RU174186U1 - GYRO-COMPASS - Google Patents
GYRO-COMPASS Download PDFInfo
- Publication number
- RU174186U1 RU174186U1 RU2017112125U RU2017112125U RU174186U1 RU 174186 U1 RU174186 U1 RU 174186U1 RU 2017112125 U RU2017112125 U RU 2017112125U RU 2017112125 U RU2017112125 U RU 2017112125U RU 174186 U1 RU174186 U1 RU 174186U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- integrators
- gyro
- amplifier
- adder
- windings
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/02—Rotary gyroscopes
- G01C19/34—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes
- G01C19/38—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes with north-seeking action by other than magnetic means, e.g. gyrocompasses using earth's rotation
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области гироскопической техники и может быть использована в системах навигации. Гирокомпас содержит основание, являющееся опорой прибора, измерительный элемент, при этом оси внешних рамок гироскопических интеграторов размещены соосно и на одной линии, датчики команд через сумматор, усилитель электрически связаны с датчиком момента, установленном на оси внутренней рамки одного из гироинтеграторов, датчики углов гироинтеграторов электрически связаны с обмотками роторов преобразователей координат, а сигнальные обмотки обоих статоров преобразователей координат через второй сумматор и усилитель - с двигателем приведения системы индикации. Техническим результатом является повышение точности и быстродействия в определении ориентирного направления «Север-Юг» и возможность автоматической выставки в заданном направлении каких-либо объектов, нуждающихся в этом. 2 ил.The utility model relates to the field of gyroscopic technology and can be used in navigation systems. The gyrocompass contains a base, which is the support of the device, a measuring element, while the axes of the outer frames of the gyroscopic integrators are placed coaxially and on the same line, the command sensors through the adder, the amplifier are electrically connected to the moment sensor mounted on the axis of the inner frame of one of the gyro integrators, the angle sensors of the gyro integrators are electrically are connected with the windings of the rotors of the coordinate converters, and the signal windings of both stators of the coordinate converters through the second adder and amplifier with the motor Denia display system. The technical result is to increase the accuracy and speed in determining the reference direction "North-South" and the ability to automatically display in a given direction any objects that need it. 2 ill.
Description
Полезная модель относится к области гироскопической техники и может быть использована в системах навигации.The utility model relates to the field of gyroscopic technology and can be used in navigation systems.
Аналогом является гирокомпас «Гироинтегратор и компас», (А.С. №82895 (СССР), 1974), состоящий из корпуса, являющегося опорой и камеры тяжелого гороскопа, имеющего тонкую гибкую тонкую связь с опорой.An analogue is the gyrocompass “Gyrointegrator and compass”, (A.S. No. 82895 (USSR), 1974), consisting of a body, which is a support and a camera of a heavy horoscope, which has a thin flexible thin connection with the support.
Ближайшими прототипом предлагаемого устройства являются: «Гирокомпас» (А.С. №801632 (СССР), 1981 г.), содержащий основание, являющееся опорой прибора, гибкий, тонкий тросик подвеса, измерительный элемент (гирокомпаса), собственно гироскопа.The closest prototype of the proposed device are: “Girokompas” (AS No. 801632 (USSR), 1981), containing a base that is the support of the device, a flexible, thin suspension cable, a measuring element (gyrocompass), the gyroscope itself.
Недостатками известных гирокомпасов являются:The disadvantages of the known gyrocompasses are:
- относительно низкая точность, обусловленная погрешностями гироскопических устройств;- relatively low accuracy due to errors in gyroscopic devices;
- отсутствие возможности использования автоматических устройств для выставки или наведения в заданном направлении каких-либо объектов и низкое быстродействие.- the lack of the ability to use automatic devices for the exhibition or guidance in a given direction of any objects and low speed.
Задачей полезной модели является разработка устройства гирокомпаса, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.The objective of the utility model is to develop a gyrocompass device in which the disadvantages of the analogue and prototype are eliminated.
Техническим результатом является повышение точности и быстродействия в определении ориентирного направления «Север-Юг» и возможность автоматической выставки в заданном направлении каких-либо объектов, нуждающихся в этом.The technical result is to increase the accuracy and speed in determining the reference direction "North-South" and the ability to automatically display in a given direction any objects that need it.
Технический результат достигается тем, что гирокомпас, содержащий основание, являющееся опорой прибора, измерительный элемент, согласно настоящей полезной модели, оси внешних рамок гироскопических интеграторов размещены соосно и на одной линии, датчики команд через сумматор, усилитель электрически связаны с датчиком момента, установленном на оси внутренней рамки одного из гироинтеграторов, датчики углов гироинтеграторов электрически связаны с обмотками роторов преобразователей координат, а сигнальные обмотки обоих статоров преобразователей координат через второй сумматор и усилитель - с двигателем приведения системы индикации.The technical result is achieved by the fact that the gyrocompass containing the base, which is the support of the device, the measuring element, according to the present utility model, the axes of the outer frames of the gyroscopic integrators are placed coaxially and on the same line, the command sensors through the adder, the amplifier are electrically connected to the torque sensor mounted on the axis the internal frame of one of the gyro-integrators, the angle sensors of the gyro-integrators are electrically connected to the windings of the rotors of the coordinate transducers, and the signal windings of both stators call co-ordinates through the second adder and amplifier - with a drive motor display system.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена кинематическая схема гирокомпаса с указанием электрических связей, а на фиг. 2, а, б, - принципиальная схема преобразователей координат. Обозначения на чертежах:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a kinematic diagram of a gyrocompass indicating electrical connections, and FIG. 2, a, b, is a schematic diagram of coordinate converters. Designations in the drawings:
1 и 2 - гироинтеграторы;1 and 2 - gyro integrators;
3 и 4 - датчики команд;3 and 4 - command sensors;
5 - индикатор;5 - indicator;
6, 7 - сумматоры;6, 7 - adders;
8 - усилитель;8 - amplifier;
9, 10, 11 - датчики момента;9, 10, 11 - torque sensors;
12, 13 - преобразователи координат;12, 13 - coordinate converters;
14 - основной усилитель преобразователь;14 - the main amplifier of the Converter;
15 - двигатель приведения;15 - cast engine;
16, 17 - датчики углов;16, 17 - angle sensors;
18, 19 - узкополостные фильтры;18, 19 - narrow-band filters;
20, 21 усилители преобразователя;20, 21 converter amplifiers;
Для фиг. 2, а, б:For FIG. 2, a, b:
- 3-3' - статорные обмотки ПК скрепленные с ГИ;- 3-3 '- PC stator windings bonded with GI;
- 2-2' - статорные обмотки, скрепленные относительно 3-3' на угол 90°;- 2-2 '- stator windings fastened relative to 3-3' at an angle of 90 °;
- 1-1' - роторная обмотка, соединенная с индикатором;- 1-1 '- rotor winding connected to the indicator;
S-N - направление «Север-Юг»;S-N - direction "North-South";
H1 и Н2 - векторы кинетических моментов;H1 and H2 are the vectors of kinetic moments;
ωt - текущее значение угла при повороте ротора;ωt is the current value of the angle when the rotor is rotated;
ϕ - угол первоначального положения роторов гироинтеграторов, относительно направления «Север-Юг».ϕ is the angle of the initial position of the gyro integrator rotors, relative to the North-South direction.
Гирокомпас содержит: два гироскопических интегратора 1, 2, выполненных по классической схеме и размещенных осями внешних рамок гироскопов соосно и на одной линии; систему подстройки, состоящую из двух датчиков команд 3, 4 и датчиков моментов 9, 10, установленных по осям внешних рамок, таким образом, что их роторы непосредственно закреплены на внешних осях гироинтеграторов 1, 2, а статоры - на основании прибора в целом, сумматора 6, усилителя 8 и датчика момента 11, установленного на оси внутренней рамки одного из гироинтеграторов 1, 2; систему индикации, состоящую из двух преобразователей координат 12, 13, роторы которых установлены на осях внешних рамок гироинтеграторов 1, 2, а статоры - подвижно относительно основания, сумматора 7, основного усилителя преобразователя 14 и индикатора 5 с двигателем приведения 15; систему ориентации, включающую в себя датчики углов 16, 17, узкополосные фильтры 18, 19, усилители преобразователя 20 и 21 и преобразователи координат 12, 13.The gyrocompass contains: two
Принцип действия гирокомпаса основан на использовании горизонтальной составляющей вращения Земли и состоит в следующем.The principle of operation of the gyrocompass is based on the use of the horizontal component of the Earth’s rotation and is as follows.
Оба гироинтегратора прецессируют в противоположных направлениях с одинаковыми относительно основания угловыми скоростями, что обеспечивается системой подстройки, т.е. с датчиков команд 3, 4 после сумматора 6 снимается сигнал, пропорциональный углам (α1-α0)-(α2-α0)=αα, который через усилитель 8 подается на датчик момента 11, размещенный по оси внутренней рамки одного из гироинтеграторов (например, 2). В результате обеспечивается равенство угловых скоростей прецессии гироинтеграторов 1 и 2.Both gyro integrators precess in opposite directions with angular velocities identical with respect to the base, which is ensured by a tuning system, i.e. from the sensors of
где ось α1, α2 - углы поворота основания гироскопа.where the axis α 1 , α 2 - the rotation angles of the base of the gyroscope.
Поскольку угловая скорость вращения основания (предполагается угловая скорость вращения Земли) во много раз меньше скоростей прецессии гироинтеграторов, то из уравнения (1) следует, что по осям внешних рамок обоих гироинтеграторов 1 и 2, кроме постоянных по значению внешних возмущающих моментов, будут действовать гармонические моменты, обусловленные вращением Земли, следовательно, в датчиках углов 16, 17 по осям внутренних рамок гироинтеграторов 1 и 2, кроме постоянных по значению сигналов будут иметь место гармонические сигналы с частотой , соответствующей угловой скорости прецессии. С помощью узкополосных фильтров усилителей 18, 19 системы ориентации из результирующих сигналов датчиков углов 16, 17 выделяются гармонические сигналы, пропорциональные:Since the angular velocity of rotation of the base (the angular velocity of rotation of the Earth is assumed) is many times lower than the precession speeds of the gyrointegrators, it follows from equation (1) that along the axes of the outer frames of both
где β - величина угла, соответствующая сигналу (фиг. 1); К1 - коэффициент пропорциональности; mc - масса ротора; - величина отклонения центра масс ротора; Н - кинетический момент; - скорость перемещения гироскопа относительно оси внутренней рамки гироинтегратора; - ускорение перемещения гироскопа относительно оси внутренней рамки гироинтегратора.where β is the angle corresponding to the signal (Fig. 1); To 1 is the coefficient of proportionality; m c is the mass of the rotor; - the value of the deviation of the center of mass of the rotor; H is the kinetic moment; - the velocity of the gyroscope relative to the axis of the inner frame of the gyrointegrator; - acceleration of the movement of the gyroscope relative to the axis of the inner frame of the gyrointegrator.
Таким образом, момент созданной силами инерции относительно оси внешней скорости рамки вызовет прецессию гироскопа относительно оси внутренней рамки с угловой скоростью прецессииThus, the moment created by the forces of inertia about the axis of the external speed of the frame will cause the precession of the gyroscope relative to the axis of the internal frame with the angular velocity of the precess
и связи между ωnpη и β может быть выражена какand the relationship between ω npη and β can be expressed as
где ωnpη - угловая скорость процессии внутренней рамки; Минη - момент сил инерции процессии внутренней рамки.where ω npη is the angular velocity of the procession of the inner frame; M inη is the moment of inertia of the procession of the inner frame.
Сигналы, пропорциональные углам β по уравнению (2), поступают на роторные обмотки, которые фиксированы по направлению относительно векторов кинетических моментов (H1 и Н2) соответственно гироинтеграторов 1, 2 (фиг. 2 а, б) и жестко (неподвижно) с ними связаны. На статорах преобразователей координат размещено по две взаимно перпендикулярные обмотки, то есть синусные 2-2' и косинусные 3-3' обмотки. Причем статоры обоих преобразователей координат 12, 13 через индикатор 5 жестко скреплены между собой и имеют возможность поворачиваться относительно основания вокруг осей внешних рамок гироинтеграторов 2, 1 с помощью двигателя приведения 15 индикатора 5.Signals proportional to the angles β according to equation (2) are fed to the rotor windings, which are fixed in the direction relative to the kinetic moment vectors (H1 and H2) of the
Таким образом, по роторным обмоткам преобразователей координат протекают электрические токи, пропорциональны углу, определяемому по уравнению (2). Тогда в статорных обмотках 2-2', 3-3' будут индуктироваться сигналы:Thus, electric currents flow through the rotor windings of the coordinate transformers, proportional to the angle determined by equation (2). Then in the stator windings 2-2 ', 3-3' the signals will be induced:
Для преобразователя координат 1:For coordinate converter 1:
Для преобразователя координат 2:For coordinate converter 2:
где к1, к2 - коэффициенты передачи; ωкη - значение угловой скорости процессии внешней рамки.where k 1 , k 2 - transmission coefficients; ω kη - the value of the angular velocity of the procession of the outer frame.
Если обеспечить в уравнениях (3, 4) равенство статических коэффициентов передачи, т.е. |к1|=|к2|, то напряжения в одноименных статорных обмотках будут одинаковыми в том случае, когда статоры обоих преобразователей координат 12, 13 в рассматриваемом случае своими синусными обмотками 2-2' расположены в направлении земного меридиана. Иными словами, разностные сигналы углов поворота основания α1-α0 и α2-α0 являются информацией для работы системы индикации. Сигнал после сумматора 7 и усилителя преобразователя 14 поступает на двигатель приведения 15, который обеспечивает равенство углов α1=α2=α.If we ensure in equations (3, 4) the equality of static transmission coefficients, i.e. | k 1 | = | k 2 |, then the voltages in the stator windings of the same name will be the same in the case when the stators of both
Уравнения движения гирокомпаса записываются в предположении, что моменты сил трения и инерции, действующие по осям подвеса обоих гироинтеграторов предельно малы:The equations of motion of the gyrocompass are written under the assumption that the moments of friction and inertia acting along the suspension axes of both gyrointegrators are extremely small:
где и - ускорения по осям η и Z1; Kβ - коэффициент передачи по оси Х1; F(β) - функция управления.Where and - accelerations along the axes η and Z 1 ; K β is the transmission coefficient along the X 1 axis; F (β) is the control function.
Аналогично и для второго гироинтегратора. Система обозначения осей координат и углов отклонений для гироинтегратора 1, показанная на фиг. 1 аналогична и для гироинтегратора 2 только с учетом того, что вектор Н2 направлен в противоположную сторону.Similarly for the second gyro integrator. The designation of the coordinate axes and deviation angles for the
Что касается угла β, то введение системы подстройки значения угла β сводится к нулю. В этом случае, если в выражении (7) отлично от нуля, то в статическом плане решение системы уравнений (7) будет иметь вид:As for the angle β, the introduction of a system for adjusting the value of the angle β is reduced to zero. In this case, if in the expression (7) is nonzero, then in the static plan the solution of the system of equations (7) will have the form:
Как уже отмечалось выше, угловые скорости прецессии гироинтеграторов выбираются значительно большими по сравнению с угловой скоростью движения основания (например, угловой скорости вращения Земли).As noted above, the angular precession velocities of gyrointegrators are chosen to be significantly higher compared to the angular velocity of the base (for example, the angular velocity of the Earth's rotation).
Иными словами, углы прецессии гироинтеграторов 1, 2 за один и тот же промежуток времени будут одинаковыми.In other words, the precession angles of the
Проведенные экспериментальные исследования с помощью компьютерных программ показали практическую реализуемость предложенного устройства и высокую точность в определении направления «Север-Юг».Conducted experimental studies using computer programs have shown the feasibility of the proposed device and high accuracy in determining the direction of "North-South".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112125U RU174186U1 (en) | 2017-04-10 | 2017-04-10 | GYRO-COMPASS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112125U RU174186U1 (en) | 2017-04-10 | 2017-04-10 | GYRO-COMPASS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU174186U1 true RU174186U1 (en) | 2017-10-06 |
Family
ID=60041177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112125U RU174186U1 (en) | 2017-04-10 | 2017-04-10 | GYRO-COMPASS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU174186U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2062985C1 (en) * | 1993-11-17 | 1996-06-27 | Акционерное общество закрытого типа "Момент ЛТД" | Gyro horizon compass for mobile object |
US7121159B2 (en) * | 2002-03-01 | 2006-10-17 | Ganid Productions, Llc | Apparatus and method for gyroscopic propulsion |
RU91160U1 (en) * | 2009-09-07 | 2010-01-27 | Казанский государственный аграрный университет | VIBRATION GYROCOMPAS |
RU2550592C1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (ОАО "ВНИИ "Сигнал") | Stabiliser gyrocompass |
-
2017
- 2017-04-10 RU RU2017112125U patent/RU174186U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2062985C1 (en) * | 1993-11-17 | 1996-06-27 | Акционерное общество закрытого типа "Момент ЛТД" | Gyro horizon compass for mobile object |
US7121159B2 (en) * | 2002-03-01 | 2006-10-17 | Ganid Productions, Llc | Apparatus and method for gyroscopic propulsion |
RU91160U1 (en) * | 2009-09-07 | 2010-01-27 | Казанский государственный аграрный университет | VIBRATION GYROCOMPAS |
RU2550592C1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (ОАО "ВНИИ "Сигнал") | Stabiliser gyrocompass |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2591697A (en) | Stable reference apparatus | |
CN103196436B (en) | Five-freedom active magnetic bearing type dual-axis angular rate gyroscope | |
CN112179340A (en) | Double-shaft rotation modulation method for redundancy configuration inertia measurement unit | |
US4472978A (en) | Stabilized gyrocompass | |
RU2436046C1 (en) | Gyrohorizoncompass with inertia measurement unit rotation | |
US2631455A (en) | Stable reference apparatus | |
RU174186U1 (en) | GYRO-COMPASS | |
RU2550592C1 (en) | Stabiliser gyrocompass | |
US2603003A (en) | Gyroscopic instrument | |
US2970382A (en) | Gyro-compass | |
US3855711A (en) | Gyrocompass | |
RU175218U1 (en) | Three-component angular velocity meter based on a Kovalevskaya gyroscope with a spring suspension | |
Bogolyubov et al. | Astatic gyrocompass based on a hybrid micromechanical gyroscope | |
RU2771918C2 (en) | Gyroscope | |
RU2571199C1 (en) | Stabilised gyrocompass system | |
RU2728733C1 (en) | Gyroscope | |
US2986944A (en) | Induction gyroscope torquer and related gyroscopic apparatus | |
JPH0352002B2 (en) | ||
CN108872636B (en) | Two-axis frame pendulum accelerometer | |
Anderson | Inertia navigation systems | |
US3815428A (en) | Gyrocompasses | |
RU2601240C1 (en) | Stabilized gyrocompass system | |
RU2653155C1 (en) | Dynamically tuned gyroscope | |
RU2617136C1 (en) | Gyrocompass system | |
JPH0131568B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171222 |