Поплавковые интегрирующие гироскопы

2016-01-01

Прочие

Все большее распространение приобретает стабилизация платформы с акселерометрами при помощи блока поплавковых интегрирующих гироскопов. Будучи очень чувствительными к угловым перемещениям платформы, интегрирующие гироскопы в отличие от силовой стабилизации, прецессируя, не создают сами никакого разгрузочного момента, а только подают сигналы со своих датчиков на разгрузочные двигатели. Поскольку эти сигналы возникают не одновременно q приложением внешнего момента, а только после некоторого отклонения платформы наблюдается нечто вроде мелкого дрожания (вибрации) платформы около среднего положения. Оси роторов интегрирующих гироскопов расположены параллельно трем осям стабилизации платформы — в трех взаимно перепендикулярных плоскостях.

Интегрирующий гироскоп — гироскоп с двумя степенями свободы — можно получить, ликвидировав внешнюю рамку в свободном гироскопе и связав внутреннюю рамку с жидкостным демпфером. Название «интегрирующий» проистекает из задачи, решаемой гироскопом: при вращении платформы сохранить угол поворота рамки пропорциональным углу поворота платформы, т. е. интегралу по времени от угловой скорости вращения платформы.

Поплавковый интегрирующий гироскоп способен интегрировать угловые скорости порядка 5•10-5 рад/сек (0,172 об/мин), т. е. он чувствителен к угловой скорости, примерно равной одному обороту за 1,5 суток. И в то же время он в состоянии интегрировать угловые скорости более 4,5 рад/сек, т. е. более 42 об/мин. Таким образом, отношение максимальной к минимальной скорости измерения составляет 9* 104.

Так как интегрирующий гироскоп в чистом виде способен замерять лишь небольшие углы поворота платформы, для замера больших углов поворота основания он должен непрерывно поворачиваться сам с помощью следящего сервопривода.

Следящий сервопривод. В инерциальной системе следящий сервопривод служит для обеспечения заданной геометрической стабилизации платформы f при любых расчетных изменениях положения самолета в воздухе.

Поскольку гироскопы способны воспринимать малейшие повороты вокруг их входных осей, а акселерометры — улавливать ничтожно малые ускорения, следящие приводы должны быть очень чувствительными к слабым сигналам, выдаваемыми этими приборами, и в ответ на них необходимым образом поворачивать платформу. Быстрота действий следящих систем должна быть чрезвычайно велика, а динамические ошибки — малы.

Составные элементы сервоприводов, такие как электромагнитные усилители, электрические сервомоторы и их редукторы, применявшиеся ранее, отвечают требованиям необходимой точности, линейности, малых постоянных времени и хороших динамических характеристик. Новым устройством, применяемым в сервоприводах, является микросин.

Микросин — высокочастотный сельсин, могущий быть как датчиком, так и задатчиком, причем конструкция микросинов для обоих случаев использования неизменна. Однако микросин-датчик может работать только на переменном токе, а микросин-задатчик — на переменном и постоянном токе.

Микросины-датчики перед потенциометрическими датчиками имеют большое преимущество, состоящее в том, что в них отсутствуют скользящие контакты. Помимо этого, порог чувствительности проволочного потенциометра зависит от диаметра проволоки, а у микросина он практически равен нулю (1/600°), что при диаметре ротора около 18 мм соответствует линейному перемещению полюса ротора относительно полюса статора на 0,26 мк. Следовательно, когда измеряемый угол мал, микросин имеет значительное преимущество перед потенциометром, несмотря на то что вес ротора сильно превышает вес щетки потенциометра.

Для поплавковых интегрирующих гироскопов, внутри которых монтируются микросины-датчики и задатчики, это обстоятельство значения не имеет.

Интеграторы преобразуют поступающий входной сигнал в сигнал другой формы, описываемый интегралом (чаще всего по времени). Например, если на вход интегратора поступает электрическое напряжение, то на выходе с клемм снимается напряжение.

Для навигационных инерциальных систем, где необходимо интегрировать сигналы ускорений в очень большом диапазоне (от тысячной доли до десятков), требуется не только высокая точность, но и работоспособность в широком диапазоне измерения входных величин. Эта проблема решается применением многокаскадных интеграторов.

Сумматоры — устройства, алгебраически суммирующие информацию от двух или нескольких источников. Всякая инерциальная система должна суммировать несколько сигналов. Например, сигнал с программного блока и сигнал обратной связи алгебраически суммируются с сигналом ошибки измерителя координат или с сигналом первого интегратора.

Сумматоры состоят либо из электрических цепей, включающих потенциометры, индуктивные сопротивления и емкости, либо из нескольких каскадов электронных ламп. Чаще всего употребляются сумматоры, построенные на основе потенциометров, делителей напряжения, управляющих обмоток магнитного усилителя и мостовых схем.

Тригонометрические устройства. В инерциальных системах, применяемых в навигации, часто производится умножение измеряемой величины, например скорости (в виде напряжения), на тригонометрическую функцию какого-то угла, допустим, путевого.

Для получения тригонометрических функций синуса и косинуса угла применяются синусно-косинусные потенциометры, а на переменном токе — вращающиеся трансформаторы.

Более сложные тригонометрические зависимости получаются при помощи функциональных потенциометров.

Множительные устройства служат для умножения и деления двух или нескольких величин. Они создаются на потенциометрах с использованием мостовых схем и магнитоэлектрического логометра. Мостовые схемы позволяют умножать и делить величины со значительно большей точностью, чем потенциометрические, так как результат измерения не зависит от сопротивления нагрузки.

Таким образом, благодаря стабилизированной платформе инерциальные системы непрерывно и автоматически, кроме своей основной задачи, попутно определяют курс, углы крена и тангажа, т. е. углы, характеризующие положение самолета относительно плоскостей меридиана и горизонта.

Знание этих величин при известных скорости полета, расстояния и требуемого направления до точки назначения (КПМ, ППМ) необходимо для автоматического управления самолетом при помощи автопилота и автоматизации управления силовыми установками.

Ссыдки по теме: