Одноосный гиростабилизатор

(21) 4888133 (22) 06. 12.90 (46) 07.12.92 (72) Н,Г,Гам грешаев (56) Каргу Л летательных ние, 1988, с Бюл. %45анюк, Д.Н.ГаманюИ. Измерительны аппаратов. М,: М 158-159. и Ю.А.ПоустройствашиностроеЗАТОР скопичезовано в етатель - повыноосный епенный ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО. СССР(54) ОДНООСНЫЙ ГИРОСТАБИЛИ (57) Изобретение относится к гиро ской технике и может бы;ь исполь системах наведения и управления л ных аппаратов. Цель изобретения шение точности стабилизации. Од гиростабилизатор содержит двуст 1779930 А гироскоп 1 с датчиком 2 угла прецессии и датчиком 7 момента, усилитель 3 стабилизации, двигатель 4 стабилизации, акселерометр 5, усилитель 6 коррекции, оптимальный линейный фильтр 8 и переключатель 9. Оптимальный линеййый фильтр 8 включает в себя первый и второй сумматоры, интегратор, первый, второй и третий масштабирующие элементы. В гиростабилизаторе осуществляется разгрузка оси прецессии от действия вредных моментов эа счет оптимального оценивания линейным фильтром ухода гиростабилиэатора и последующей его компенсации путем вйработки управляющих сигналов на датчик момента. 2 ил,5 10 15 20 30 40 45 50 55 Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в системах наведения и управления летательных оппаоатов.Известны одноосные гиростабилизаторы, которые обеспечивают заданную ориентацию стабилизируемого элемента (платформы) относительно одной оси, например адноосный гиростабилизатор силового типа, типовая схема которого включает в себя двухстепенной гироскоп и стабилизируемый объект, расположенные на платформе. Процесс стабилизации в таком гиростабилизаторе сопровождается погрешностями, под которыми понимают отклонение стабилизируемой платформы от заданного в некоторой опорной системе координат положения. Причем влияние вредных моментов, действующих по оси прецессии гироскопа, приводит к нарастающему уходу дрейфу) платформы от первоначального положения.Основными причинами дрейфа являются инструментальные погрешности. Уменьшение этих погрешностей в настоящее время обеспечивается как использованием различных конструктивно-технологических методов, так и использованием внешней информации о формировании управляющих моментов,Прототипом предполагаемого изобретения является одноосный гиростабилизатоо. Основными его элементами являются двухстепенной гироскоп, датчик угла прецессии, акселерометр, усилитель-преобразователь, усилитель, стабилизирующий двигатель, датчик момента. При этом элементы образуют две системы: систему стабилизации и систему коррекции. В системе стабилизации последовательно соединены датчи угла прецессии, усилитель-преобразователь и стабилизирующий двигатель. В системе коррекции последовательно соединены аксеиерометр, усилитель и датчик момента.Определяющим недостатком такой схемы является то, что с момента старта летательного аппарата система коррекции отключается и начинает проявляться некомпенсируемый систематический уход платформы относительно оси стабилизации.Целью предлагаемого изобретения является повышение точности.Это достигается тем, что выходная обмотка датчика угла прецессии дополнительно электрически соединена с оптимальным линейным фильтром, выход которого соединен с датчиком момента, размещенным на оси внутренней оамки двухстепенного гироскопа.На фиг,1 приведена кинематическая схема предлагаемого устройства,Основными ее элементами является двухстепенной гироскоп 1, датчик 2 угла прецессии, усилитель 3 стабилизации, двигатель 4 стабилизации, акселерометр 5, усилитель б коррекции, датчик 7 момента, оптимальный линейный фильтр 8 и переключатель 9, Двухстепенной гироскоп 1 является общим элементом для системы стабилизации и системы коррекции, Система стабилизации представляет собой последовательное соединение датчика 2 угла прецессии, усилитель-преобразователь 3 и стабилизирующий двигатель 4. Система коррекции состоит из двух цепей, первая из которых, состоящая из последовательно соединенных акселерометра 5, усилителя коррекции 6, переключателя 9 и датчика 7 момента, работает при начальной выставке одноосного гиростабилизатора, а вторая, состоящая из последовательно соединенных датчика 2 угла прецессии, оптимального линейного фильтра 8, переключателя 9 идатчика 7 момента, работает после старталетательного аппарата. Срабатывание переключателя 9 происходит в момент старта летательного аппарата,Для пояснения принципа работы предлагаемого устройства рассмотрим уравнение движения одноосного гиростабилизатора. Причем уравнение моментов по оси стабилизации не рассматривается, таккак считается, что работает система стабилизации и суммарный момент по оси стабилизации равен. нулю, С учетом случайногохарактера моментов вредных сил, действующих по оси прецессии гироскопа, рассматриваемые уравнения имеют вид=-рй.Яйр ы, где Н - кинематический момент гироскопа,Мх - возмущающий момент, действующий по оси прецессии гироскопа;а = е - угловая скорость собственного дрейфа, которая представлена случайным процессом с корреляционной функцией К(т) -0 е и реализуется с помощью формирующего фильтра, на выходе которого белый шум ш.Система уравнений (1) с учетом сигнала измерения в векторно-матричной форме запишется следующим образом х= Г,+6 Я С 2) Е= Нх+Ч где хаевектор состояния системы(4) О- входной белый шум единичной интенсивности, т.е,М а Вт) - О д (1-ф О - 1Ч - помеха измерения, представляющая собой белый шум, интенсивность которого равна й = аг;Е - вектор измерения (сигнал, снимаемый с датчика углапрецессии гироскопа),Задача оптимального фильтра состоит вопределении наилучшей оценки дрейфа измерителя е, на основании измерения ф),В соответствии с положениями оптимальной фильтрации Калмана (ОФК) уравнение оптимального фильтра имеет вид20лх(1) - Гх(т)+ К (ф) - Нх(т, (3)где К(1) - матрица коэффициентов усиленияфильтра,х(о) -, Р(о):6, 00 0 Сг гРв Р 1 г Нгдг РаРгггг 21 г гН а 0 0 Ргг Рра Ра+ Р(г нгг РРа 1 цргг 25 Таким образом на вход оптимальноголинейного фильтра поступает сигнал, пропорциональный углу Р, а с выхода - сигна. ллы, пропорциональные оценкам а и е,Система уравнений (8) позволяет по строить структурную схему оптимальногофильтра, которая приведена на фиг.2 и состоит из первого 10 и второго 11 сумматоров, интегратора 12, первого 13, второго 14 и.третьего 15 масштабирующих элементов, 35 отображающих соответственно постоянныекоэффициенты, равные/ЪО)е 1 рь и.Д 1 Из последнего выражения с учетом симметричности матрицы Р можно записатьЬ Рщ Нг г Рг Ог гг- г-Нг г РгР 22=0 (б)Ь г РРгг Нг г Рггу 6 ч=О,аСистема уравнений (6) позволяет найти значения Рг и Рг корреляционной матрицы Р, тогда коэффициенты матрицы усиления оптимального линейного фильтра будут равны(7)На основании результатов (7) уравнениеоптимального фильтра (3) можно записать ввиде системы двух дифференциальныхуравнений первого порядка, связывающихкомпоненты вектора оценки х(т)л л Р Г ЬМ =Е -- Ра(НаЕ =-ОЕ, г 22 Коэффициент усиления К(т) выражаетсячерез ковариационную матрицу Р(т): В свою очередь, Р(1) является решениемматричного дифференциального уравнения+ РРт РНтЯ- Н+ Ст (5) Для решения уравнений (3) и (5) необходимо значение начальных условий, которые в данном случае имеют вид Анализ уравнения (5) показывает, что в настоящем случае, т.к, система (1) является стационарной, данное дифференциальное уравнение выражается в алгебраическое вый неинвератора 10 являход первого масштабирую- еинвертируюра 11, выход тором 12, вывторой масшвертирующим черезтретий с инвертируора 10 и являВ структурной схеме пер тирующий вход первого сумм ется входом фильтра, а вы сумматора 10 через первый щий элемент 13 соединен с н щим входом второго суммато которого соединен с интегра ход которого соединен через табирующий элемент 14 с ин входом второго сумматора 11 и масштабирующий элемент 15 ющим входом первого суммат ется выходом фильтра,1779930 Ухо Составитель А.ТереховТехред М,Моргентал тор И.Савина ободяник ррект Заказ 4429 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина. 1 Сигнал, пропорциональный оценке поступает на управляющие обмотки датчика момента, последний прикладывает к оси прецессии гироскопа компенсирующий момент, который и ликвидирует собственный уход гиростабилиэатора относительно оси стабилизацииПоложительный эффект от использования предлагаемого устройства заключается в уменьшении собственного дрейфа гиростабилиэатора (практически с точностью до ошибок оценок) благодаря разгрузки оси прецессии гироскопа от действия вредных моментов за счет оптимального оценивания линейным фильтром ухода гиростабилиэатора и последующей его компенсацией путем выработки управляющих сигналов на датчик момента.Формула изобретения Одноосный гиростабилизатор, содержащий двустепенный гироскоп с датчиком момента и датчиком угла прецессии, выход которого через усилитель сгабилизации соединен с двигателем стабилизации, последовательно соединенные акселерометр и усилитель коррекции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнител ьно введены перекл юча тель и оптимальный лийейный фильтр,включающий первый и второй сумматоры, интегратор. первый. второй и третий масштабирующие элементы, прй этом выход датчика угла прецессии дополнительно 10 соединен с неинвертирующим входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен через первый масштабирующий элемент с неинвертирующим входом второго сумматора, выход которого соединен с.15 интегратором, выход интегратора соединенчерез второй масштабирующий элемент с инвертирующим входом второго сумматора, через третий масштабирующий элемент соединен с инвертирующим входом первого 20 сумматора и соединен с первым входомпереключателя, выход усилителя коррекции соединен с вторым входом переключателя, а выход переключателя соединен с входом датчика момента,