ГЕНЕРАТОР ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИВОДА ГИРОСКОПА

ГЕНЕРАТОР ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НРИВОДА
Полезная модель относится к области электронного приборостроения и может быть использована в одноканальных следящих координаторах, в том числе в гирокоординаторах, в которых выходной сигнал де ствует на частоте вращения ротора гироскопа, прежде всего для преобразования выходного сигнала в сигнал (сигналы) управления носителем, частота вращения которого отличается от частоты вращения ротора (в частности , равна нулю).
Как известно, например, из литературы 1 для выдачи управляющих сигналов в рулевую систему носителя информация об относительном положении цели преобразуется из полярной системы координат в прямоугольную. Это преобразование осуществляется в оптико-электронных приборах самонаведения с помощью блока фазовых детекторов и генератора опорных напряжений (ГОН). Таким образом, ГОН должен конструктивно обеспечивать «привязку сигналов управления к плоскости рулей, а при двухканальной системе управления носителем сигналы ГОНа должны быть ортогональны.
Известен следящий гирокоординатор  2 , в котором основной массой ротора является постоянный магнит с явно выраженными полюсами. Вращение ротора обеспечивается обмотками, размещенными в цилиндрическом корпусе координатора. Там же смонтированы обмотки коррекции и обмотки, с которых снимаются опорные напряжения. В этих обмотках при вращении ротора-магнита наводятся синусоидальные сигналы, действующие на частоте относительного вращения ротора и корпуса гирокоординатора. Обмотки ГОНа являются датчиками положения полюса магнита .
МПК 7 GO IS 3/78
ГИРОСКОПА
Наиболее близким по своей технической сущности и характеристикам к предлагаемой полезной модели является генератор опорных напряжний (ГОН), известный из литературы  3 , в которой описано устройство и принцип работы привода гироскопа, содержащего ГОН. Гироскоп установлен в кардановом подвесе, связанном с цилиндрическим корпусом. На внешней поверхности корпуса со сдвигом на 90° расположены четыре датчика положения полюсов магнита , в которых при вращении магнитного ротора гироскопа наводятся ЭДС со сдвигом во времени на 90°.
Недостатком известных из литературы  2  и  3  генераторов опорных напряжений при использовании их в высокоточных системах управления,
например, летательными аппаратами (ЛА) является то, что сдвиг фаз (дф) сигналов, равный 90°, с обмоток,, угол между продольными осями которых составляет 90°, обеспечивается только при угле пеленга (фл), равном нулю (фп - угол между продольными осями ротора и корпуса гиропривода). При
фп Ф о возникает ошибка в управлении, что делает невозможным использование известных ГОН в высокоточных системах управления летательными аппаратами (ЛА). Зависимость дф(фп) определяется связями углов и дуг в сферической тригонометрии. Рассмотрим фиг.1, на которой иллюстрируется происхождение неортогональности сигналов. В плоскости Р лежат продольные оси обмоток А и AI ГОНа. Плоскость Q , в которой вращается магнит,
повернута на угол фп относительно плоскости Р. Центр кардана гироскопа совпадает с центром сферы О. фА и фЛ - углы между осями обмотою и  начальным положением линии полюсов N-S магнита, которая на фиг. 1 совпадает с осью поворота плоскости вращения магнита на угол фп. При вращении магнита в плоскости Р величина сдвига фаз сигналов с обмоток А и AI равна угловой мере дуги ААь При вращении магнита в плоскости Q эта величина равна уже угловой мере дуги CCi . Из решения сферических треугольников ABC и AiBiCi определяются значения дуг ВС и BiCi. Угловая величина дуги CCi определяется из условия :
CCi  7i-(BC+B, С|)(1)
При одних и тех же значениях угла пеленга разность дуг Д  СС,-АА,(2)
будет максимальной, если фп задается в плоскости, перпендикулярной плоскости Р и проходящей через биссектрису угла АО A|. При повороте корпуса вокруг его продольной оси величина Д будет изменяться по синусоидальному закону дважды за полный оборот.
Рассмотрим сферический треугольник ABC, обозначив его стороны, противолежащие углам, соответственно а, в и С.
Примем AAi 71/2,фп  71/4 и С  7г/4.
Из выраженияtga  tgC. cosB(3)
определяема  arctg (tg7c/4.cos7t/4)  35,25°(4)
следовательно, CCi  7С - 2а 109,5° и(5)
А  СС,,5° (6)
Из фиг. 1 также следует, что отклонения фаз сигналов каждой из обмоток
ГОП при фп 7 О от фаз сигналов при фл  О направлены в противоположные
стороны и составляют величину а  0,5.Д . Величина а является мерой неортогональности.
Задачей полезной модели является устранение неортогональности выходных сигналов генератора опорных напряжений привода гироскопа.
Для достижения этого технического результата предлагается генератор опорных напряжений привода гироскопа, который как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит датчики положения полюса ротора-магнита, которые расположены на корпусе гироскопа в плоскости, перпендикулярной.его продольной оси, при этом датчики развернуты относительно друг друга на 90° , а ротор-магнит установлен в кардановом подвесе, закрепленном в корпусе привода гироскопа. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного генератора опорных напряжений 3, принятого за прототип, является то, что к выходам датчиков положения полюса магнита подключены входы блока измерения сдвига фаз сигналов и сигнальные входы блока формирования ортогональных сигналов, управляющий вход которого соединен с выходом блока измерения сдвига фаз. Блок измерения сдвига фаз сигналов может быть выполнен в виде последовательно соединенных фазового детектора и фильтра нижних частот, а блок формирования ортогональных сигналов - в виде фазовращателей.
Выполнение задачи, поставленной при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря следующему.
В предложенном генераторе опорных напряжений к выходам датчиков положения полюса ротора-магнита подключены два новых блока, отсутствующие в прототипе, а именно: блок измерения сдвига фаз сигналов (БИСФ) и блок формирования ортогональных сигналов (БФОС). Вновь введенные блоки обеспечили возможность автоматического измерения Д, являющейся величиной отклонения от ортогональности сигналов с обмоток ГОН и «доворачивания фазы каждого из сигналов на величину а в противоположных направлениях.
Предложенные варианты выполнения БИСФ и БФОС также способствуют достижению поставленной задачи. Так, БИСФ предлагается выполнить в виде последовательно соединенных фазового детектора (ФД) (в частности, блока умножения) и фильтра нижних частот (ФНЧ). Среднее значение выходного сигнала ФД соответствует величине Аф сдвига фаз входных сигналов (величине 2а) относительно величины 90°. ФНЧ предназначен для подавления колебаний выходного сигнала ФД. БФОС предлагается выполнить в виде двух параллельно работающих управляемых фазовращателей ФВУ 1 и ФВУ2.
Таким образом, совокупность указанных выще признаков позволяет решить поставленную задачу - сформировать ортогональные сигналы с высокой точностью.
На фиг. 2 представлена функциональная схема генератора опорных напряжений в соответствии с п. 1 формулы полезной модели;
на фиг. 3 представлен один из конкретных примеров реализации блока измерения сдвига фаз (в соответствии с п. 2 формулы полезной модели);
на фиг. 4 - один из конкретных примеров выполненная блока формирования ортогональных сигналов (в соответствии с п. 2 формулы полезной модели).
Генератор опорных напряжений привода гироскопа (см. фиг. 2) содержит два датчика 1 и 2 положения полюса ротора-магнита 3. Датчики расположены на корпусе гироскопа (на фиг. не показан) в плоскости, перпендикулярной его продольной оси. Датчик 1 развернут относительно датчика 2 на угол 90°. Ротор-магнит 3 установлен в кардановом подвесе (на фиг. не показан), закрепленном в корпусе привода гироскопа. К выходам датчиков 1 и 2 положения полюса ротора-магнита 3 подключены входы блока 4 измерения сдвига фаз сигналов (БИСФ) и сигнальные входы блока 5 формирования ортогональных сигналов (БФОС), управляющий вход которого соединен с выходом блока 4 измерения сдвига фаз. БИСФ 4 (см. фиг. 3) выполнен в виде последовательно соединенных фазового детектора 6 и фильтра нижних частот 7, предназначенного для подавления колебаний выходного сигнала фазового детектора 6. БФОС 5 (см. фиг. 4) выполнен в виде двух параллельно работающих управляемых фазовращателей ФВУ 1 и ФВУ 2, при этом ФВУ 1 состоит из умножителя 8 и сумматора 9, а ФВУ 2 - из умножителя 10 и сумматора 11.
Реализация БИСФ 4 и БФОС 5 зависит от вида сигналов с датчиков 1 и 2 положения полюса ротора-магнита 3 гироскопа, а также от используемой элементной базы (аналоговой или цифровой). Сами же датчики 1 и 2 могут быть .выполнены не только в виде сигнальных обмоток, в котсфых наводится ЭДС от вращающегося магнита, но и в виде датчиков на основе эффекта Холла.
Возникающие при вращении магнита 3 сигналы с датчиков 1 и 2 положения полюса магнита подаются на входы блоков БИСФ 4 и БФОС 5. БИСФ 4 работает следующим образом. При подаче на вход блока умножения сигналов синусоидальной формы и постоянной амплитуды Uo  АО . sin(cot-t-a ) и U90  АО . cos(a)t - а), к которым близки сигналы, снимаемые с обмоток ГОН1 и ГОН2, на выходе блока умножения получаем : U  А,г (sin2cot + sin2a)/2 , при этом сигнал на ФНЧ Шф  Ао  sin2a/2 . При относительно малых значениях а Шф Ао  а . Таким образом, при АО  const
сигнал регулирования идф, поступающий в БФОС 5, пропорционален величине угла а. В БФОС 5 сигналы UroHl и UroH2 формируются следующим образом:
UroHl  АО . sin(cot+a ) - а  АО . cos(cut - а)  А. Sin(cut+Pi), (7) UroH2  АО . cos(cot - а) - а. АО . sin(u)t+a )  А2. cos(o3t - Р2),(8)
где AI, (3| и А2, Р2 - амплитуды и фазы выходных сигналов. Определим их значения. Представим (7) в виде двух уравнений коэффициентов при функциях sincot и coscot:
cosa-a.sina  ai «cospi(9)
sina - a. cosa  ai.sinpi(10)
Рещая совместно (9) и (10), получаем:
ai 1+а - 2a sin2a ; tgpi (tga - а)/(1 - ) ,гдеа| А1/Ао (11) Из (11) следует, что при ,175 («10°) pi«0 . Аналогично при анализе выражения (8) получим  .
Изменение величины ai и аа в зависимости от величины а, в общем, не существенно, так как выходные сигналы ГОНа используются в цепях, коммутирующих выходные сигналы гиропривода.
Таким образом, предложенная схема генератора опорных напряжений привода гироскопа по сравнению с прототипом формирует ортогональные сигналы с высокой точностью, позволяя рещить поставленную задачу.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1.Л.П. Лазарев. Инфракрасные и световые приборы. -М.: «Машиностроение.-1970, стр.491-493.
2.Справочник по приборам инфракрасной техники (под редакцией доктора технических наук Л.3. Криксунова).- Киев.: «Техн{ка.- 1980, стр. 140-142, рис.5.75.
3.А.К. Неусыпин . Гироскопические приводы. -М.: «Машиностроение.1978, стр. 7, 8 - прототип.