УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАЧАЛЬНОЙ ВЫСТАВКИ ГИРОСТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ

Полезная модель относится к автоматическим устройствам подготовки и управления инерциальных навигационных систем подвижных объектов.
Подготовки инерциальной навигационной системы подвижного объекта включает этап установки измерительной базовой системы отсчета при помощи начальной выставки (ориентации) гиростабилизированной платформы с размещенными на ней инерциальными измерителями (акселерометрами) относительно осей, связанных с Землей. Причем выставка осуществляется как относительно плоскости горизонта, так и относительно плоскости меридиана.
Для выставки гиростабилизированной платформы относительно плоскости горизонта ее обычно размещают в трехосном гиростабилизагоре (ТГС), где ее разворачивают отностигельно двух осей ТГС. Третья ось ТГС используется для выставки гиростабилизированной платформы.
Известна система для выставки гиростабилизированной платформы отностительно горизонта, включающая в себя гиростабилизированную платформу в составе ТГС с размещенными на ней акселерометрами и гироскопами, усилитель и двигатель поворота относительно каждой оси ТГС. В данной системе в процессе выставки используются измерения с акселерометров и гироскопов, так как они дают возможность измерить вектор ускорения силы тяжести и вектор угловой скорости суточного вращения Земли, [а.липтон. Выставка инерциальных систем на подвижном основании., - М: Наука, 1971].
Данное обстоятельство приводит к снижению точности выставки гиростабилизированной платформы с размещенным на ней акселерометрами, так как гироскопы вносят дополнительные погрешности в систему, кроме того, системы не может выставить акселерометры, а следовательно, и гиростабилизированную платформу, относительно плоскости горизонта на углы, отличные от 90° и 0°, у которых неизвестна величина их масштабных коэффициентов, что ограничивает функциональные возможности таких систем.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемой полезной модели является устройство для начальной выставки гиростабилизированной платформы относительно горизонта, содержащее гиростабилизированную платформу ТГС с жестко закрепленными на ней акселерометрами и гироблоками, двигатель поворота и арретироваиия, выход которого имеет механическую связь со стабилизированной платформой по одной из осей горизонтирования, а входная шина подключена к выходам усилителя, на вход которого подаются сигналы с акселерометров и гироблоков. [Командно-измерительные приборы. Под ред. Б.И.Назарова, М: МО, 1987 г., с.292-294].
Точность выставки гиростабилизированной платформы таким устройством, в основном, снижается из-за ошибок гироблоков, участвующих в процессе выставки, кроме того, невозможно определить угол выставки гироплатформы относительно горизонта по выходному сигналу акселерометра,
не зная величину его масштабного коэффициента, что снижает функциональные возможности таких устройств.
Цель полезной модели - увеличение точности выставки гиростабилизированной платформы относительно горизонта из-за исключения ошибок гироблоков, а также расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в способности выставки гироплатформы на любые углы относительно горизонта и одновременного определения величины масштабных коэффициентов акселерометров в процессе выставки гироплатформы.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для начальной выставки гиростабилизированной платформы относительно горизонта, содержащее стабилизированную платформу ТГС с жестко закрепленными на ней акселерометрами, усилитель, двигатель поворота и арретирования, выход которого имеет механическую связь со стабилизированной платформой, а входная шина подключена к выходам усилителя, введены вычислительное устройство, блок обмена и согласования, датчик угла, размещенный на стабилизированной платформе, выходы которого подключены ко входам блока обмена и согласования, входная шина которого подключена к выходам акселерометров, другая входная шина блока обмена и согласования подключена к выходам вычислительного устройства, входная шина которого соединена с выходной шиной блока обмена и согласования, выходная шина которого, кроме того, соединена со входами усилителя.
Новизной и существенным отличием предлагаемой полезной модели является выставка гиростабилизированной платформы с размещенными на ней акселерометрами без задействования в процессе выставки гироблоков, т.е. ошибки гироблоков исключаются, также устройство позволяет производить в процессе выставки многократные измерения исходного положения платформы с последующей их обработкой, что в конечном итоге также увеличивает ее точность выставки, кроме того, в процессе выставки гироплатформы под любым углом по отношению к плоскости горизонта определяется величина его масштабного коэффициента акселерометра, что расширяет функциональные возможности устройства и снижает время подготовки к работе инерциальной навигационной системы в целом, совмещающая операции выставки гироплатформы и определения масштабного коэффициента акселерометра во времени.
На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства для начальной выставки гиростабилизированной платформы в инерциальной навигационной системе, на фиг.2 - исходное положение одного из акселерометров.
Устройство для начальной выставки гиростабилизированной платформы относительно горизонта в инерциальной навигационной системе содержит стабилизированную платформу 1 ТГС с жестко закрепленными на ней акселерометрами 2, датчик угла 3 поворота платформы, блок обмена и согласования 4, вычислительное устройство 5, усилитель 6, двигатель поворота и арретирования 7, имеющего механическую связь со стабилизированной платформой!, на которой размещены акселерометры 2 и датчик угла 3, выходы которых соединены со входами блока обмена и согласования 4, выходная шина
которого соединена со входом усилителя 6, а вторая выходная шина соединена со входной шиной вычислительного устройства 5, выходная шина которого соединена с входной шиной блока обмена и согласования 4, выходы усилителя 6 соединены с входной шиной двигателя поворота и арретирования 7 платформы.
0
0
Процесс выставки гиростабилизированной платформы проводится последовательно в несколько (в общем случае-n) этапов в любой точке земной поверхности с известным значением ускорения силы тяжести - g, на величину и направление которой будут реагировать акселерометры, жестко размещенные на гироплатформе (углы между входными осями акселерометров и гироплатформой считаются известными). Согласно фиг.2 исходное положение (позиция - 0) входной оси одного акселерометра характеризуется углом - α. В этом положении измеряется выходной сигнал акселерометра (в общем случае акселерометров 2), например, f- частота следования импульсов, которая равна для случая на фиг.2:
где k - масштабный коэффициент акселерометров.
0
1
тек
С целью определения положения входной оси акселерометра или гироплатформы по отношению к плоскости горизонта - α величины масштабного коэффициента - k, на первом этапе пусть производится разворот стабилизированной платформы 1 вместе с акселерометром (акселерометрами 2) на заданный угол Δ с помощью двигателя поворота и арретирования 7 в положение 1 (фиг.2). Текущее значение угла поворота платформы 1-Δ снимается с датчика угла 3. В положении 1 платформа арретируется и измеряется вновь выходной сигнал с акселерометра (акселерометров 2), который равен:
- текущее значение угла поворота из положения 0 в положение 1, которое снимается с датчика угла.
01
1
0
Для нахождения α и k (индекс 1 при α и k означает первый этап) разделим (2) на (1):
, отсюда
1
Величину k можно вычислить согласно (1) и (3) по выражению:
1
Следовательно, одного этапа (одного поворота на А,), достаточно для определения положения входной оси акселерометра относительно плоскости местного горизонта, т.е. уже осуществлена выставка акселерометра на угол α:
1
и, зная величину α легко определяется положение гиростабилизированной платформы относительно горизонта.
2
Для увеличения точности выставки идентично проводят второй этап (разворот на Δ). При последовательных n-разворотов стабилизированной платформы вместе с акселерометром на каждом i-ом этапе вычисляют значения:
Далее, например, арифметическое усреднение даст увеличение точности выставки на n-этапах по выражениям:
Как видно из выражений (6) и (8) уточняется значение угла выставки акселерометра (гиростабилизированной платформы) при его(ее) последовательном поэтапном выставлении относительно плоскости горизонта.
По алгоритмам (6)-(9) работает вычислительное устройство 5. С датчика угла 3 снимаются текущие значения углов поворота стабилизированной платформы 1, а требуемые значения углов поворота выбираются вычислительным устройством 5 или записываются заранее в запоминающий блок вычислительного устройства 5. Блок обмена и согласования 4 служит для согласования вычислительного устройства 5 с другими блоками начальной выставки гиростабилизированной платформы относительно горизонта.
Работает устройство следующим образом. Исходное положение -стабилизированная платформа 1 с размещенными на ней акселерометрами 2 занимает произвольное угловое положение относительно горизонта. Процесс выставки осуществляется устройством путем последовательных разворотов платформы 1 в n-этапов (n - определяется в зависимости от точности выставки гироплатформы).
0
1
тек
тек
1
В начале вычислительное устройство 5 выдает команду через блок обмена и согласования 4 и усилитель 6 на арретирование платформы 1 двигателем поворота и арретирования 7. В этом положении (α - угол между входной осью акселерометра и плоскостью горизонта неизвестен) идет процесс измерения выходного сигнала с акселерометра (акселерометров 2) вычислстельным устройством 5. Далее вычислительное устройство 5 дает сигнал через блок обмена и согласования 4 и усилитель 6 на двигатель поворота и арретирования 7 стабилизированной платформы 1 на разворот последней на угол Δ (первый этап). Датчик угла 3 снимает текущее значение Δ поворота платформы 1 и выдает свое значение через блок обмена и согласования 4 в вычислительное устройство 5. При совпадении в вычислительном устройстве Δ=Δ, последнее выдает команду на арретирование платформы 1 двигателем 7. Идет процесс измерения выходного сигнала с акселерометра 2 уже в другом положении
2
вычислительным устройством 5. После этого вычислительное устройство 5 по алгоритмам (3)-(5) вычисляет текущее положение гиростабилизированной платформы по входной оси акселерометра (акселерометров 2) относительно плоскости горизонта и величину его масштабного коэффициента (масштабных коэффициентов). Далее, идентично осуществляется следующий этап - поворот платформы 1 на угол Δ. При совершении n-поворотов вычислительное устройство 5 определяет по алгоритмам (6)-(9) с требуемой точностью текущее положение входной оси акселерометра (акселерометров 2) относительно плоскости местного горизонта (гиростабилизированной платформы относительно плоскости местного горизонта) и одновременно значение масштабного коэффициента акселерометра (акселерометров).
За базовый объект принят прототип. В отличии от базового объекта предлагаемое устройство для начальной выставки гиростабилизированной платформы относительно горизонта обладает высокой точностью из-за исключения в процессе выставки ошибок гироблоков, и из-за возможности многократных измерений с последующим усреднением результатов характеризующих угловое положение гиростабилизированной платформы (входных осей акселерометров) относительно горизонта, кроме того одновременно с процессом выставки гиростабилизированной платформы определяются значения масштабных коэффициентов акселерометров, размещенных на платформе, что расширяет функциональные возможности такого устройства и снижает время подготовки к работе инерциалыюй навигационной системы в целом, совмещая операции выставки гироплатформы и определения масштабных коэффициентов акселерометров по времени.