Пристрій для динамічного настроювання динамічно настроювального гіроскопа

Пристрій для динамічного настроювання динамічно настроювального гіроскопа, який включає кардановий підвіс, елементи динамічного настроювання, ротор та електропривід обертання ротора, який відрізняється тим, що елементи динамічно го настроювання розташовані в електроприводі обертання ротора, а як елементи динамічного настроювання застосовані дискретний формувач імпульсу з тривалістю еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду, до входу запуску якого підключені послідовно з'єднані формувач імпульсу з тривалістю плинного періоду обертання ротора, для запуску по передньому фронту цього імпульсу дискретного формувача імпульсу з тривалістю еталонного періоду обертання з регульованим коефіцієнтам перерахунку цього періоду, нульорган та датчик положення ротора, синусоїдний вихідний сигнал якого перетворюється в періодичну послідовність прямокутних імпульсів, тривалість яких прямо пропорціональна періоду обертання ротора. Пристрій для динамічного настроювання динамічно настроювального гіроскопа. (ДНГ) відноситься до класів МКВ: G 01 С 19/02, G 01 С 19/04, G 01 С 19/10, G 01 С 19/22, Н 02 К 29/06, Н 02 М 7/155, Н 02 М 7/539, Н 02 Р 5/17, Н 02 Р 6/02, Н 02 Р 7/28, Н 02 Р 7/42, Н 02 Р 7/48, Н 03 К 3/027, Н 03 К 21/10, Н 03 К 21/12, Н 03 К 23/56, Н 03 L 3/27, Н 03 L 21/10, Н 03 L 21/12, Н 03 L 23/56. Пристрій для динамічного настроювання ДНГ відноситься до гіроскопічного приладобудування, зокрема, до динамічно настроювальних гіроскопів, і може бути використаний у гірокомпасах, гірокурсопоказчиках. гіровертикалях, безплатформних інерціальних навігаційних системах, платформних навігаційних системах, побудованих на базі ДНГ, для керування рухом наземних рухомих об'єктів, літаків, ракет, космічних об'єктів, суден. Аналогом є пристрій для динамічного настроювання ДНГ, описаний в книзі: Механика динамически настраиваемых гироскопов. ЯЗ. Новиков, Ю М . Шаталов. Москва. Наука, 1985, 248 стр. (стор. 56-59) та патенті США № 3277077 (US), 10.65. Відомий пристрій для динамічного настроювання ДНГ, який включає в кардановий підвіс еле менти динамічного настроювання, ротор, електропривод обертання ротора. Ротор жорстко підвішений на кардановому підвісі з пружними перемичками між кільцями карданового підвісу. Вісь карданового підвісу установлена у внутрішньому кільці шарикопідшипникової опори, внутрішні кільця якої установлені в корпусі. В цьому пристрої елементи динамічного настроювання виконані у вигляді гвинтів, установлених в кільцях карданового підвісу. Цей пристрій є прототипом і описаний в книзі' Динамически настраиваемые гироскопы: Теория и конструкция. Д.С. Пельпор, В.А. Матвеев, В.Д. Арсеньев. Моеква. Машиностроение, 1988, 264 стр. (стор. 2 3 0 231). Двигуном електропривода обертання ротора застосований вентильний електродвигун постійного струму (ВД), який включає статор з двома фазними обмотками і два давача положення ротора (ДПР). Блок живлення ВД включає два канали живлення фазних обмоток ВД Подібний ВД описаний в книзі Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов. В.Д. Косулин, Г.Б. Михайлов, В В . Омельченко, В.В Путников. Ленинград, Энергоиздат, 1988. (стор. 34-35). —. т^ (0 Т™ CD ІО CO р Е, ^ t ••» —* ST « 35016 Заявлений пристрій також має ротор жорстко підвішений на кардановому ПІДВІСІ З пружними перемичками, шарикопідшипникову опору, установлену в корпусі, електропривод обертання ротора Вадами відомого пристрою для динамічного настроювання ДНГ є 1) складність конструкції карданового підвісу (наявність гвинтів, які є, як зазначено вище елементами динамічного настроювання ДНГ, для яких в кільцях підвісу потрібні отвори з різзю) 2) складність розвороту гвинтів на малі кути в процесі динамічного настроювання з метою зрівноважування перевертаючих відцентрових моментів інерції кілець карданового підвісу відновлюючим моментам пружних перемичок кардановому підвісу При досягненні зазначеного зрівноважування повинна виконуватись умова ([1], стор 22) (2 А-С) ю2=2 К, (1) де А - екваторіальний момент інерції кілець карданового підвісу по одній осі, Н м с2, С - осьовий момент інерцп кілець карданового підвісу, Н м с2, о - частота обертання ротора і, ВІДПОВІДНО, кілець карданового підвісу, рад с \ К - кутова жорсткість перемичок карданового підвісу по одній осі, Н м рад 1 Забезпечення виконання умови (1) динамічного настроювання ДНГ при ПОСТІЙНІЙ частоті обертання ротора ( ю = const) і постійних кутових жорсткостях перемичок карданового підвісу можливо при ЗМІНІ екваторіального моменту інерцн кілець карданового підвісу А за допомогою повороту гвинтів в кільцях карданового підвісу Якщо, наприклад, частота обертання ротора перевищує частоту динамічного настроювання ДНГ на 0,10 Гц (0,628 рад с 1 ) , то для забезпечення умови динамічного настроювання ДНГ згідно з формулою (1), необхідно збільшити екваторіальний момент інерци кілець карданового підвісу на 3,9710 1 1 Н м с 2 , що досягається поворотом кожного з восьми гвинтів кілець карданового підвісу вагою 1,7 10 3 Н, довжиною 4,5 10 3 м при кроку різі 0,4 мм на кут 46°53 58 , , 3) відносно низька точність динамічного настроювання ДНГ з таких причин 31) поворот кожного з гвинтів на розрахований кут при невеликих розмірах карданового підвісу (діаметр 21 мм) неможливий, крім того, для збереження статичного балансування ротора з кардановим ПІДВІСОМ поворот всіх парних (непарних) гвинтів в кільцях карданового підвісу повинен проводитись за (проти) годинниковою стрілкою, а всіх непарних (парних) гвинтів - проти (за) годинникової стрілки, З 2) через розкид ваги кожного з гвинтів в межах допусків зміна положення гвинтів в кільцях карданового підвісу призводить до неоднакових змін екваторіального моменту інерції кілець карданового підвісу від кожного гвинта, З 3) після закінчення процесу динамічного настроювання для попередження самозгвинчування гвинтів на кожний гвинт наноситься (6 10 5 1,2 10 4 ) Н клею що призводить до зміни початко во розрахованих величин зміни екваторіальних моментів інерції кілець карданового підвісу В основу винаходу поставлене завдання спрощення конструкції пристрою для динамічного настроювання ДНҐ, спрощення процесу і підвищення точності динамічного настроювання ДНГ за рахунок забезпечення рівності перевертаючих відцентрових моментів інерції кілець карданового підвісу відновлюючим моментам пружних перемичок карданового підвісу, що досягається зміною частоти обертання карданового підвісу, при цьому елементи динамічного настроювання ДНГ розташовані в електроприводі обертання ротора, а як елементи динамічного настроювання ДНГ застосовуються дискретний формувач імпульсу з тривалістю еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахування цього періоду, до входу запуску якого підключені послідовно з'єднані формувач імпульсу з тривалістю плинного періоду обертання ротора для запуску по передньому фронту цього імпульсу дискретного формувача імпульсу з тривалістю еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахування цього періоду, нуль-орган і давач положення ротора, синусоїдний вихідний сигнал якого перетворюється в періодичну послідовність імпульсів, тривалість яких прямопропорцюнальна періоду обертання ротора Суть винаходу пояснюється кресленням Ротор 1, жорстко підвішений на кардановому ПІДВІСІ 2 з пружними перемичками 3, за допомогою осі 4 закріплений у внутрішньому КІЛЬЦІ шарикопідшипниковоі опори 5, закріпленої в корпусі 6 Електропривод обертання ротора 1 виконаний на базі вентильного електродвигуна (ВД) постійного струму, який включає дві фазні обмотки 7 і два давача положення ротора (ДПР) 8, закріпленого в корпусі 6, а також ротор ВД 9, закріплений на осі внутрішнього кільця шариколідшипникової опори 5 ДПР 8 з'єднані з входами подачі опорних напруг цифро-аналогових перетворювачів 10, 11, виконаних на базі мікросхем 572 ПА1, і нуль-органом 12, виконаним на базі компаратора 521СА4, вихід якого з'єднаний з входом формувача імпульсів з тривалістю плинного періоду обертання ротора 13, виконаного на базі двійкового лічильника 533ИЕ5 і логічного елемента 2И-НЕ 533ЛАЗ Вивід формувача імпульсів з тривалістю плинного періоду обертання ротора 13 з'єднаний з Одним із входів тригера знаку різниці еталонного і плинного періоду обертання ротора 14, виконаного на базі D-тригера 533 ТМ2, одним із входів дискретного формувача імпульсу з тривалістю еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15, виконаного на базі каскадно-з'єднаних контролерів синхронізації 589ХЛ4 і з одним із входів формувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного періоду обертання ротора 17, виконаного на базі логічного елемента ИЛИ 533 ЛП5 Вихід задавального генератора 16, виконаного на базі резонатора К1-4АМ-20М-В, з'єднаний з другим входом формувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного періоду обертання ротора 17 » 3S016 другим входом дискретного формувача імпульсу з тривалістю еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього перюду 15, а вихід останнього з'єднаний з другим входом тригера знаку різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 14 і третім входом формувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ ЯКИХ прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 17 Виходи тригера знаку різниці еталонного і плинного періоду обертання ротора 14 і формувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 17, з'єднані з входами лічильника прямого і зворотного рахування імпульсів 18, виконаного на базі реверсивного двійкового лічильника 533ИЕ7, виходи якого з'єднані з другими входами цифроаналогових перетворювачів 10, 11, а їх виходи з'єднані з підсилювачами потужності 19, 20, виконаними на базі високовольтних операційних підсилювачів 140УД1 і транзисторів 2Т818, 2Т819 Виходи підсилювачів потужності 19, 20 з'єднані з фазними обмотками статора ВД7 Працює електропривод обертання ротора таким чином При обертанні ротора 9 в ДПР 8 наводиться синусоїдна напруга з частотою, прямопропорцюнальною частоті обертання ротора 9, ця напруга надходить на входи опорних напруг цифро-аналогових перетворювачів 10, 11 І на нуль-орган 12, що перетворює останнє в прямокутний імпульс, тривалість якого прямопропорцюнальна періоду обертання ротора 9, і, отже, ротора 1 і карданового підвюу 2 Прямокутний імпульс, вироблюваний нульорганом 12, тривалість якого прймопропорцюнальна перюду сигналу ДПР 8 надходить на формувач імпульсу з тривалістю плинного перюду обертання ротора 13, який виробляє імпульси з тривалістю плинного періоду обертання ротора Імпульси з тривалістю плинного періоду обертання ротора надходять на один із входів тригера знаку різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 14, один із входів формувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 17, і на один із входів дискретного формувача імпульсів еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15 для запуску останнього, на другий вхід якого надходять імпульси задавального генератора 16 Крім того, імпульси з тривалістю плинного перюду обертання ротора надходять на один із входів тригера знаку різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 14, на другий вхід якого надходить імпульс дискретного гізормувача імпульсу з тривалістю еталонного перюду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15 Імпульси дискретного формувача імпульсів еталонного перюду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15 надходять на другий вхід тригера знаку різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 14 і на другий вхід фрмувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного періоду обертання ротора 17 і на другий вхід формувача імпульсів, КІЛЬКІСТЬ ЯКИХ прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 17, на третій вхід якого надходять імпульси задавальмого генератора 16 Імпульси тригера знаку різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 14 і формувача імпульсів КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниці еталонного і плинного перюду обертання ротора 17 надходять на входи лічильника прямого і зворотного рахування імпульсів 18, який виробляє керуючі коди, які надходять на цифро-аналогові перетворювачі 10 » 11, що виробляють керуючі напруги які будучи підсиленими підсилювачами потужності 19 і 20. надходять на фазні обмотки статора ВД 8, забезпечуючи обертання ротора 9 Зміна частоти обертання ротора 9 буде продовжуватись доти, поки період імпульсу формувача імпульсу з тривалістю плинного перюду обертання ротора 13 не буде дорівнювати перюду імпульсу дискретного формувача імпульсу з тривалістю еталонного перюду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15, при цьому різниця еталонного і плинного періоду обертання ротора на виході формувача імпульсів КІЛЬКІСТЬ яких прямопропорцюнальна різниц» еталонного і плинного періодів обертання ротора „17, буде дорівнювати нулю і як наслідок, код на виході лічильника прямого та зворотного рахування імпульсів 18 не буде змінюватись Сигнал на виході цифро-аналогових перетворювачів 10, 11 також змінюватись не буде, і частота обертання ротора буде підтримуватись раніш сформованими керуючими напругами на виході підсилювачів потужності 19, 20 Якщо в процесі динамічного настроювання ДНГ виникає необхідність змінити величину перевертаючих відцентрових моментів інерції кілець карданового підвісу 2 то регулюється коефіцієнт перерахунку дискретного формувача імпульсу 3 тривалістю еталонного періоду з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього перюду 15 В результаті цього змінюється тривалість еталонного перюду обертання ротора, а в подальшому робота пристрою відбувається раніш описаним способом, при цьому усталена частота обертання ротора визначається зміненим коефіцієнтом перерахунку дискретного формувача імпульсу еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15 Зміна частоти обертання ротора спричиняє зміну перевертаючих відцентрових моментів інерції кілець карданового підвісу 2 і зрівноважування відновлюючих моментів пружних перемичок карданового підвісу 2 Таким чином забезпечується виконання умови (1) динамічного настроювання ДНГ При частот» обертання ротора пристрою to, що дорівнює 200 Гц, частоті задавального генератора F = 10 МГц, коефіцієнт перерахунку еталонного перюду обертання ротора дискретного формувача імпульсу еталонного перюду К повинен дорівнювати K f. 200 При ЗМІНІ коефіцієнта перерахунку еталонного перюду дискретного формувача імпульсу з 35016 тривалістю еталонного періоду на п (Кі=К+п), частота обертання ротора пристрою буде дорівнювати f-JL-_L_ ~К, " К ± п " Зміна частоти обертання ротора пристрою буде дорівнювати. Д! =!„-! =• 107Гц 200 = 200-50000 ± п 1± п 50000 = 200-200 1± п 50000 200n n 50000 = ~ 250 = 200-200 + 200п 50000 Якщо п=1, то Af= 0,004 Гц, тобто при зміні коефіцієнта перерахунку еталонного періоду дискретного формувача імпульсу еталонного періоду з регульованим коефіцієнтом перерахунку цього періоду 15 на одиницю, частота обертання ротора змінюється на 0,004 Гц. Т ч реалізація винаходу дозволяє спростити конструкцію карданового підвісу (вилучаються з останнього елементи динамічного настроювання), спрощує процес динамічного настроювання ДНГ (розраховується необхідний коефіцієнт перерахунку еталонного періоду дискретного формувача еталонного періоду обертання ротора з регульованим коефіцієнтом цього періоду) та підвищується точність динамічного настроювання ДНГ (дискретність зміни частоти обертання ротора - 0,004 Гц; для одержання такої точності динамічного настроювання ДНГ прототипу кут повороту кожного гвинта повинен дорівнювати 1°523,57 , що практично нездійснено). Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна", 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03