Роторные вибрационные гироскопы роторные вибрационные гироскопы

К роторным вибрационным гироскопам (РВГ), нашедшим в последние годы широкое применение в гироскопических системах ориентации, относят измерители абсолютной скорости основания, в которых гироскопический момент, обусловленный переносным вращением основания, вызывает угловые колебания ротора — носителя кинетического момента. Эти колебания и содержат информацию об измеряемой угловой скорости.

Наиболее распространены два типа роторных вибрационных гироскопов— с двумя и тремя степенями свободы. Рассмотрим особенности работы РВГ с двумя степенями свободы.

Кинематическая схема двухстепенного РВГ с вращающимся подвесом представ­лена на рис. 2,3.

Рис. 2.3. Схема двухстепенного РВГ с вра­щающимся подвесом:

1 — основание; 2 — приводной двигатель; 3.— вал двигателя; 4 — торсионы; 5 — ротор; 6 — блок выделения _x _y

На основа­ми 1 установлен приводной двигатель 2, на валу 3 которого с помощью торсионов 4 укреплен ротор 5. Торсионы 4 имеют конечную жесткость нa кручение (вокруг оси Т) и существенно большую жесткость на изгиб. Практически жесткость можно принять равной бесконечности. Ротор имеет две степени свободы относительно основания — он вращается вместе с валом приводного двигателя с угловой скоростью  и может поворачиваться относительно вала вокруг оси торсионов Т с угловой скоростью . Сущность измерения угловой скорости основания этим устройством можно пояснить следующим образом. При вращении основания с абсолютной угловой скоростью, вектор которой лежит в плоскости Оху, перпендикулярной оси вала, возникает гироскопический момент М_гир; его проекция на ось торсионов Т и поворачивает ротор вокруг этой оси со скоростью . Поскольку ротор вращается с собственной угловой скоростью, проекция М_гир на ось торсионов изменяется по гармоническому закону с частотой и, ротор колеблется вокруг оси торсионов так же с частотой . Амплитуда этих колебаний зависит от величины измеряемой угловой скорости , а фаза зависит от соотношения _x,_y — проекций  на оси основания Ох, Оу. С датчика угла поворота ротора вокруг оси торсионов (на рис. 2.3 не показан) полезный сигнал поступает на вход устройства 6, включающего множительные звенья и фильтры Ф₁ ,Ф₂. На выходе этого устройства — сигналы, пропорциональные абсолютным угловым скоростям вращения основания вокруг осей Ох и Оу. Таким образом, двухстепенной РВГ является одноканальным двумерным измерителем угловой скорости.

В этом случае в качестве выходного сигнала могут быть использованы как постоянные составляющие углов и , так и амплитуды их гармонических составляющих. Разделе­ние гармонического сигнала по  или по  на компоненты, про­порциональные_x _y, может быть осуществлено с помощью фазочувствительного выпрямителя, в котором в качестве опорного сигнала используются гармонические колебания с удвоенной частотой собственного вращения ротора 2.

Таким образом, съем сигнала двухстепенного РВГ может быть принципиально осуществлен во вращающейся вместе с ротором и в не вращающейся связанной с корпусом системах координат на основе использования гармонических и постоянных составля­ющих выходного сигнала. Выбор способа съема неоднозначен и во многом определяется как возможностями его технической реализации, так и возможностью достижения при этом мини­мальных погрешностей. Следует, однако, иметь в виду, что съем на основе использования гармонических составляющих выходного сигнала с точки зрения простоты и точности измерения является предпочтительным.

Заметим, что роторный вибрационный гироскоп с двумя сте­пенями свободы, обладающий симметричным ротором (J_x=J_у), получил название гироскопа Сейвета. Сравнительно небольшие габариты РВГ и достаточно малый дрейф позволяют использо­вать его как в качестве основного чувствительного элемента гироскопического стабилизатора с непосредственным включением в цепь стабилизации, так и в качестве корректора гироскопической платформы.

Кинематическая схема трехстепенного РВГ с вращающимся подвесом представлена на рис. 2.5. На основании 1 установлен приводной двигатель 2, на валу 3 которого с помощью торсионов 6 укреплено внутреннее кольцо (ВК) 5. При помощи торсионов 7, перпендикулярных торсионам 6, с кольцом 5 связан ротор 4. Торсионы 6 и 7 имеют конечную жесткость на кручение и практи­чески бесконечную жесткость на изгиб. Ротор имеет три степени свободы относительно основания — он вращается вместе с валом приводного двигателя и ВК с угловой скоростью , может поворачиваться вместе с ВК отно­сительно вала вокруг оси торсионов 6 с угловой скоростью и относительно ВК вокруг оси торсионов 7 — с угловой скоростью

Рис. 2.5. Схема трехстепенного РВТ с вращающимся подвесом:

1 — основание; 2 — приводной ' двип тель; . 3 — вал двигателя; 4 — роте: 5 — внутреннее кольцо; 6 — торсиона внутреннего кольца; 7 — торсионы ротора

Углы поворота ротора во­круг осей торсионов (осей под­вижной системы координат) или осей, связанных с корпусом, содер­жат информацию о компонентах _x _y, угловой скорости . Обра­ботка информации осуществляется аналогично тому, как это делает­ся в случае двухстепенного РВГ. Не останавливаясь на вопросах теории трехстепенного РВГ, отметим, что в этом приборе также реализуются условия резонансной динамической настройки, обес­печивающей высокую чувствительность к измеренным угловым скоростям. Погрешности трехстепенного РВГ в значительной мере аналогичны погрешностям двухстепенного РВГ. К числу основных погрешностей следует отнести методические погрешности, об­условленные угловыми колебаниями (вибрацией) основания с ча­стотой 2 вокруг осей Ох и Оу, инструментальные погреш­ности вследствие наличия у ВК и ротора динамической и главным образом статической несбалансированности, инструментальные погрешности, появляющиеся при нарушении условия динамиче­ской настройки.

Трехстепенный РВГ используется в качестве основного чув­ствительного элемента на гироскопической платформе с непо­средственным включением его в цепь стабилизации.

Второе объяснение раб гирофлекса