ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ПРИВОДА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОГО ГИРОСКОПА

Полезная модель относится к источникам питания гистерезисных электродвигателей приводов динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ) и может быть использована в системах ориентации и стабилизации летательных аппаратов различного назначения.
В качестве источников питания для управления асинхронными двигателями чаще всего используются статические преобразователи, т.к. в таких системах можно воспроизвести регулировочные и механические характеристики, не уступающие характеристикам систем «генератор - двигатель постоянного тока», и обеспечить более высокий коэффициент полезного действия. Известен 3-фазный источник питания для управления асинхронным двигателем, содержащий последовательно включенные задающий генератор (формирователь тактовых импульсов) в виде мультивибратора с плавной регулировкой частоты следования импульсов, формирователь фаз в виде кольцевого делителя частоты, выполненного на триггерах с реостатно-емкостной связью и элементами ИЛИ в цепях синхронизации ячеек, и усилители мощности по одному для каждой фазы, выходы которых являются выходами устройства. Выходные импульсы усилителей мощности сдвинуты между собой по фазе на 60° эл. [1].
Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного 3-фазного источника питания для привода ДНГ, является недостаточные точность перестройки и стабильность частоты, что снижает точность ДНГ вследствие того, что угловая жесткость опор карданового подвеса ротора гироскопа не полностью компенсируется инерционными моментами рамки карданового подвеса. Это обусловлено тем, что в силу технологических допусков изготовления ДНГ частота компенсации в образцах может отличаться от средней приблизительно на ±10%. В этих пределах должна обеспечиваться перестройка частоты 3-фазного источника питания для привода ДНГ, причем эффект полной компенсации угловой жесткости опор карданового подвеса может быть достигнут только в том случае, если точность установки частоты и ее стабильность во всех условиях эксплуатации будут не хуже нескольких сотых долей процента от средней частоты компенсации. В известных же 3-х фазных источниках питания, содержащих формирователь тактовых импульсов в виде мультивибратора, точность перестройки и стабильность частоты не могу быть достигнуты меньше 1...2% даже при использовании высокоточных и высокостабильных конденсаторов и резисторов в RC-цепях, определяющих частоту импульсов.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, выражается в повышении точности установки оптимальной частоты выходных импульсов 3-фазного источника питания, при которой обеспечивается полная компенсация угловой жесткости опор карданового подвеса ротора гироскопа для любого экземпляра ДНГ.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном 3-фазном источнике питания, содержащем последовательно включенные формирователь тактовых импульсов и кольцевой делитель частоты; усилители мощности по одному для каждой фазы, выходы которых являются выходами устройства, согласно полезной модели формирователь тактовых импульсов выполнен в виде цифрового высокочастотного кварцевого генератора, кольцевой делитель частоты выполнен цифровым n-разрядным, усилители мощности выполнены ключевыми; введены n-разрядный задатчик кодовых комбинаций и цифровой n-разрядный формирователь фаз, причем выход n-разрядного кольцевого делителя частоты соединен с входом цифрового n-разрядного формирователя фаз, к выходам которого подключены входы усилителей мощности; n-разрядный задатчик кодовых комбинаций выполнен съемным с возможностью соединения через разъемы каждого из n разрядов с соответствующим разрядом n-разрядного делителя частоты и шиной положительного напряжения, а общего провода - с шиной общего провода источника питания устройства.
Формирователь тактовых импульсов содержит два последовательно включенных триггера Шмитта, параллельно которым включен кварцевый резонатор.
Кольцевой делитель частоты выполнен в виде последовательно включенных n-разрядных двоичных реверсивных счетчиков.
В качестве формирователя фаз использован n-разрядный регистр сдвига с параллельным выходом.
Съемный задатчик кодовых комбинаций содержит n проводников, одни концы которых соединены с соответствующими контактами разъема устройства, а вторые концы через однополюсные замыкающие выключатели - с общим проводом задатчика, конец которого соединен с соответствующим контактом разъема устройства.
Причинно-следственная связь между признаками полезной модели и техническим результатом заключается в том, что частота выходных импульсов 3-фазного источника питания определяется кодовыми комбинациями n-разрядного задатчика, подбором которых достигается оптимальная частота выходных импульсов, при которой обеспечивается полная компенсация угловой жесткости опор карданового подвеса ротора любого экземпляра ДНГ. Точность подбора этой частоты тем выше, чем выше частота тактовых импульсов и чем больше количество разрядов задатчика кодовых комбинаций и кольцевого делителя частоты.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - структурная схема 3-фазного источника питания; фиг.2 - схема формирователя тактовых импульсов; фиг 3 - схема n-разрядного задатчика кодовых комбинаций; фиг.4 - диаграмма выходных напряжений 3-фазного источника питания.
1
2
3
1
2
1
3
3-фазный источник питания для привода динамически настраиваемого гироскопа (фиг.1) содержит последовательно включенные цифровой формирователь тактовых импульсов 1, цифровой n-разрядный кольцевой делитель частоты 2, цифровой n-разрядный формирователь фаз 3, к выходам которого подключены первый 4, второй 4 и третий 4 усилители мощности, соответственно для фаз А, В и С, выходы которых являются выходами устройства, а также съемный n-разрядный задатчик кодовых комбинаций 5. Элементы устройства выполнены по известным правилам на элементах цифровой техники в интегральном исполнении. В частности, формирователь тактовых импульсов 1 (фиг.2) содержит последовательно включенные первый 8 и второй 8 триггеры Шмитта, параллельно которым включен кварцевый резонатор 9. Данная схема получена с использованием известных принципов, изложенных в [2], и может быть реализована на интегральной микросхеме (ИМС) типа 533ТЛ2 «Триггер Шмитта». Кольцевой делитель частоты 2 выполнен в виде 3-х последовательно включенных 4-разрядных двоичных реверсивных счетчиков [3] и может быть реализован на ИМС типа 1533ИЕ7. В качестве формирователя фаз 2 использован 8-разрядный регистр сдвига с параллельным выходом [4], который может быть реализован на ИМС типа 533ИР8. Каждый из усилителей мощности 4-4 выполнен на транзисторах, базовые переходы которых включены как эмиттерные сопротивления, что обеспечивает максимальное использование сигнала [1, стр.48-50], и может быть реализован на ИМС типа 169АА1. Съемный задатчик кодовых комбинаций 5 (фиг.3) содержит n проводников, одни концы которых соединены с соответствующими контактами разъема 10, а вторые концы через однополюсные замыкающие выключатели 11 - с общим проводом, конец которого соединен с контактом 0 этого разъема. Через контакты разъема 10 обеспечивается соединение (фиг.1) каждого из n разрядов задатчика кодовых комбинаций 5 с соответствующим разрядом n-разрядного делителя частоты 2 и через резисторы R - с шиной 6 положительного напряжения питания, а общего провода - с шиной 7 общего провода питания устройства (на схеме не показан).
3-фазный источник питания с подключенным к нему ДНГ работает в двух режимах: режиме настройки и режиме эксплуатации. В режиме настройки съемный задатчик кодовых комбинаций 5 подсоединяют через контакты разъема 10 к цифровому n-разрядному делителю частоты 2 и источнику питания устройства. В соответствии с таблицей «частота-код» путем замыкания выключателей 11 набирают код, соответствующий средней частоте напряжения питания двигателя ДНГ. Эта средняя частота является общей для всех экземпляров ДНГ данного типа. При подаче на шины 6, 7 питающего напряжения с выхода формирователя
1
3
тактовых импульсов 1 снимаются прямоугольные импульсы, частота следования которых составляет несколько МГц. Эти импульсы поступают в кольцевой делитель частоты 2, где преобразуются в прямоугольные импульсы низкой частоты, которые в формирователе фаз 3 разделяются на три составляющие А, В и С, в которых низкочастотные прямоугольные импульсы сдвинуты по фазе друг относительно друга на 60° эл. (фиг.4). Эти импульсы усиливаются соответствующими усилителями мощности 4-4 и подаются в ДНГ (на схеме не показан). Затем, замыкая те или иные выключатели 11, последовательно подбирают новые кодовые комбинации, отличные от первоначально установленной, до тех пор пока не будет найдена такая комбинация, при которой произойдет полная компенсация угловой жесткости опор карданового подвеса ротора данного экземпляра ДНГ. После этого отсоединяют задатчик кодовых комбинаций 5 от разъема 10, а последнюю кодовую комбинацию переносят в n-разрядный кольцевой делитель частоты 2 путем установки перемычек между соответствующими контактами разъема 10 и общей шиной устройства. В таком виде 3-фазный источник питания вместе с данным ДНГ поступает в эксплуатацию. В случае необходимости замены ДНГ 3-фазный источник питания перенастраивают по описанной выше процедуре.
-6
-6
В примере осуществления полезной модели в качестве формирователя тактовых импульсов 1 был использован кварцевый генератор типа ГК56 (АФТП 4333520004 ТУ) с точностью настройки частоты ±20·10 и температурной нестабильностью ±50·10 в диапазоне температур - 60...+85°С; 12-разрядный кольцевой делитель частоты 2 и 12-разрядный задатчик кодовых комбинаций 5. При частоте тактовых импульсов 6 МГц и частоте питания ДНГ 270 Гц обеспечивалась точность установки частоты не хуже ±0,019% при ее нестабильности не хуже ±0,005%. 3-фазный источник питания с такими характеристиками позволяет добиться полной компенсации угловой жесткости опор карданового подвеса ротора любого экземпляра ДНГ, что обеспечивает высокую точность работы гироскопического устройства.
Источники информации:
1. В.Л.Грузов, Ю.А.Сабинин. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. Изд. «Энергия», Ленинградское отделение, 1970, стр.3, 43-51, рис.19.
2. B.C.Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград, Энергоатомиздат, 1988, стр.157-158, рис.5.8д.
3. А.Л.Ланцов, Л.Н.Зворыкин, И.Ф.Осипов. Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах. М.: «Радио и связь», 1983, стр.59, рис.2.30.
4. Электронная техника и автоматика (под ред. Ю.И.Конева). Выпуск 9. М.: Советское радио, 1977, стр.181, рис.2.