Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах - RU2763685C1
Код документа: RU2763685C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе.
Известны дистанционные магнитные компасы, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, картушку с магнитным чувствительным элементом (далее - МЧЭ), установленную на опоре, индукционный преобразователь, размещенный в магнитном поле МЧЭ, девиационный прибор, содержащий компенсатор полукруговой девиации компаса, и электромеханическую дистанционную передачу, например, магнитные компасы "Сектор" ["Магнитные компасы", В.П. Кожухов, В.В. Воронов, В.В. Григорьев // М.: Транспорт, 1981, стр. 173-180] и КМ145-С ["Современные судовые магнитные компасы" Л.А.Кардашинский-Брауде // С-Пб.:, Изд. ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999, стр. 60-62]. К недостаткам способа измерения магнитного курса, реализуемого в этих компасах относится значительная систематическая погрешность δр их показаний на качке при работе в высоких широтах, вызванная действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, выражаемой формулой ["Магнитно-компасное дело" Н.Ю.Рыбалтовский // Государственное издательство водного транспорта, Л., 1954, стр. 441]:
,
где h - высота картушки компаса над осью качаний судна;
l0 - длина маятника с периодом колебания, соответствующим периоду колебаний судна;
i - угол поперечного крена судна;
θ - магнитное наклонение;
k - магнитный курс судна.
За прототип способа и устройства, описанного в изобретении, принято техническое решение, приведенное в патенте №2688900 - Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах и устройство для его реализации. Авторы Зиненко В.М, Грязин Д.Г, Молочников А.А, Сергачёв И.В, Матвеев Ю.В, Короленко И.В.
Указанный способ и устройство осуществляют позиционное управление за счет использования в схеме датчика угловой скорости типа волоконно-оптического гироскопа и формирования сигнала, представляющего собой разность выходного показания магнитного компаса и проинтегрированного сигнала датчика угловой скорости. В связи с тем, что эксплуатация магнитного компаса происходит на длительном интервале времени, при интегрировании сигнала датчика угловой скорости будет накапливаться ошибка, что со временем приведет к увеличению погрешности в выходном сигнале предлагаемого устройства. Использование в этом способе и устройстве датчика угловой скорости типа микромеханического гироскопа (далее ММГ), в погрешности которого преобладают флуктуационные составляющие типа белого шума и случайного блуждания угла, не представляется возможным, поскольку быстро накапливающаяся ошибка ММГ при интегрировании его выходного сигнала приводит к резкому повышению погрешности компаса.
Решаемая техническая проблема - разработка способа компенсации систематической погрешности δр компаса на качке (далее - погрешности δр), вызванной действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма и совершенствование его конструкции путем применения в его схеме ММГ с целью уменьшения стоимости прибора и уменьшения погрешности компаса на длительных интервалах времени.
Технический результат - уменьшения погрешности компаса на качке, в том числе в высоких широтах, на длительных интервалах времени, а также повышение конкурентоспособности магнитного компаса путем уменьшения его цены за счет применения в его конструкции дешевого ММГ.
Реализация предлагаемого способа достигается путем установки на котелок магнитного компаса, закрепленного в кардановом подвесе, в качестве датчика угловой скорости с вертикальной осью чувствительности - ММГ, который вырабатывает мгновенные значения угловых скоростей изменения курса и рыскания. Выходные данные ММГ используются для компенсации значений угловых скоростей изменения курса и рыскания в сигнале, формируемом путем дифференцирования показаний датчика магнитного курса компаса (далее ДМК). В результате вычисления разности между выходными сигналами дифференцирующего звена и ММГ формируется сигнал, который далее пропускается через фильтр низких частот для формирования на выходе фильтра сигнала, пропорционального погрешности δр.. Для достижения технического результата полученное значение погрешности δр вычитается из результатов измерений ДМК и передается на выносной индикатор.
На фиг. 1 показана блок-схема выработки измерительных сигналов и их обработки в вычислительном устройстве, работающем на основе предлагаемого способа.
Предлагаемый способ, использующий управление по угловой скорости рыскания, заключается в следующем:
1. Выработка с помощью ДМК сигнала , состоящего из мгновенных значений магнитного курса Км, угла рыскания γр и погрешности .
2. Выработка с помощью ММГ с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, сигнала , состоящего из угловых скоростей изменения курса , рыскания и погрешности .
3. Дифференцирование показаний ДМК и формирование на выходе дифференцирующего звена с постоянной времени T1 сигнала , состоящего из угловых скоростей изменения курса , рыскания и погрешности .. При выполнении вычислений значение T1 выбирается исходя из задачи наилучшего воспроизведения угловых скоростей изменения курса и рыскания.
4. Вычисление разности между выходными сигналами дифференцирующего звена и ММГ с целью формирования сигнала, состоящего из погрешности и погрешности .
5. Фильтрация сигнала, состоящего из погрешности и погрешности с помощью фильтра низких частот с постоянной времени T2, значение которой выбирается исходя из задачи наилучшего воспроизведения погрешности и сглаживания погрешности .
Коэффициенты K1 и K2 выбираются исходя из масштабных коэффициентов ДМК и ММГ, р - оператор дифференцирования, 1 - дифференцирующее звено, 2 - фильтр низких частот.
6. Исключение из измеряемых мгновенных значений магнитного курса погрешности δрпроизводится путем вычисления разности между выходным сигналом ДМК и сигналом с выхода фильтра низких частот, пропорциональным погрешности δр. Передача откорректированного значения магнитного курса выполняется на выносной индикатор.
Полученные на основе компьютерного моделирования результаты работы компаса подтверждают возможность корректировки результатов измерений мгновенного значения магнитного курса за счет компенсации в нем погрешности от вертикальной составляющей земного магнетизма, возникающей на качке, не менее чем в десять раз на интервале времени, составляющем 200 часов, т. е в отличие от прототипа, в предлагаемом способе обеспечивается долговременное сохранение точности, что позволяет использовать магнитный компас при плавании судов до 84° северной широты.
Таким образом, заявленный технический результат считается достигнутым. В настоящее время изготавливается опытный образец компаса.
Реферат
Изобретение относится к области навигационного приборостроения. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют установку на котелок магнитного компаса, закрепленного в кардановом подвесе, в качестве датчика угловой скорости с вертикальной осью чувствительности микромеханический гироскоп (ММГ), который вырабатывает мгновенные значения угловых скоростей изменения курса и рыскания. Выходные данные ММГ используются для компенсации значений угловых скоростей изменения курса и рыскания в сигнале, формируемом путем дифференцирования показаний датчика магнитного курса компаса (ДМК). В результате вычисления разности между выходными сигналами дифференцирующего звена и ММГ формируется сигнал, который далее пропускается через фильтр низких частот для формирования на выходе фильтра сигнала, пропорционального погрешности. Технический результат – уменьшение погрешности компаса на качке. 1 ил.
Формула
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах и устройство для его реализации
