГ, которая располагается на его корпусе и является одним целым с ним. При регулировке, изменяя параметры мостовой схемы, например, величину ее сопротивлений, вызывают появление сигналов на датчиках углов ДНГ, которые по цепи обратной связи поступают в его датчики моментов. Датчики моментов создают момент, который поворачивает ротор ДНГ в положение, при котором сигнал рассогласования на датчиках углов исчезнет. Изменение углового положения ротора по отношению к корпусу и валу двигателя вызовет изменение газодинамического момента, действующего на ротор. Изменяя таким образом угловое положение ротора, можно найти такое его положение, при котором монотонное изменение скорости дрейфа ДНГ при запуске, вызванное нестационарным газодинамическим моментом, становится минимальным.
В известном способе после проведения автономной регулировки ДНГ по определению углового положения ротора путем подбора параметров мостовой схемы датчиков угла, которое минимизирует монотонное изменение скорости дрейфа в запуске, мостовую схему датчиков углов герметизируют, заливая герметиком, и доступ к элементам схемы становится невозможным. В таком окончательном виде ДНГ устанавливают в гироплатформу ИНС. Тепловое поле ДНГ в гироплатформе отличается от его теплового поля при автономных регулировках и испытаниях вследствие воздействия на него внутренних источников возмущения гироплатформы, обусловленных, например, температурным влиянием источников тепла гироплатформы (нагреватели системы термостатирования гироплатфомы, соседний термостатируемый ДНГ, обдув вентилятора гироплатформы). Изменение теплового поля ДНГ вызовет его температурные деформации, например, деформацию его кожуха, что приведет к изменению газодинамических зазоров и возможному увеличению монотонной скорости дрейфа. К увеличению монотонной скорости дрейфа ДНГ при запуске ИНС также приводит изменение состояния его газовой среды вследствие гажения элементов, особенно консистентной смазки шарикоподшипниковой опоры в процессе наработки. Если величина монотонной скорости дрейфа ДНГ в составе ИНС превысила пределы допуска, то возникают завышенные погрешности определения ИНС параметров ориентации и навигации, но подрегулировать его в составе системы не представляется возможным. В этом случае приходится снимать с ИНС гироплатформу и извлекать из нее ДНГ, который заменяют на другой соответствующий требуемым параметрам. При малой наработке снятый ДНГ пытаются восстановить путем дополнительной газовой очистки, но не всегда это удается выполнить. Таким образом если в отрегулированном известным способом ДНГ путем изменения параметров мостовой схемы при работе в составе ИНС возникает завышенное изменение монотонной скорости дрейфа, то такой ДНГ, как правило заменяют на новый, что увеличивает трудоемкость изготовления системы, а при отказе в эксплуатации стоимость ее ремонта. Отсутствие при использовании известного способа возможности подрегулировать монотонное изменение скорости дрейфа ДНГ в составе ИНС, приводит к возможной работе системы при предельных погрешностях, что снижает точность ориентации и навигации объекта.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, является обеспечение возможности регулировки ДНГ в составе ИНС, позволяющей уменьшить монотонное изменение газодинамической скорости дрейфа ДНГ и обусловленных ею погрешностей выработки ИНС параметров ориентации и навигации без замены гироскопа в системе.
1
ЭП
2
3
10
ЭП0
20
30
Технический результат достигается тем, что в известном способе регулировки динамически настраиваемого гироскопа, включающем изменение взаимного углового положения элементов корпуса гироскопа и его ротора, дополнительно предварительно устанавливают инерциальную навигационную систему на динамически настраиваемых гироскопах, имеющую термостатируемую, управляемую в азимуте и стабилизированную в плоскости горизонта гироплатформу с четырехосным кардановым подвесом, включающим дополнительную следящую раму, на горизонтальное неподвижное относительно Земли основание таким образом, чтобы ось дополнительной рамы, направляемая на объекте в сторону движения, была ориентирована на Север, запускают инерциальную навигационную систему, с включением системы термостатирования, производят выставку стабилизированной площадки гироплатфомы в плоскость горизонта и по направлению на Север, когда ее датчики углов рыскания, крена, тангажа показывают нулевые значения, далее удерживают в этом пространственном положении стабилизированную площадку, подают с помощью вычислителя инерциальной навигационной системы на вход усилителя канала курсовой стабилизации гироплатформы и на вход усилителя электрической пружины гироскопа этого канала сигналы уставок соответственно U, U, а на вход усилителей стабилизации каналов крена и тангажа гироплатформы сигналы уставок соответственно U, U, и с момента готовности инерциальной навигационной системы измеряют в течение одного часа изменения во времени параметров ориентации и навигации, вырабатываемых инерциальной навигационной системой, аналогично выполняют другие запуски с измерениями параметров ориентации и навигации при одинаковых температурах окружающей среды и начальных тепловых состояниях инерциальной навигационной системы, но при других значениях сигналов уставок, находят сигналы уставок U, U, U, U, минимизирующие погрешности выработки инерциальной навигационной системой параметров ориентации и навигации при запуске, а в рабочих режимах инерциальной навигационной системы подают, сформированные в вычислителе, сигналы уставок:
1Р
10
U=U в канал курсовой стабилизации;
эпр
ЭП0
U=U в канал электрической пружины гироскопа курсового канала;
2P
20
г
30
г
U=UCosψ+USinψ в канал стабилизации по крену;
3P
30
г
20
г
U=UCosψ-USinψ в канал стабилизации по тангажу,
г
где ψ - угол поворота рамы внутреннего крена относительно стабилизированной площадки, который измеряют с помощью датчика угла гироплатформы этого поворота.
г
г
г
г
На фиг. 1 представлена кинематическая схема гироплатформы инерциальной навигационной системы на ДНГ с четырехосным кардановым подвесом, который имеет: ось OA подвеса стабилизированной площадки (СП), ось ОВ подвеса рамы внутреннего крена (РВК), ось ОС подвеса рамы тангажа (РТ), ось ОД подвеса дополнительной рамы (ДР). Гироплатформа содержит: стабилизированную площадку 1, расположенную в кардановом подвесе, раму внутреннего крена 2, раму тангажа 3, дополнительную раму наружного крена 4. На СП 1 расположены: ДНГ 5 курсового канала, ДНГ 6 каналов крена и тангажа, акселерометры 7 и 8 с горизонтальными осями чувствительности, акселерометр 9 с вертикальной осью чувствительности. По оси OA стабилизированной площадки установлены: датчик 10 угла поворота ψ РВК относительно СП, преобразователь координат 11 и разгрузочный датчик момента 12 системы стабилизации. По оси ОВ рамы внутреннего крена установлены: датчик угла 13 поворота ϕ РТ относительно РВК и разгрузочный датчик момента 14. По оси ОС рамы тангажа установлены датчик угла 15 поворота υ ДР относительно РТ и разгрузочный датчик момента 16. По оси ОД дополнительной рамы расположены датчик угла 17 поворота γ объекта относительно ДР, датчик момента 18 следящей системы канала ДР. В состав ДНГ 5 и 6 входят соответственно датчики угла 19,20 и 26, 27, датчики моментов 21, 22 и 28, 29, ротора 23 и 30, внутренние кардановые подвесы 24 и 31 с кардановыми рамками и упругими торсионами, валы 24 и 32 двигателей ДНГ. Система стабилизации СП имеет усилители стабилизации курсового канала 12 и каналов тангажа и крена соответственно 34 и 35, усилитель 36 электрической пружины ДНГ 5 и усилитель 37 канала следящей системы ДР.
Гироплатформа на ДНГ является индикаторной. При действии вокруг осей карданового подвеса вешних возмущающих моментов СП отклоняется от заданного положения. Углы отклонения СП измеряются с помощью датчиков углов ДНГ. Сигналы с датчиков углов ДНГ поступают на усилители, а с них - на обмотки датчиков моментов стабилизации, моменты которых уравновешивают внешние возмущающие моменты. Удерживая СП в заданном пространственном положении, с точностью до ошибок стабилизации, каждый из двух ДНГ, расположенных на СП, имеет две измерительные оси. Одна из измерительных осей ДНГ 5 является избыточной. Для исключения возможности ротору 23 ДНГ 5 лечь на упор, что повлечет отказ системы стабилизации, в избыточном канале ДНГ 5 применена система электрической пружины, включающей датчик угла 20, усилитель 36 и датчик момента 21.
г
г
г
При повороте объекта и корпуса гироплатформы относительно оси OA СП на угол ψ вместе с ними развернутся ось ОВ подвеса РВК и ось ОС подвеса РТ. При наличии угла ψ разворот СП относительно, например, оси РТ будет измеряться не только датчиком угла 27 ДНГ 6, но и его датчиком угла 26, в результате чего появится нежелательная взаимосвязь между каналами стабилизации, которая при больших величинах ψ приведет к неустойчивости системы стабилизации. Для исключения такой возможности на ось OA стабилизированной площадки установлен преобразователь координат 10 и сигналы с датчиков углов 26 и 27 ДНГ 6, управляющих разгрузочными датчиками моментов, расположенных по оси ОВ РВК и оси ОС РТ, пропускают через преобразователь координат 10. При идеальном преобразователе координат эти каналы становятся независимыми.
Для нормального функционирования ИНС при любых эволюциях объекта в ее гироплатформе применена дополнительная следящая рама 4, ось вращения которой ОД в исходном положении совпадает с осью ОВ рамы внутреннего крена 2.
При рассмотрении сущности предлагаемого способа используем следующие системы координат (СК):
г
г
г
г
г
г
г
г
г
г
OXYZ - географическая СК, в которой начало СК находится на поверхности земного эллипсоида, ось ОХ лежит в плоскости местного меридиана и направлена к северному полюсу, ось OY направлена по вертикали к земному эллипсоиду, ось OZ направлена на восток;
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
OXYZ - СК связанная с корпусом ИНС, начало координат помещен в центр масс объекта, оси ОХ и OY расположены в вертикальной плоскости симметрии объекта, ось ОХ направлена вдоль продольной оси объекта, а ось OY - по перпендикуляру к оси ОХ, лежащему в вертикальной плоскости симметрии объекта, ось OZ образует правую СК;
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
OXYZ - СК, связанная с СП. Начало СК помещено в центр пересечения осей OA, ОВ, ОС, ОД гироплатформы, ось OX направлена по оси РВК ОВ в направлении продольной оси объекта, ось OY направлена по оси платформы OA вверх, ось OZ направлена так, чтобы СК была правой;
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
OXYZ - СК, связанная с РВК. Начало СК помещено в центр пересечения осей OA, ОВ, ОС, ОД гироплатформы, ось ОХ направлена по оси РВК ОВ, ось OY направлена по оси вращения СП OA, ось OZ направлена так, чтобы СК была правой;
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
OXYZ - СК, связанная с РТ. Начало СК помещено в центр пересечения осей гироплатформы OA, ОВ, ОС, ОД, ось ОХ направлена по оси ОВ РВК в направлении продольной оси объекта, ось OZ направлена по оси ОС рамы тангажа в сторону правого борта объекта, ось OY направлена так, чтобы СК была правой;
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
OXYZ - СК, связанная с РТ. Начало СК помещено в центр пересечения осей гироплатформы OA, ОВ, ОС, ОД, ось ОХ направлена по оси ОД дополнительной рамы в направлении продольной оси объекта, ось OZ направлена по оси ОС рамы тангажа в сторону правого борта объекта, ось ОY направлена так, чтобы СК была правой;
г1
г1
г1
г1
г1
г1
г1
г1
г1
г1
1
1
г1
г1
1
1
г1
г1
OXYZ - СК, связанная с корпусом ДНГ канала крена и тангажа. Начало СК помещено в центр пересечения осей внутреннего карданового подвеса, оси OX и OY расположены в измерительной плоскости ДНГ, при этом ось OX параллельна оси OZ стабилизированной площадки и направлена в противоположную сторону, ось OrY параллельна оси ОХ СП и направлена в противоположную сторону, ось OZ направлена вдоль оси собственного вращения ротора ДНГ и образует правую СК;
г2
г2
г2
г2
г2
г2
г2
г2
г2
г2
1
1
г2
г2
1
1
г2
г2
OXYZ - СК, связанная с корпусом ДНГ канала курса. Начало СК помещено в центр пересечения осей внутреннего карданового подвеса, оси ОХ и OY расположены в измерительной плоскости ДНГ, при этом ось ОХ параллельна оси OZ стабилизированной площадки и направлена в противоположную сторону, ось OY параллельна оси OY СП и направлена в противоположную сторону, ось OZ направлена вдоль оси собственного вращения ротора ДНГ и образует правую СК;
p1
p1
p1
p1
p1
p1
г1
г1
p1
p1
г1
г1
p1
p1
OXYZ - СК осей Резаля, связанная с ротором ДНГ канала крена и тангажа. Начало СК помещено в центр пересечения осей внутреннего карданового подвеса, ось OX в исходном положении совпадает с измерительной осью OX ДНГ и направлена в сторону датчика угла 27, ось OY в исходном положении совпадает с измерительной осью OY ДНГ и направлена в сторону датчика угла 26, ось OZ направлена вдоль оси собственного вращения ротора ДНГ и образует правую СК;
p2
p2
p2
P2
р2
Р2
г2
г2
P2
P2
г2
г2
p2
P2
OXYZ - СК осей Резаля, связанная с ротором ДНГ канала курса. Начало СК помещено в центр пересечения осей внутреннего карданового подвеса, ось ОХ в исходном положении совпадает с измерительной осью ОХ ДНГ и направлена в сторону датчика угла 20, ось OY в исходном положении совпадает с измерительной осью OY ДНГ и направлена в сторону датчика угла 19, ось OZ направлена вдоль оси собственного вращения ротора ДНГ и образует правую СК;
г
г
г
г
k
k
k
k
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
г1
г1
г1
г1
г2
г2
г2
г2
p1
p1
p1
p1
p2
p2
p2
P2
p2
P2
p2
P2
i
г
1
1
1
1
г
г
г
г
На фиг. 2 показано взаимное исходное расположение СК OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ OXYZ (на фиг. 2 центры СК помещены в одну точку O, где i=г, к, 1, 2, 3, 4, г1, г2, p1, р2; Н-вектор кинетического момента ДНГ) до регулировки угловых положений роторов ДНГ. Для обеспечения при регулировке перпендикулярности всех осей карданового подвеса гироплатформы, нулевого значения угла рыскания ψ, измеряемого датчиком угла курсового канала, а также воспроизведения ориентации СП аналогичной ее ориентации при работе на объекте, корпус ИНС располагают на неподвижном относительно Земли горизонтальном основании, а СП гироплатформы выставляют таким образом, чтобы связанная с ней СК OXYZ совпадала с географической СК OXYZ, как показано на фиг. 2. В процессе регулировки географическая ориентация СП сохраняется ИНС.
Задачей регулировок ДНГ в составе ИНС является определение угловой ориентации их вращающихся роторов относительно корпусов, которая обеспечивает уменьшение изменения скоростей дрейфов, обусловленных действием газодинамических моментов. При наклоне ротора относительно корпуса ДНГ изменяются параметры зазоров между поверхностью вращающегося ротора и не вращающимися элементами конструкции, связанными с корпусом. Изменение этих зазоров меняет величины газодинамических моментов, действующих по осям ротора, на определенных углах наклона происходит минимизация газодинамических моментов и как следствие уменьшение изменения во времени скоростей дрейфа ДНГ и погрешностей выработки ИНС параметров ориентации и навигации.
1
эп.
1
г2
г2
уг2
1
уг2
г2
г2
г1
уг2
уг2
1
уг2
При регулировании ДНГ 5 в курсовой канал стабилизации гироплатформы ИНС, на вход усилителя стабилизации 33 (см. фиг. 1), и в канал электрической пружины этого ДНГ, на вход усилителя 36, подают сигналы уставок соответственно U и UПоявившийся на входе усилителя 33 сигнал U обусловит работу разгрузочного датчика момента 12 канала курсовой стабилизации. Возникший при этом момент начнет поворачивать СП и соответственно корпус ДНГ 5 вокруг ее оси OA. При этом ротор 23 ДНГ 5 с точность до величины собственной скорости дрейфа, которая несравненно мала относительно скорости поворота СП, будет сохранять в географической СК неизменное положение, которое ему обеспечивает алгоритм работы ИНС. В ДНГ 5, при повороте его корпуса относительно ротора вокруг измерительной оси OY, датчиком угла 19 выработается сигнал U. Фазировка канала стабилизации такова, что этот сигнал, пройдя через соответствующий усилительный тракт, будет вычитаться из сигнала уставки U на входе усилителя стабилизации 33. Нарастание угла отклонения корпуса ДНГ 5 относительно его ротора 23 будет происходить до тех пор, пока согнал с датчика угла не компенсирует сигнал уставки и на входе усилителя 33 будет только нулевой сигнал. При этом угол Q отклонения ротора 23 вокруг оси измерительной оси ОY будет равен углу ψ поворота СП вокруг РВК (см. фиг 3). Величина этого угла составит Q=КU, где К масштабный коэффициент курсового канала стабилизации. Из практики известно, что для приемлемого уменьшения изменения во времени газодинамической скорости дрейфа типичного ДНГ требуются наклоны ротора порядка единиц угловых минут, при этом угол до упора ротора равен десяткам угловых минут.
эп
P2
P2
Р2
Р2
хг2
хг2
ЭП
хг2
Сигнал уставки U на входе усилителя электрической пружины обусловит появления тока в датчике момента 21 ДНГ 5, который приложит момент, действующий по оси OY ротора 23. В результате действия этого момента ротор 23 начнет прецессировать вокруг оси ротора OХ до тех пор, пока угол отклонения ротора Q не достигнет величины, при которой вырабатываемый датчиком угла 20 сигнал U не скомпенсирует уставку U. Таким образом ротор 23 отклонится на угол Q, а на входе усилителя электрической пружины вновь образуется нулевой сигнал и в дальнейшем система электрической пружины, следя за этим нулевым сигналом, будет удерживать ротор на этом угле.
г
г
г
г
к
к
к
к
г2
г2
г2
г2
p2
P2
p2
P2
j
На фиг. 3 показано взаимное расположение СК OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ (на фиг. 3 центры СК помещены в одну точку O, где j=г, к, г2, р2) после регулировки углового положения роторов курсового ДНГ.
г
yp2
Таким образом, поданные сигналы уставок в курсовой канал стабилизации и канал электрической пружины, вызвали отклонения его ротора относительно корпуса по двум его измерительным осям и поворот СП по курсу на угол ψ=Q.
2
3
2
3
г1
г1
хг1
уг1
хг1
уг1
2
3
2
3
При регулировании каналов стабилизации по крену и тангажу на вход усилителей стабилизации 35 и 34 (см. фиг. 1) подают сигналы уставок U и U. В результате действия сигнала U разгрузочный двигатель 14 начнет поворачивать РВК, СП и соответственно ДНГ 6 вокруг оси ОВ. Одновременно с этим сигнал уставки U обусловит работу разгрузочного двигателя 16, поворот СП, корпуса ДНГ 6 вокруг оси ОС. При этом ротор 30 ДНГ 6 будет сохранять в географической СК неизменное положение. В ДНГ 6 вследствие поворота его корпуса относительно ротора 30 вокруг измерительных осей ОХ и OY датчиками углов 27, 26 вырабатываются сигналы U, U. Фазировка каналов стабилизации по крену и тангажу такова, что сигналы U, U, пройдя через усилительные тракты, будут вычитаться из сигналов уставок U, U на входах усилителей стабилизации соответственно 35 и 34. Нарастание углов отклонения корпуса ДНГ 6 относительно его ротора 30 будет происходить до тех пор, пока сигналы с датчиков углов 27 и 26 не скомпенсируют сигналы уставок U, U, и на входах усилителей 35 и 36 не образуются рабочие нулевые сигналы.
хг1
уг1
г1
При проведении режима начальной выставки ИНС, перед режимом навигации, устраняются наклоны СП по крену и тангажу и измерительные оси ДНГ 6 при этом устанавливаются в горизонтальную плоскость, а его ротор 30 будет иметь наклон относительно корпуса, характеризуемый углами Q и Q. В процессе начальной выставки вектор кинетического момента ДНГ 6 будет приведен в плоскость меридиана, а его измерительная ось OY будет направлена по вертикали.
2P
3р
г
г
г1
г1
хг1
уг1
г
хг1
уг1
г
2
3
хг1
уг1
г
хг1
уг1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Использование предлагаемого способа в ИНС на маневренном объекте потребует определение рабочих сигналов уставок U и U, подаваемых на вход усилителей каналов стабилизации крена и тангажа, зависящих от курса объекта. Применение следящей системы дополнительной рамы, включающей датчик угла крена 13, усилитель 37 и датчик момента 18, позволяет удерживать угол ϕ поворота РВК равным нулю при маневрах объекта. При этом внутренние оси карданового подвеса СП сохраняют ортогональность, что позволяет раскладывать сигналы ДНГ 6 в функции угла поворота ψ только по курсовой оси OA. В результате проведенной регулировки углы наклона ротора ДНГ 6 по осям чувствительности OX и OY, имеют величины Q и Q. Эти угловые величины должны быть постоянными при произвольных углах рыскания ψ объекта для того, чтобы сохранить достигнутые в процессе регулировки минимальные изменения во времени скоростей дрейфа ДНГ 6 и соответственно параметров ориентации и навигации ИНС. Углам наклона ротора ДНГ 6 Q и Q на входе усилителей стабилизации 35 и 34 при ψ=0 соответствуют сигналы уставок U и U, которые компенсируются сигналами U и Uc датчиков углов 27 и 26 ДНГ 6. При повороте объекта на угол \|/величины этих сигналов с датчиков углов 27 и 26 должны быть сохранены, чтобы остались прежними углы наклона ротора Q и Q, но при этом, пройдя через преобразователь координат 10, они обусловят на входах усилителей стабилизации 35 и 34 соответственно рабочие сигналы отдатчиков углов
2ду
хг1
г
уг1
г
0
0
U=UCosψ-USinψ,
3ду
хг1
г
уг1
г
0
0
U=USinψ+UCosψ.
0
0
хг1
уг1
г
Для обеспечения сохранности углов наклона Q и Q ДНГ 6 при повороте объекта на угол ψ эти сигналы сдатчиков углов должны быть скомпенсированы следующими рабочими сигналами уставок
2
хг1
г
уг1
г
0
0
U=-UCosψ+USinψ,
3
хг1
г
уг1
г
0
0
U=-USinψ-UCosψ.
хг1
2
уг1
3
0
0
0
0
Учитывая, что U=-U, U=-U, рабочие сигнала уставок будут иметь вид
2
хг1
г
уг1
г
0
0
U=UCosψ-USinψ,
3
хг1
г
уг1
г
0
0
U=USinψ+UCosψ.
Таким образом, предлагаемый способ регулировки динамически настраиваемых гироскопов в составе инерциальной навигационной системы имеет следующие отличия от известного способа:
- вводится новое действие, связанное с наклоном роторов ДНГ, работающих в составе ИНС;
- вводится новое действие, связанное с реализацией наклонов роторов ДНГ путем подачи сигналов уставок на вход усилителей каналов стабилизации гироплатформы ИНС и на вход усилителя электрической пружины избыточного канала курсового ДНГ;
- вводится новое действие, связанное с определением рабочих сигналов уставок, подаваемых в каналы стабилизации гироплатформы ИНС, на основе измерения ее параметров ориентации и навигации при разных углах наклона роторов ДНГ
- представлена новая формульная зависимость для рабочих сигналов уставок, подаваемых на входы усилителей стабилизации каналов крена и тангажа, являющаяся функциональной зависимостью от угла рыскания, для четырехосной гироплатформы с дополнительной рамой;
- предложено новое качество, связанное с уменьшением погрешностей ИНС, вызванных газодинамической скоростью дрейфа ДНГ, путем ее регулирования в составе ИНС без снятия и замены ДНГ в гироплатформе.
На фиг. 1 представлена кинематическая схема гироплатформы с четырехосным кардановым подвесом инерциальной навигационной системы на динамически настраиваемых гироскопах.
r
r
r
r
к
к
к
к
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
г1
г1
г1
г1
г2
г2
г2
г2
p1
p1
p1
p1
p2
p2
p2
p2
На фиг. 2 показано взаимное расположение систем координат OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZOXYZ, OXYZ, OXYZ до регулировки угловых положений роторов ДНГ.
г
г
г
г
к
к
к
к
г2
г2
r2
г2
p2
p2
p2
p2
На фиг. 3 показано взаимное расположение систем координат OXYZ, OXYZ, OXYZ, OXYZ после регулировки углового положения курсового ДНГ.
На фиг. 4 представлена блок-схема регулирования угловых положений роторов ДНГ в составе инерциальной навигационной системы.
Регулировка угловых положений роторов ДНГ в ИНС может быть реализована с использованием ее стандартных блоков.
На фиг. 4 представлена блок-схема регулирования угловых положений роторов ДНГ в составе инерциальной навигационной системе, которая включает: гироплатформу 1; блок усилителей 2; преобразователь аналог-код 3; преобразователь код-напряжение 4; вычислитель 5.
В состав гироплатформы 1 входят (элементы гироплатформы имеют обозначения как на фиг. 1): курсовой ДНГ 5; ДНГ каналов крена и тангажа 6; преобразователь координат 10; датчик момента 12 стабилизированной площадки; датчик момента 14 рамы внутреннего крена; датчик момента 16 рамы тангажа; датчик угла поворота 11 стабилизированной площадки; датчик угла поворота 13 рамы внутреннего крена; датчик угла поворота 15 рамы тангажа; усилитель 36 электрической пружины курсового гироскопа.
г2
г2
г2
г2
г1
г1
Курсовой ДНГ 5 имеет по оси чувствительности OY датчик угла 19 и датчик момента 21; по оси чувствительности ОХ- датчик угла 20 и датчик момента 22. Датчики угла 19 и 20 измеряют углы поворота ротора 20 относительно осей OY и ОХ, а датчики моментов 21,22 прикладывают моменты к ротору по этим осям. ДНГ 6 каналов крена и тангажа имеет по оси чувствительности OX датчик угла 27 и датчик момента 29, по оси чувствительности OY датчик угла 26 и датчик момента 28. Датчики угла 27, 26 измеряют углы поворота ротора 30.
Блок усилителей (БУ) 2 предназначен для усиления по мощности и преобразования аналогового напряжения в пропорциональный ток для датчиков момента стабилизации; содержит усилитель стабилизации 33 стабилизированной площадки; усилитель стабилизации 35 рамы внутреннего крена.
Преобразователь аналог-код (ПАК) 3 преобразует сигналы с выходов датчиков углов стабилизированной площадки, рамы внутреннего крена, рамы тангажа в параллельный двоичный код.
Преобразователь код-напряжение (ПКН) 4 преобразует кодовую информацию, получаемую из вычислителя 5, в сигналы пропорциональные углам, поступающих в БУ в качестве заданных углов.
Вычислитель 5, кроме решения основных задач выставки, навигации, компенсации инструментальных погрешностей, формирует разовые сигналы управления для всех блоков системы.
U1
ЭП
2
3
1
эп
2
3
0
0
0
0
При реализации предлагаемого способа с помощью блок-схемы, представленной на фиг. 4, в вычислителе 55 формируют в цифровом виде сигналы уставок, которые поступают в ПКН 4, в котором преобразуют кодовую информацию в сигналы уставок , U, U, U, пропорциональные углам отклонения роторов ДНГ и поступающие в БУ 2, а затем на датчики моментов 12, 16, 14 каналов стабилизации и в усилитель электрической пружины 36 курсового ДНГ. Датчики моментов каналов стабилизации будут производить наклон СП и поворот ее по курсу до тех пор, пока сигналы, поступающие с датчиков углов ДНГ, не скомпенсируют сигналы уставок и на входе усилителей 33, 34, 35 не установятся нулевые сигналы. Аналогичный процесс будет иметь место и в канале электрической пружины курсового ДНГ. Получившиеся углы наклона СП относительно горизонта и такие же углы наклона роторов относительно их корпусов измеряются датчиками углов гироплатформы 11, 13, 15, затем преобразуются ПАК 3 в двоичный код и направляются в вычислитель, в котором производится определение углов наклона роторов. В результате регулировки определяются значения сигналов уставок U, и, U, U, которые минимизируют погрешности ИНС, вызванные газодинамической скоростью дрейфа ДНГ. Эти сигналы будут запомнены в вычислителе и использованы в рабочих режимах ИНС. В стандартном режиме начальной выставки ИНС приводятся в плоскость горизонта и меридиана измерительные оси ДНГ, а их ротора при этом будут иметь наклоны относительно измерительных плоскостей, что позволит в рабочих режимах навигации обеспечит уменьшение скоростей дрейфов ДНГ, вызванных изменениями во времени их газодинамических моментов, и обусловленных ими погрешностей выработки ИНС параметров ориентации и навигации.
Использование предлагаемого способа позволит повысить технические характеристики ИНС на ДНГ, в частности, уменьшить ее погрешности, вызванные газодинамической скоростью дрейфа ДНГ, а также снизить стоимость ремонта ИНС, обусловленного возникновением при эксплуатации газодинамической скорости дрейфа, превышающей требуемый допуск, за счет возможности его уменьшения предлагаемым способом без снятия отказавшего ДНГ с гироплатформы и его замены.