Маятниковый кренодифферентометр

)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕ ОПИСАНК АВТОРСКОМ У ЕТЕЛ(57) Область использования: ние, в частности в устройств ления углов ориентации обьектов с помощью блока акселерометров, укрепленн ском маятнике. Сущность из вьшение точности кренодиф достигается установкой аксе и 11 на определенном, зада нии от верхнего конца маятни печи вается невозмуща горизонтальной линейной ви вания. Причем это расстояние с учетом расстояния от верх ятника до его центра масс и уса инерции маятника. 1 ил,%41технический институт им,Октябрьской социэлистиий, В.В, Демьяненко, В.Мдоров и С.В,ШаповалМ 3537307,970,идетельство СССРС 9/12, 1977,(54) МАЯТНИКОВЫЙ КРЕНОДИФФЕРЕТОМ ЕТР(21) 4840236/10 (22) 16,04,90 (46) 07.11.92. Бюл, (71) Киевский поли 50-летия Великой ческой революции (72) М,А. Павловск Слюсарь, В.Н. Фе (56) 1,Патент США кл,8 01 С 23/00, 12,Авторское с М 678286, кл. 6 01 774169 А 1 приборостроеах для опредеподвижных гироскопов и ьх на физичеобретения; поферентометра лерометров 10 нном расстояка 1, чем обесемость их брацией осноопределяется него конца мас учетом радиИзобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения углов ориентации подвижнь 1 хобьектов с помощью блока гироскопов иакселерометров, укрепленных на пространственном физическом маятнике.Известен маятниковый кренодифферентометр с самокомпенсацией (см,патентСША В 3537307, кл. 73-178, 1970), состоящий из пространственного физического маятника, управляемого датчиками моментов,расположенными на осях подвеса маятника, от акселерометров, укрепленных на телефизического маятника,Недостатком указанного устройства является невысокая динамическая точность,особенно при угловом движении обьектэ,В качестве прототипа выбран маятниковый кренодифферентометр (см.а/с М6782286, кл, 6 01 С 9/12, 1977), содержащийпространственный физический маятник, наосях подвеса которого расположены датчики углов крена и дифферента и датчики момента, управляемые черезусилительно-преобразующие блоки от акселерометров и гироскопических измерителей параметров углового движения,установленных на маятнике,Недостатком известного маятниковогокренодифферентометра является невысокая точность в реальных условиях эксплуатации, т.е. при действии на маятниквибрации, конвективных воздушных потоков, температурных полей и пра такжеотсутствие возможности определения с егопомощью третьего угла, характеризующегоориентацию объекта в географической системе координат, - азимута.Цель изобретения - повышение точности кренодифферентометра, а также расширение его функциональных возможностейпутем определения азимута некоторогофиксированного в теле маятника направления и повышение точности определенияазимута,Повышение точности кренодифферентометра достигается установкой акселерометров на маятнике на расстоянииот еговерхнего конца, определяемом из соотношения где - расстояние от верхнего конца маятника до его центра масс;г - радиус инерции мая; ника.Расширение функциональных возможностей кренодифферентометра достигается 15 20 25 30 35 40 45 50 55 за счет определения азимута некоторого неизменно ориентированного в теле маятника направления путем анализа сигналов гйроскопических измерителей параметров углово го движения, расположенных нэ маятнике, с учетом отклонения последнего от вертикали места, определяемого экселерометрами. Повышение точности определения аэимута достигается за счет выполнения маятника из двух - верхней и нижней частей, исоединения их между собой упругим элементом, причем гйроскопические измерители параметров углового движения иакселерометры располагаются на нижней части маятника. При таком расчленении маятника наличие сухого трения в осях подвесэ кренодифферентометра не оказывает существенного влияния на точность вертикализации нижней части маятника, ибо это влияние заметно ослаблено благодаря наличию упругого элемента. Более высокая точность вертикалиэации нижней части маятника позволяет более точно определять углы отклонения нижней части маятника от вертикали с помощью акселерометров, что приводит к более точному учету влияния на показания гироскопических измерителей параметров углового движения вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли, то есть в конечном итоге, к повышению точности определения азимута.Предлагаемый кренодифферентометр существенно отличается от извЕстных схем маятниковых кренодифферентометров- характерным, определяемым приведенным в описании соотношением, местом расположения акселерометров, в котором сигнал последних не зависит от горизонтальной вибрации места установки кренодифферентометра в объекте; это позволяет во-первых, использовать акселерометры с низким верхним пределом измерения, то есть практически прецизионные нуль-индикаторь 1 ускорений,во-вторых, управлять маятником по информации (полученное с акселерометров), о вредных моментах, не зависящих от ускорений (конвективные потоки, температурная нестабильность и пр,),в-третьих, в случае расположения измерителей параметров углового движения вблизи указанных характерных точек уменьшить погрешности этих датчиков (вследствие уменьшения ускорений, действующих на них), что приведет к повышению эффективности управления маятником и, в конечном итоге, к повышению точности кренодифферентометра;10 20 25 30 35 40 45 50 55- дополнительной возможностью определения азимута некоторого фиксированного в теле маятника направления, полученной благодаря соединению вторых выходов измерителей параметров углового движения, а также вторых выходов акселерометров через вычислительный блок с указателем азимута;- наличием упругого элемента, связывающего верхнюю и нижнюю части маятника, и обеспечивающего малое воздействие момента сухого трения в осях подвеса на нижнюю часть маятника; кроме того, упругий элемент является, по существу, элементом системь 1 пассивной виброзащиты нижней части маятника.Наличие новых свойств, не совпадающих со свойствами известных решений, дает возможность сделать вывод, что данное решение соответствует критерию "существенные отличия".На чертеже изображена кинематическая схема кренодифферентометра.Он содержит пространственный физический маятник, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, соединенных между собой упругим элементом 3, на осях подвеса которого установлены датчики крена 4 и дифферента 5, Для управления движением маятника на осях подвеса установлены также датчики 6 и 7 момента. Управляющие воздействия датчиков момента формируются через усилители 8 и 9 по сигналам акселерометров 10 и 11 и через усилительно-преобразующие блоки 12 и 13 - по сигналам гироскопических измерителей 14 и 15 параметров углового движения, Акселерометры 10 и 11, а также измерители 14 и 15 параметров углового движения установлены на нижней 2 части физического маятника,Для определения азимутального положения нижней части маятника вторые выходы измерителей 14 и 15 параметров углового движения, а также вторые выходы акселерометров 10 и 11 соединены через вычислительное устройство 16 с указателем азимутэ 17.Гироскопические измерители 14 и 15 параметров углового движения с помощью усилительно-преобразующих блоков 12 и 13 и датчиков 6 и 7 момента формируют вдоль осей подвеса моменты, пропорциональные углу, угловой скорости и угловому ускорению физического маятника, что эквивалентно введению так называемых "фиктивных" параметров - жесткости, коэффициента демпфирования и момента инерции, Это позволяет в широких пределах управлять амплитудно-частотной характеристикой физического маятника,Акселерометры 10 и 11 также управляют через усилители 8 и 9 датчиками момента, однако, они, будучи расположенными нэ расстоянииот верхнего конца маятника (в случае отсутствия упругого элемента 3) или от верхнего конца нижней 2 части маятника (в случае наличия упругого элемента 3) не воспринимают действия вибрации на маятник (либо его нижнюю часть), Сигнал акселерометра появляется вследствие отклонения маятника (нижней части маятника) от вертикали из-за наличия других причин - воздействия конвективных потоков воздуха, перемещения центра масс маятника (его нижней части) вследствие изменения температуры и пр. Указанные возмущения оказывают существенно меньшее воздействие на маятник(нижнюю часть маятника) по сравнению с вибрацией, поэтому для их определения можно в качестве акселеоометров использовать высокоточные нуль- индикаторы ускорений, по сигналам которых можно либо осуществ-" лять более точное управление положением маятника, либо точно вычислять его положение относительно вертикали,Упругий элемент 3, введенный между верхней 1 и нижней 2 частями маятника, играет двоякую роль: во-первых, вследствие своей гибкости он существенно ослабляет действие момента сил сухого трения в осях подвеса маятника на его нижнюю часть, а во-вторых, при действии горизонтальной вибрации он является элементом системы пассивной виброзащиты нижней части маятника, Таким образом, введение упругого элемента 3 способствует более точной вертикализации нижней 2 части маятника и созданию для нее более комфортных" условий в смысле работы в условиях вибрации.На неподвижном объекте маятник (нижняя часть маятника) в результате действия на его оси подвеса управляющих моментов, а также под действием сил собственного веса, после окончания переходного процесса будет приведен в положение, близкое к вертикальному и будет двигаться вблизи этого положения с пренебрежимо малыми угловыми скоростями, При этом гироскопические измерители параметров улового движения 14 и 15 определят две взаимно перпендикулярные составляющие проекции вектора угловой скорости вращения Земли на плоскость, перпендикулярную вертикальной оси маятника, а акселерометры - отклонения оси маятника от вертикали места в двух взаимно перпендикулярныхгде - расстояние от верхнего конца маятника до его центра масс,г - радиус инерции маятника. Составитель С. ЮмашевТехред М.Моргентал Корректор С,Пекарь Редактор С.Кулакова Заказ 3919 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 плоскостях. По данным указанных измерений вычислитель 16 произведет определение азимута фиксированного в теле маятника направления, например из соотношения; 5 ггде о) х и и) г - выходные сигналы гиро скопических измерителей параметров углового движения; д иу - углы отклонения маятника(нижней части маятника) от вертикали места, измеренные акселерометрами; р г - географическая широта места, 20Указатель азимута 17 служит для индикации информации об азимуте, и может быть выполнен либо как стрелочный, либо как цифровой индикатор,Применение предложенного устройст ва позволит:- во-первых, в результате расположения акселерометров в специально выбранном месте и появившейся вследствие этого возможности определения малых возмуще ний, действующих на маятник (нижнюю часть маятника), - осуществить более точное управление маятником либо более точное вычисление его положения относительно вертикали; 35- во-вторых, имеющимися средствами определить ориентацию объекта не только относительно плоскости горизонта, но и относительно плоскости меридиана, что избавит от необходимости использования дополнительных средств азимутальной ориентации;- в-третьих, при использовании достаточно "мягкого" упругого элемента существенно (в десятки раз) повысить точность вертикализации нижней части маятника, что в свою очередь повысит точность определения азимута гироскопическими измерителями параметров углового движения и акселерометрами,Ф ор мула изобретен и я Маятниковый кренодифферентометр, содержащий физический маятник, на осях подвеса которого расположены датчики углов крена и дифферента и датчики момента, управляющие входы которых подключены через усилительно-преобразовательные блоки к соответствующим акселерометрам и гигроскопическим измерителям параметров углового движения, установленным на маятнике, отли ча ю щий с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной поступательной вибрацией основания, акселерометры расположены на расстоянии Е от верхнего конца маятника, определяемом из выражения: