ОДНООСНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР

Одноосный гиростабилизатор
Полезная модель относится к области гироскопической техники и может быть использована в системах наведения и управления летательных аппаратов.
Известен одноосный гиростабилизатор (ОГС),который обеспечивает заданную ориентацию стабилизируемого элемента (платформы) относительно одной оси 1 . Типовая схема такого гиростабилизатора включает в себя двухстепенный гироскоп и стабилизируемый объект, расположенные на платформе. С платформой (обычно с помощью редуктора) связана выходная ось стабилизирующего двигателя, предназначенного для приложения к платформе моментов, компенсирующих действие возмущающих моментов относительно оси стабилизации. На оси подвеса гироскопа, назьгоаемой осью прецессии, установлен датчик угла прецессии, сигналы с которого поступают на усилитель системы стабилизации. Усиленный и преобразованный сигнал поступает на управляющие обмотки стабилизирующего двигателя. Совокупность датчика угла прецессии, усилителя и стабилизирующего двигателя принято называть системой стабилизации. Такое построение гироскопического прибора позволяет осуществлять стабилизацию платформы и расположенного на ней объекта.
вредных моментов, действующих по оси прецессии гироскопа, приводит к нарастающему уходу (дрейфу) платформы от первоначального положения.
Известен одноосный гиростабилизатор, основными элементами которого 5юляется двухстепенный гироскоп, датчик угла прецессии, акселерометр, усилитель-преобразователь, усилитель системы силовой стабилизации, стабилизирующий двигатель, датчик момента, дифференцирующее звено, нелинейный элемент выделения знака сигнала, усилитель положительного сигнала, усилитель отрицательного сигнала и сумматор 2. При этом данные элементы ОГС образуют три системы: систему стабилизации, систему коррекции и систему компенсации. В системе стабилизации последовательно соединены датчик угла прецессии, усилитель силовой стабилизации и стабилизирующий двигатель. В системе коррекции последовательно соединены акселерометр, усилитель-преобразователь и датчик момента. В системе компенсации последовательно соединены датчик утз. прецессии, дифференцирующее звено, нелинейный элемент выделения знака сигнала. Выход нелинейного элемента соединен со входом усилителя положительного сигнала и со входом усилителя отрицательного сигнала, выходы которых соединены со входами сумматора, а вход датчика момента дополнительно соединен с выходом сумматора.
Недостатком такой системы является то, что система компенсации разгружает ось внзггренней рамки ОГС только от постоянной составляющей момента сил сухого трения, которая не зависит от осевой и радиальной перегрузок. Для высокоманевренных объектов ( самолет, ракета ) дрейф ОГС, обусловленный линейным ускорением, является весьма существенной величиной и поэтому компенсация данной составляющей ухода есть весьма актуальная задача.
Полезная модель предназначена для повышения точности работы одноосного гиростабилизатора за счет формирования дополнительного момента, который компенсирует действие момента сил сухого трения,зависящего от перегрузок.
Данное свойство полезной модели достигается тем, что в одноосный гиростабилизатор, содержащий двухстепенный гироскоп, датчик угла прецессии, акселерометр, усилитель-преобразователь, усилитель системы силовой стабилизации, стабилизирующий двигатель, датчик момента, дифференцирующее звено, нелинейный элемент выделения знака сигнала ..усилитель положительного сигнала, усилитель отрицательного сигнала и сумматор, дополнительно введены блок акселероме1ров, содержащий три расположенных ортогонально акселерометра, три нелинейных звена, реализующих передаточную функцию W, сумматор, нелинейное звено, реализующее передаточную функцию N/ , нелинейный элемент, реализующий передаточную функцию 1/ и g и перемножитель; при этом выход первого акселерометра соединен со входом первого нелинейного элемента, реализующего передаточную функцию W, выход которого соединен с сумматором; выход второго акселерометра соединен со входом второго нелинейного элемента, реализующего передаточную функцию W, выход которого соединен с сумматором; выход третьего акселерометра соединен со входом третьего нелинейного элемента, также реализующего передаточную функцию W, выход которого соединен с сумматором. Выход сумматора соединен со входом четвертого нелинейного элемента, реализующего передаточную функцию V; выход которого соединен со входом пятого нелинейного элемента, реализующего передаточную функцию l/Ug. Этот элемент соединен с перемножителем. ;. Суть полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором двухстепенный гироскоп 1 является общим элементом для системы стабилизации и системы коррекции. Система стабилизации представляет собой последовательное соединение датчика утла прецессии 2, усилителя стабилизации 3 и стабилизирующего двигателя 4. Система коррекции представляет собой последовательное соединение акселерометра 5, усилителя-преобразователя 6 и датчика момента 7. Система компенсации постоянной составляющей момента сил сухого трения представляет собой соединение датчика у1ла прецессии 2, дифференцирующего звена 8, нелинейного элемента выделения знака сигнала 9, усилителей положительного 10 и отрицательного 11 сигнала, сумматора 12 и датчика момента 7. Параллельно системе компенсации постоянной составляющей момента сил сухого трения в одноосный гиростабилизатор введена цепь компенсации момента сил сухого трения, зависящего от перегрузок. Основными ее элементами являются блок акселерометров 13, нелинейные элементы 14,15,16, реализующие передаточную функцию W, сумматор 17, нелинейные элементы 18,19, реализующие соответственно передаточные функции л/ и 1/Ug и перемножителъ 20. Блок акселерометров 13 содержит три акселерометра, которые расположены ортогонально, причем ось чувствительности одного из них совпадает с ось прецессии одноосного гиростабилизатора, а оси чувствительности двух других совпадают с двумя дрзтими осями ОГС. Выход акселерометра, ось чувствительности которого совпадает с осью прецессии ОГС, соединен со входом нелинейного элемента 14, выход которого соединен со входом сумматора 17 . Выход второго акселеромет1эа соединен со входом нелинейного элемента 15, выход которого соединен со входом сумматора 17. Выход третьего
акселерометра соединен со входом нелинейного элемента 16, выход которого соединен с сумматором 17. Выход сумматора 17 соединен со входом нелинейного элемента 18, выход которого соединен со входом нелинейного элемента 19. Выход нелинейного элемента 19 соединен со входом перемножителя 20.
Для пояснения принципа работы предлагаемой модели рассмотрим уравнения движения одноосного гиростабилизатора. Причем данные уравнения после старта летательного аппарата (ЛА) (цепь коррекции отключена) имеют вид:
Ap+fiJp+Ha M ; Ba+f a-Hfl-K M,
р,р,р,С1,СХ . углы, угловые скорости и ускорения движения гироскопа относительно осей внутренней и наружной рамок;
А,В - моменты инерции гироскопа и дрзтих подвижных частей относительно осей х и TJ;
Н - кинетический момент гироскопа;
( - коэффициенты вязкого трения относительно осей х и TI;
М, М - моменты внешних сил относительно осей хит;;
А  - коэффициент передачи цепи стабилизации.
Анализ первого уравнения системы (I) показывает, что в результате действия возмущающих моментов по оси внутренней рамки гиростабилизатора наблюдается некомпенсированный собственный уход (дрейф) прибора со скоростью
.Е н Сумма вредных моментов JMgoj, содержит следующие наиболее характерные слагаемые Msoj.M,.j,.+M,6,,,,,(3) где Мру - момент сил сухого трения по оси внутренней рамки;  - моменты сил дебаланса; тпх - моменты тяжения токоподводов; прх  прочие возмущающие моменты. Моменты сил сухого трения - один из наиболее существенных факторов, вызывающих собственные уходы ОГС. Известно устройство 2, компенсирующее действие моментов сил сухого трения, независящих от перегрузок ЛА. Однако, во время полета на Л А действзтот различные ускорения и, как следствие, перегрузки. Установлено 1, что в гироскопе с щарикоподщипниковыми опорами момент сил сухого трения определяется следующим выражением: Иг 4/П(4) где М-рх - постоянная составляющая момента сил сухого трения, и - перегрузка, действующая на опоры гароскопа во время полета ЛА. Предлагаемая модель позволяет реализовьшать на своем выходе напряжение, пропорциональное перегрузке, действующей в каждый конкретный момент времени на опоры гироскопа в ходе полета ЛА. Это напряжение будучи перемноженным с напряжением, пропорциональным Mjy , позволит сформировать датчиком момента компенсирующий момент, который и нейтрализует вредные моменты сил сухого трения, в том числе и зависящие от перегрузки. Это в
конечном итоге позволит существенно повысить точность стабилизации.
Как известно, перегрузка представляет собой в общем случае отношение
г
(5}
где W - линейное ускорение, действующее на Л А, |- - ускорение свободного падения.
Ускорение, действующее на ЛА можно определить как геометрическую сумму трех ортогональных составляющих:
fr r/+fr/+r/,(6)
где W,W,W - составляющие линейного ускорения, действующие
по осям x,y,z измерительного трехгранника соотвественно.
Рассмотрим работу предложенной полезной модели.
После старта акселерометры из блока 13 начинают измерять линейные ускорения, действующие на ЛА. Каждая из трех составляющих ускорения возводится в квадрат в нелинейных элементах 14... 16, затем они складываются в сумматоре 17. После этого из полученного значения в нелинейном элементе 18 извлекается квадратный корень, в результате на выходе элемента 18 имеем напряжение, пропорциональное ускорению У. Полученное напряжение в нелинейном элементе 19 делится на напряжение, пропорциональное ускорению свободного падения. Таким образом, на выходе элемента 19 получаем напряжение, пропорциональное перегрузке, которое действует на Л А в полете в каждый момент времени.
g
имеем сигнал, пропорциональный моменту сил сухого трения, действующему на опоры гироскопа ОГС с учетом перегрузки, но противоположного знака. Этот сигнал поступает на датчик момента, который и формирует компенсирующий момент (разгружающий опоры ОГС от вредных моментов сил сухого трения), что существенно повышает точность стабилизации.
Положительный эффект заключается в уменьшении собственного ухода (дрейфа) одноосного гиростабилизатора благодаря разгрузке оси прецессии гироскопа от действия вредных моментов сил сухого трения, зависящих от перегрузок.
ЛИТЕРАТУРА
1.Каргу Л.И, Измерительные устройства летательных аппаратов: М.: Машиностроение, 1988 .-256с.: ил.
2.Патент Российской Федерации № 2011171.