RU2032145C1

RU2032145C1 - Method of determination of inclination angle of object

Info

Publication number: RU2032145C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Петров
Original assignee: Сергей Владимирович Петров
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1991-11-25
Publication date: 1995-03-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: for determination of inclination angle of object field pickup is so positioned on object that it rotates about construction axes of object. In process of measurement field pickup is continuously rotated in plane of its sensitivity axis oriented relative to two corresponding construction axes of object. Value of present angle between sensitivity axis and one of construction axis is read out at moments when signal of field pickup will be equal to specified value. Inclination angle of object is found by value of read-out angle. EFFECT: simplified approach, improved authenticity of readings. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения углов наклона подвижного объекта к вектору поля и может применяться для углового ориентирования в пространстве летательных аппаратов, подводных, надводных судов или других транспортных средств. The invention relates to measuring equipment, is intended to determine the angles of inclination of a moving object to a field vector and can be used for angular orientation in space of aircraft, submarines, surface ships or other vehicles.

Известен способ определения направления и величины угла наклона объекта, в котором установленному на объекте маятнику сообщают принудительные колебания, в заданные моменты считывают его показания и по соответствующим зависимостям определяют искомую величину [1]. A known method for determining the direction and magnitude of the angle of inclination of an object, in which forced oscillations are reported to a pendulum installed on an object, read its readings at given moments and determine the desired value from the corresponding dependences [1].

Недостаток известного способа заключается в невозможности его использования для углового ориентирования летательного аппарата. The disadvantage of this method is the impossibility of its use for angular orientation of the aircraft.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ, реализованный в устройстве, содержащем вращающуюся планку с закрепленными на ней пьезоэлементом и фотодиодом, который взаимодействует с источником света, установленным на объекте, углы наклона которого определяются [2]. В основу известного способа положено образование строб-импульсов при вращении планки. Во время совмещения фотодиода и источника света с истинной вертикалью строб-импульс образуется строго по середине одного из полупериодов опорного сигнала, деля его на две равные части. При отклонении объекта от истинной вертикали строб-импульс делит полупериод опорного сигнала на неравные временные интервалы, разность которых с учетом знака позволяет определить величину и направление угла наклона объекта. The closest technical solution to the invention is a method implemented in a device containing a rotating bar with a piezoelectric element and a photodiode mounted on it, which interacts with a light source mounted on an object whose tilt angles are determined [2]. The basis of the known method is the formation of strobe pulses during rotation of the bar. During the combination of the photodiode and the light source with the true vertical, the strobe pulse is formed strictly in the middle of one of the half-periods of the reference signal, dividing it into two equal parts. When the object deviates from the true vertical, the strobe pulse divides the half-period of the reference signal into unequal time intervals, the difference of which, taking into account the sign, allows you to determine the magnitude and direction of the angle of inclination of the object.

Недостатки известного способа заключаются в том, что диапазон измеряемых углов наклона объекта ограничен длительностью полупериода опорного сигнала, а расширение этого диапазона возможно только косвенно, путем логических операций электронной схемы, реализующей способ. Кроме того, возможна недостоверность измерений при нестабильности частоты генератора счетных импульсов и изменении скорости вращения планки. The disadvantages of this method are that the range of measured tilt angles of the object is limited by the duration of the half-period of the reference signal, and the extension of this range is possible only indirectly, by the logical operations of an electronic circuit that implements the method. In addition, measurement uncertainty is possible with instability of the frequency of the counter pulse generator and a change in the speed of rotation of the bar.

Техническим результатом изобретения является достоверность и требуемая точность измерений в необходимом диапазоне измеряемых углов вне зависимости от стабильности работы средств, реализующих способ. The technical result of the invention is the reliability and the required measurement accuracy in the required range of measured angles, regardless of the stability of the means that implement the method.

Указанный технический результат достигается тем, что при определении угла наклона объекта предложенным способом вращают датчик поля, определяющий ось неподвижной системы координат, ориентируют плоскость вращения оси датчика относительно соответствующей строительной оси объекта, характеризующей подвижную систему координат, и определяют направление и величину угла наклона объекта, причем при вращении датчика поля непрерывно измеряют текущее значение его угла поворота относительно строительной оси объекта, в момент совпадения текущего значения сигнала поля с заданным значением считывают величину угла поворота оси датчика поля, а направление и величину угла наклона объекта определяют по считанной величине угла поворота оси датчика поля, сигнал датчика поля интегрируют. The specified technical result is achieved by the fact that when determining the angle of inclination of the object by the proposed method, rotate the field sensor defining the axis of the fixed coordinate system, orient the plane of rotation of the axis of the sensor relative to the corresponding building axis of the object, characterizing the moving coordinate system, and determine the direction and value of the angle of inclination of the object, when the field sensor rotates, the current value of its rotation angle relative to the construction axis of the object is continuously measured, at the moment the current th value of the field signal with the setpoint value is read rotation angle field sensor axis, and the direction and magnitude of the tilt angle of the object is determined by the read value of the rotation angle sensor field axis field sensor signal is integrated.

Фиг. 1 поясняет способ измерения угла крена летательного аппарата; на фиг.2 показана принципиальная схема устройства для реализации способа. FIG. 1 illustrates a method for measuring a roll angle of an aircraft; figure 2 shows a schematic diagram of a device for implementing the method.

На подвижном объекте 1 (ЛА) монтируют платформу 2 (фиг.1) с возможностью ее непрерывного вращения в одном из выбранных направлений по стрелке А (направление вращения платформы для способа несущественно). На платформе 2 закреплен датчик 3 поля, ось 4 чувствительности которого ориентируют соответствующим образом в зависимости от того, какой из углов наклона объекта в пространстве определяют. Так, если определяют угол крена, то плоскость вращения оси 4 должна быть параллельна поперечной Б и нормальной В строительным осям объекта; если определяют угол тангажа (для ЛА) или дифферента (для надводного или подводного судна), то плоскость вращения оси 4 устанавливают параллельно нормальной В и продольной (не показана) строительным осям объекта. On a movable object 1 (LA), a platform 2 is mounted (Fig. 1) with the possibility of its continuous rotation in one of the selected directions along arrow A (the direction of rotation of the platform is not significant for the method). A field sensor 3 is fixed on the platform 2, the sensitivity axis 4 of which is oriented accordingly, depending on which of the angles of inclination of the object in space is determined. So, if you determine the angle of heel, then the plane of rotation of the axis 4 should be parallel to the transverse B and normal to the building axes of the object; if the pitch angle is determined (for an aircraft) or trim (for a surface or underwater vessel), then the plane of rotation of axis 4 is set parallel to normal B and longitudinal (not shown) to the building axes of the object.

Очевидно, что строгая параллельность плоскости вращения оси 4 и соответствующих строительных осей объекта может не соблюдаться. В этом случае вводится соответствующая корректирующая поправка. Obviously, strict parallelism of the plane of rotation of the axis 4 and the corresponding building axes of the object may not be respected. In this case, the corresponding correction correction is entered.

Для этого ось 4 датчика 3 вращают в плоскости, параллельной строительным осям: поперечной Б и нормальной В. To do this, the axis 4 of the sensor 3 is rotated in a plane parallel to the construction axes: transverse B and normal C.

При вращении оси 4 датчик 3 выдает синусоидальный сигнал, нулевое значение которого наступает в момент, когда ось 4 займет положение, перпендикулярное вектору F поля. Нулевое значение сигнала принимают за заданное значение (в качестве заданного значения может быть выбрано любое другое). В этот момент считывают величину угла α между осью 4 датчика и строительной осью Б ЛА (можно также считывать и величину угла между осью 4 датчика и осью В объекта). When the axis 4 is rotated, the sensor 3 produces a sinusoidal signal, the zero value of which occurs when the axis 4 occupies a position perpendicular to the field vector F. The zero value of the signal is taken as the set value (any other value can be selected as the set value). At this moment, the angle α between the axis 4 of the sensor and the construction axis B of the aircraft is read (the angle between the axis 4 of the sensor and the axis B of the object can also be read).

Если в момент считывания ось 4 параллельна оси Б, т.е. угол α между ними равен нулю, то аппарат крена не имеет. В другом случае величина угла α будет определять величину угла крена ЛА. If at the time of reading axis 4 is parallel to axis B, i.e. the angle α between them is equal to zero, the apparatus does not have a roll. In another case, the angle α will determine the angle of heel of the aircraft.

На платформе 2, получающей вращение от мотора 5 (фиг.2) через редуктор 6, закреплен датчик 3 поля, показанного вектором F. Сигнал измеренной датчиком 3 равнодействующей (или одной из составляющих) вектора F через усилитель 7 и интегратор 8 подается на компаратор 9, в который введено заданное значение сигнала. Одновременно датчик 10 считывает сигнал текущего значения угла поворота датчика 3 (его оси 4 или платформы 2) относительно строительной оси Б объекта, который подается на блок 11 памяти. При совпадении на компараторе 9 текущего и заданного значений уровня сигнала датчика 3 с компаратора на блок 11 поступает команда, по которой запоминается текущее значение угла поворота датчика 3. Это запомненное значение подается на выход устройства и остается неизменным в течение полного оборота датчика 3. On the platform 2, which receives rotation from the motor 5 (Fig. 2) through the reducer 6, a field sensor 3 is fixed, shown by the vector F. The signal measured by the sensor 3 is the resultant (or one of the components) of the vector F through the amplifier 7 and the integrator 8 is fed to the comparator 9 into which the setpoint value of the signal is entered. At the same time, the sensor 10 reads the signal of the current value of the angle of rotation of the sensor 3 (its axis 4 or platform 2) relative to the construction axis B of the object, which is supplied to the memory unit 11. If the comparator 9 matches the current and set values of the signal level of the sensor 3, a command is sent to the unit 11 from the comparator, which stores the current value of the angle of rotation of the sensor 3. This stored value is fed to the output of the device and remains unchanged for a full revolution of the sensor 3.

Способ может быть использован при определении угла наклона подвижного объекта к вектору любого поля, для чего выбирается соответствующий датчик 3. The method can be used to determine the angle of inclination of a moving object to a vector of any field, for which the corresponding sensor 3 is selected.

С наибольшей эффективностью способ может быть использован при автоматизации управления ЛА, когда при выполнении виража требуется определить угол наклона ЛА не к земной поверхности, а к кажущейся вертикали (к равнодействующей центробежных, инерционных, гравитационных сил). The method can be used with the greatest efficiency in automation of aircraft control, when when performing a turn it is necessary to determine the angle of inclination of the aircraft not to the earth's surface, but to the apparent vertical (to the resultant centrifugal, inertial, gravitational forces).

Так, при выполнении координированного разворота, несмотря на фактический наклон ЛА к земной поверхности, угол крена ЛА к кажущейся вертикали должен быть равен нулю (правильный вираж), иначе ЛА будет проходить вираж со скольжением, что приведет к невыполнению полетного задания (вследствие скольжения ЛА не попадает в заданную точку пространства). So, when performing a coordinated turn, despite the actual inclination of the aircraft to the earth’s surface, the angle of roll of the aircraft to the apparent vertical should be zero (the correct turn), otherwise the aircraft will go through a turn with a slip, which will lead to non-fulfillment of the flight mission (due to the gliding of the aircraft falls into a given point in space).

Claims

1. THE METHOD FOR DETERMINING THE OBJECT TILT ANGLE, which consists in rotating the field sensor defining the axis of the moving coordinate system, orienting the plane of rotation of the sensor axis relative to the corresponding building axis of the object characterizing the moving coordinate system, and determining the direction and value of the angle of the object, characterized in that when the field sensor rotates, the current value of the value of its rotation angle relative to the construction axis of the object is continuously measured, at the moment the current signal value matches For a predetermined value, the value of the angle of rotation of the axis of the field sensor is read, and the direction and value of the angle of inclination of the object is determined by the read value of the angle of rotation of the axis of the field sensor.

2. The method according to claim 1, characterized in that the signal of the field sensor is integrated.