Электромеханические чувствительные элементы инерциальных навигационных систем (ИНС)

Гироскоп с магнитным подвесом сферического ротора (МСГ). Это еще один тип гироскопа с неконтактным подвесом ротора. Принцип построения такого гироскопа аналогичен ЭСГ, но в нем в качестве поддерживающих сил в подвесе ротора использованы силы магнитного взаимодействия ферритового ротора с полями, создаваемыми статорами магнитного подвеса.

Рис. 1 - Схема МСГ

Схема МСГ показана на рис. 1.

Достоинствами такого гироскопа являются относительная простота реализации пассивного резонансного магнитного подвеса, отсутствие высоких напряжений в системе подвеса, возможность создания корректируемого гироскопа для малогабаритных карданных систем с автокомпенсацией. Подобный тип гироскопа разрабатывается только в России.

К недостаткам МСГ следует отнести малую перегрузочную способность, большое время готовности, проблемы безаварийных посадок ротора.

Поплавковые гироскопы (ПГ). Этот класс гироскопов в 60-80-х годах являлся основным типом ЧЭ, наиболее широко использовавшимся в системах гироскопической стабилизации, навигации и управления.

Принцип подвеса носителя кинетического момента (ротора гиромотора) использует архимедовы силы с непрерывной, гладко распределенной эпюрой поддерживающих сил. Для создания ПГ необходимо разработать камеру с установленным в ней гиромотором, поместить эту камеру в вязкую жидкость, плотность которой равна удельной плотности камеры, снабдить это устройство датчиком угла поворота камеры относительно корпуса гироскопа и датчиком момента.

Для прецизионных ПГ необходима система статирования температуры поддерживающей жидкости. В большинстве применений используются двухстепенные ПГ с цилиндрической поплавковой камерой, которые в зависимости от схемы включения, могут работать как интегрирующие гироскопы, используемые в качестве ЧЭ систем гироскопической стабилизации или, при введении упругой связи при угловом рассогласовании с корпусом, как датчики угловой скорости. Трехстепенные ПГ представляют собой позиционные гироскопы и используются в карданных системах гиростабилизации.

Схема двухстепенного ПГ показана на рис. 2.

Рис. 2 - Схема двухстепенного ПГ

Эти приборы отличаются высокой надежностью, устойчивостью к механическим перегрузкам, возможностью создания прецизионного управления гироскопом, большим ресурсом. Модели дрейфа таких гироскопов достаточно хорошо изучены и практически используются. К недостаткам таких приборов следует отнести их высокую чувствительность к изменениям внешнего температурного поля, сложность изготовления и, соответственно, достаточно высокую стоимость. Реально достижимая точность ПГ (стабильность дрейфа при горизонтально расположенной оси кинетического момента) без особых усилий и затрат на отработку гироскопов может находиться в пределах 0,002-0,005 град/ч.

Гироскоп с электростатическим подвесом сферического ротора (ЭСГ). Этот тип гироскопа - несомненный лидер в ряду прецизионных гироскопов, точностные характеристики которого подтверждены в последние десятилетия практической реализацией в карданных системах. Практическая задача создания ЭСГ сводится к формированию такого подвеса, созданию систем разгона ротора, демпфирования его нутационных колебаний, стабилизации скорости вращения и съема информации об угловом положении ротора в корпусной (связанной) системе координат. Схема ЭСГ представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Схема ЭСГ

Здесь показаны две возможные раздельно или совместно применяемые системы считывания информации об угловом положении ротора. Несмотря на кажущуюся простоту построения ЭСГ, практическая реализация его принципов требует привлечения и разработки многих технологий высокого уровня. Поэтому такие гироскопы реально разработаны только в США, России и Франции. Потенциальная точность ЭСГ обусловлена влиянием на его погрешности относительно малого числа физических факторов, а также большой стабильностью его параметров. Это позволило с достаточно хорошим приближением решить важную для каждого типа гироскопов задачу - создание модели его дрейфа.

Точность таких приборов в карданных системах с автокомпенсацией и алгоритмической компенсацией с использованием моделей дрейфа в ближайшие годы может приблизится к 10-6 град/ч.

Статья в тему

Электромеханический следящий привод робота
Разработать электромеханический следящий привод «плечевой» степени подвижности двухзвенного плоского манипулятора робота, кинематическая схема которого изображена на рис. 1. Рис 1. Расчётная кинематическая схема манипуляционного механизма. Основные технические требова ...