Гіростабілізатор

1 Гіростабілізатор, що містить платформу, встановлений на платформі проблок з датчиком кута і датчиком моменту двоступеневого гіроскопа, послідовно сполучені підсилювач силової стабілізації, вхід якого сполучений з датчиком кута проблока, і двигун стабілізації, сполучений через редуктор з платформою, встановлений на платформі маятниковий акселерометр і послідовно сполучені блок форматування сигналу керування, вхід якого сполучений з виходом маятникового акселерометра, і перетворювач коданалог, вихід якого сполучений з входом датчика моменту проблока, при цьому проблок встановлений на платформі так, що його вісь чутливості співпадає з напрямом осі стабілізації гіростабілізатора, а маятниковий акселерометр встановлений на платформі так, що його вісь чутливості співпадає з напрямом місцевої вертикалі при установці платформи в горизонт, який відрізняється тим, що в нього додатково введені інтегруючий гіроскоп поплавця з датчиком кута і датчиком моменту, датчик температури і нагрівальний елемент, встановлений на корпусі гіроскопа, підсилювач, вхід якого сполучений з датчиком температури, а вихід - з нагрівальним елементом гіроскопа 2 Гіростабілізатор за п 1, який відрізняється тим, що в нього введені три комутатори, входи яких сполучені з датчиком температури гіроскопа, чотири коректуючі підсилювачі, входи яких сполучені з датчиком кута гіроскопа і чотириканальний електронний комутатор, кожний аналоговий вхід якого сполучений ВІДПОВІДНО З виходом кожного коректуючого підсилювача, а кожний керуючий вхід чотириканального електронного комутатора сполучений ВІДПОВІДНО З виходом кожного компаратора, причому вихід чотириканального комутатора сполучений з виходом підсилювача силової стабілізації 00 Винахід стосується гіроскопічного приладобудування і призначений для використовування на об'єктах, що рухаються, для кутової стабілізації в просторі різних приладів і пристроїв Особливість експлуатації гіростабілізаторів встановлених на об'єктах, що рухаються, пов'язані з необхідністю забезпечувати високу точність стабілізації приладів і пристроїв при кутових коливаннях об'єктів, що рухаються, які працюють в умовах зміни кліматичної температури від -60 до 50°С і мають малий час готовності до роботи ВІДОМІ гіростабілізатори для стабілізації приладів і пристроїв в просторі, що містять платформу з проблоком і пристрій розвантаження (див а с СРСР 1490920/40-23 кл Mn«G01c21/18 від 1970р і а с СРСР 1820215 А1 кл МПК G 01с21/18 від 1990р) З відомих гіростабілізаторів найбільш близьким по технічній суті є одновісний гіростабілізатор з двоступеневим гіроскопом описаний в а с СРСР №1820215 А1 кл МПК G 01 с21 /18 від 1990р містить платформу, встановлений на платформі проблок з датчиком кута і датчиком моменту двоступеневого гіроскопа, послідовно сполучені підсилювач силової стабілізації, вхід якого сполучений з датчиком кута гіроскопа, і двигун стабілізації, сполучений через редуктор з платформою, встановлений на платформі маятниковий акселерометр і послідовно сполучені блок формування сигналу управління, вхід якого сполучений з виходом маятникового акселерометра, і перетворювач коданалог, вихід якого сполучений з в ходом датчика моменту проблока, при цьому проблок встановлений на платформі так, що його вісь о (О ю 56098 чутливості співпадає з напрямом осі стабілізації гіростабілізатора, а маятниковий акселерометр встановлений на платформі так, що його вісь чутливості при установці платформи в горизонт співпадає з напрямом місцевої вертикалі Однією з важливих властивостей гіростабілізатора стабілізувати в просторі з необхідною точністю різні прилади і пристрої Точність стабілізації визначається моментом інерції платформи щодо осі стабілізації Даний прототип гіростабілізатора побудований за принципом силової стабілізації Відомо, ЩО ДЛЯ силової стабілізації збільшення моменту інерції платформи приводить до зменшення нутаційної частоти гіростабілізатора і, як наслідок, знижує крутизну характеристики каналу стабілізації і точність стабілізації, а також зменшує робочу смугу частот гіростабілізатора При великих моментах інерції платформи силова стабілізація стає малоефективною Одночасно підвищення коливальної каналу стабілізації приводить до зменшення запасів СТІЙКОСТІ, І ДЛЯ неї небезпечні ЗОВНІШНІ обурення, частота яких рівна або близька нутаційній частоті Все вище перераховані складові обмежують можливість забезпечення високої точності гіростабілізатора за прототипом Задачею даного винаходу є створення гіростабілізатора високої точності і зменшення часу готовності гіростабілізатора, працюючого в широкому діапазоні кліматичної температури від 60 до 50°С Поставлена задача досягається тим, що в гіростабілізатор, що містить платформу, встановлений на платформі проблок з датчиком кута і датчиком моменту двоступеневого гіроскопа, послідовно сполучені підсилювач силової стабілізації, вхід якого сполучений з датчиком кута проблока, і двигун стабілізації, сполучений через редуктор з платформою, встановлений на платформі маятниковий акселерометр, і послідовно сполучені блок форматування сигналу управління, вхід якого сполучений з виходом маятникового акселерометра, і перетворювач коданалог, вихід якого сполучений з входом датчика моменту проблока, при цьому проблок встановлений на платформі так, що його вісь чутливості співпадає з напрямом осі стабілізації гіростабілізатора, а маятниковий акселерометр встановлений на платформі так, що його вісь чутливості співпадає з напрямом місцевої вертикалі при установці платформи в _ горизонт, згідно з винаходом, додатково введені інтегруючий гіроскоп поплавця з датчиком кута і датчиком моменту, датчик температури і нагрівальний елемент, встановлений на корпусі гіроскопа, підсилювач, вхід якого сполучений з датчиком температури, а вихід - з нагрівальним елементом гіроскопа Крім того, в гіростабілізатор введені три комутатори, входи яких сполучені з датчиком температури гіроскопа, чотири коректуючі підсилювачі, входи яких сполучені з датчиком кута гіроскопа і чотирьохканальний електронний комутатор, кожний аналоговий вхід якого сполучений ВІДПОВІДНО з виходом кожного коректуючого підсилювача, а кожний управляючий вхід чотирьохканального електронного комутатора сполучений ВІДПОВІДНО з виходом кожного компаратора, причому, вихід чотирьохканального комутатора сполучений з виходом підсилювача силової стабілізації На фіг 1 показана функціонально-кінематична схема запропонованого гіростабілізатора Гіростабілізатор містить платформу 1, на якій встановлені маятниковий акселератор 2 і інтегруючий гіроскоп поплавця 3 з датчиком кута 4, датчиком моменту 5 і гіроскопом 6, підсилювач силової стабілізації 7, вихід якого сполучений з двигуном стабілізації 8, редуктор 9, сполучаючий двигун 8 з платформою 1, блок формування сигналу управління 10, вхід якого сполучений з виходом маятникового акселерометра 2, перетворювач код-аналог 11, вхід якого сполучений з виходом блоку формування сигналу управління 10, а вихід -з датчиком моменту гіроскопа 5, встановлений на корпусі гіроскопа З датчик температури 12, підсилювач 13, вхід якого сполучений з датчиком температури 12, встановлений на корпусі гіроскоп 3 нагрівальний елемент 14, вхід якого сполучений з виходом підсилювача 13, компаратори 15, 16 і 17, входи яких сполучені з датчиком температури 12, чотирьохканальний електронний комутатор 18, управляючі входи якого сполучені ВІДПОВІДНО з виходами компараторів 15, 16 і 17, коректуючі підсилювачі 19, 20, 21 і 22, входи яких сполучені з виходом датчика кута 4, а вихід кожного - з ВІДПОВІДНИМ аналоговим входом чотирьохканального електронного комутатора 18, вхід якого сполучений з входом підсилювача силової стабілізації 7 Запропонований гіростабілізатор з інтегруючим гіроскопом поплавця працює таким чином При включенні гіростабілізатора, наприклад, при температурі навколишнього середовища 60°С, відбувається розгін продвигуна 6 до номінальної швидкості Одночасно подається сигнал з датчика температури 12 через підсилювач 13 на елемент, що нагрівається, 14 при цьому відбувається нагрів гіроскопа З Залежність зміни температури гіроскопа З, включення і демпфуючу рідину, від часу включення приведена на фіг 2 Якнайкращі динамічні характеристики та характеристики точності стабілізатор досягає при температурі гіроскопа близькій 70°С На цю температуру налаштований вбудований в підсилювач 13 компаратор сигналу датчика температур Ця температура автоматично підтримується в гіроскопі протягом всієї подальшої роботи Точність гіростабілізатора залежить від температури демпфуючої рідини і зображена на фіг 3, характерна ДвО (t°C) Як випливає з фіг 2 нижню межу температур +30°С (для гіршого випадку 1=-60°С) І ТОЧНІСТЬ = 20кут сек (див фіг 2,3), гіростабілізатор досягає за час = 25хв Протягом цих 25хв точність стабілізації набагато нижче за потрібну, тобто гіростабілізатор не готовий до виконання заданих вимог, поточності стабілізації і часу готовності Причиною великої залежності точності 56098 стабілізації від температури є зміна демпфуючих властивостей рідини в гіроскопі Залежність коефіцієнта в'язкості рідини від температури, а отже, і коефіцієнта загасання нутаційних коливань гіроскопа наведена на фіг 4 Як видно з фіг 4 діапазон зміни коефіцієнта £, дуже широкий і при температурі = 30°С коефіцієнт =1 Одночасно зі зміною температури гіроскопа, змінюються і амплітудно-частотні характеристики гіростабілізатора (Див фіг 5-фіг 8) Де ат(\л/) позначені амплітудо-частотної характеристики На фіг 5 - при температурі гіроскопа - 45°С, на фіг 6 - при температурі гіроскопа - 20°С, на фіг 7 - при температурі гіроскопа + 5°С, на фіг 8 - при температурі гіроскопа +30°С На фіг 5 -фіг 8 видно, що амплітуда логарифмічної частотної характеристики змінюється послідовно для низьких частот 20дц/дек для середніх частот - 40дц/дек, для високих частот - 60дц/дек Коефіцієнт посилення амплітудно-частотної характеристики і граничні частоти на середній частоті і високій частоті збільшуються з підвищенням температури гіроскопа Передавальна функція некоректованого розімкненого контура гіростабілізатора описується виразом 6 підсилювачів 19, 20 і 2 1 , ВІДПОВІДНО Для коректуючого підсилювача передавальна функція вибрана вигляду Wk (1) де К, - добротність амплітудно-частотної характеристики розімкненого контура (коефіцієнт умови Аоі(со) при со=1), Ти, і Т,2 - ПОСТІЙНІ часу на середніх і низьких частотах ЛАЧХ, для ділянки і=1, і=2, і=3 (див фіг 4, фіг 5-фіг 8) Причому, при температурі гіроскопа t=30°C (Див фіг 8) логарифмічна амплітудна характеристика змінюється від - 20дп/дек в низькочастотній і середньочастотній області на 60дц/лек у високочастотній області Це підтверджує, що коефіцієнт загасання £30°C Т4 - постійна часу перегину амплітудночастотної характеристики З теорії автоматичного управління відомо, що при £>1 передавальна функція (1) перетвориться в передавальну функцію (2) причому ТИ*Т|2 Забезпечення необхідної точності і СТІЙКОСТІ ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ в гіростабілізаторі (див фіг 1) за рахунок введення коректуючих підсилювачів 19, 20, 21 з передавальними функціями вигляду VW (4) де Kik -добротність коректуючих підсилювачів (19, 20, 21), Ти, Т,2, Тіз, Т,4 - ПОСТІЙНІ часу коректуючих W T 2 S + 1)(T 3 S + 1) 1 (5) де КК22 добротність коректуючого підсилювача 22, Ті, Ї 2 , Тз, Ї 4 - постоянные часу передавальної функції коректую чого підсилювача 22 Вигляд амплітудно-частотних характеристик для різних температурних діапазонів гіроскопа наведені на фіг 5-фіг 8 (фіг 5 - для - 45'C