Инерциальная система ИС1-72

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана

А.В. Быковский, Л.М. Селиванова, Т.Н. Лаптева 

Инерциальная система ИС1-72

Методические указания к выполнению лабораторных работ 

УДК 629.7.054.07
ББК 39.57
 
Б95

ISBN 978-5-7038-4712-1

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство 

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

 
Быковский, А. В. 

Б95 
 
Инерциальная система ИС1-72 : методические указания к выполнению 

лабораторных работ / А. В. Быковский, Л. М. Селиванова, Т. Н. Лаптева. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 30, [2] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4712-1

Даны сведения о конструкции, кинематической схеме, принципе действия и тех
нических характеристиках инерциальной системы ИС1-72. Рассмотрены принципы 
функционирования каналов стабилизации и управления курсовертикалью КВ-1П 
с интегральной коррекцией, входящей в состав ИС1-72. Приведены описание конструкции, принцип действия и технические характеристики гироскопа ГПИ-5 и датчика акселерометра ДА-2.

Для студентов 4- и 5-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специаль
ности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации».

УДК 629.7.054.07
ББК 39.57

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 

по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/177/book1676.html

Факультет «Информатика и системы управления»  

Кафедра «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом 

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Рецензент 

д-р техн. наук профессор К.А. Неусыпин

Предисловие

Инерциальные системы полуаналитического типа, используемые в авиации, 
предназначены для физического построения на борту летательного аппарата 
(ЛА) горизонтального опорного трехгранника. Эта задача решается с помощью 
курсовертикали КВ-1П с интегральной (шулеровской) коррекцией. Углы ориентации ЛА (тангаж и крен) измеряются датчиками углов, установленными по 
осям карданового подвеса КВ-1П. Стабилизация и управление курсовертикалью 
осуществляется по показаниям чувствительных элементов системы – гироскопов и акселерометров. В лабораторных работах рассмотрены конструкция и 
принципы функционирования курсовертикали КВ-1П, гироскопа ГПИ-5 и акселерометра ДА-2, режимы стабилизации и управления КВ-1П (интегральная 
коррекция), дан анализ погрешностей инерциальной системы ИС1-72 с аналоговым вычислителем.
Лабораторные работы по дисциплинам «Инерциальные навигационные 
системы», «Автоматическое управление летательными аппаратами» включены 
в программу курса «Расчет и синтез инерциальных навигационных систем».
Цель лабораторных работ — ознакомление с кинематической схемой, принципом работы и конструкцией курсовертикали КВ-1П и ее основных функциональных элементов; изучение особенностей функционирования курсовертикали КВ-1П в режимах стабилизации и управления; изучение конструкций 
гироскопа ГПИ-5 и акселерометра ДА-2; ознакомление с алгоритмом интегральной (шулеровской) коррекции; анализ погрешностей инерциальной системы полуаналитического типа с аналоговым вычислителем.
После выполнения лабораторных работ студенты смогут: обосновать принцип 
построения инерциальных систем полуаналитического типа с интегральной или 
радиальной коррекцией; объяснить особенности конструкции поплавкового 
интегрирующего гироскопа ГПИ-5 и поплавкового маятникового акселерометра ДА-2; проанализировать характер изменения погрешностей инерциальной 
системы; провести расчет погрешностей инерциальной системы и выработать 
требования к чувствительным элементам и алгоритму навигации.

Работа № 1. КУРСОВЕРТИКАЛЬ КВ-1П

Цель работы — ознакомление с конструкцией курсовертикали КВ-1П и 
входящих в ее состав гироскопов ГПИ-5 и акселерометров ДА-2.

1.1. Назначение курсовертикали КВ-1П

Курсовертикаль КВ-1П является центральным прибором самолетной инерциальной системы ИС1-72 и предназначена:

• для стабилизации совместно с блоком усилителей БУГ-15 и блоком коррекции БК-28 осей чувствительности трех датчиков акселерометров, расположенных на гиростабилизированной платформе (ГСП), по осям горизонтального 
опорного азимутально-свободного трехгранника о;

• для выдачи сигналов, пропорциональных углам гироскопического курса ψг , 
крена γ и тангажа ϑ, при неограниченных углах маневра объекта.

1.2. Кинематическая схема курсовертикали КВ-1П.  
Принцип действия

Кинематическая схема курсовертикали КВ-1П приведена на рис. 1.1. Курсовертикаль КВ-1П представляет собой пространственный гиростабилизатор с дополнительной креновой (следящей) рамой. На платформе курсовертикали КВ-1П, 
подвешенной с помощью трехрамного карданова подвеса в корпусе, установлены 
три двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопа (ПИГ) Г1 — ГЗ и три 
датчика акселерометров А1 — АЗ. Оси чувствительности гироскопов и акселерометров (при неотклоненном положении) ориентированы по осям правого горизонтального азимутально-свободного опорного трехгранника о. Вершина этого 
трехгранника совпадает с центром масс объекта, ось Zo, ориентирована по местной 
вертикали вверх (линия действия силы тяжести), а оси Xo, Yo, расположены в плоскости местного горизонта и не вращаются относительно инерциального пространства, т. е. составляющая абсолютной угловой скорости ГСП ωоz= 0.
При начальной ориентации ось гироплатформы Yo может занимать произвольное, но фиксированное положение в азимуте, которое определяется в 
процессе выставки ориентацией продольной оси корпуса навигационной 
системы. Это означает, что начальное значение угла гироскопического курса 
ψг(t0) = 0.

Ось подвеса платформы во внутренней раме крена вертикальна, ось подвеса дополнительной следящей рамы крена устанавливается параллельно продольной оси объекта.
Гироскопы Г1 — ГЗ являются чувствительными элементами трех каналов 
стабилизации курсовертикали КВ-1П. В соответствии с типом используемых 
гироскопов курсовертикаль КВ-1П является гиростабилизатором индикаторносилового типа. Принцип работы гироскопической стабилизации состоит в 
компенсации внешних возмущающих моментов, действующих на платформу, 
моментами стабилизирующих двигателей ДС1 — ДСЗ, установленных на осях 

Рис. 1.1. Кинематическая схема курсовертикали КВ-1П:
ПК — преобразователь координат; СКТ ψ — датчик угла гироскопического курса (синусно-косинусный трансформатор); СКТ γ — датчик угла наружного крена (синусно-косинусный трансформатор); ДС1 — двигатель стабилизации по оси тангажа; ДС2 — двигатель стабилизации по оси 
внутреннего крена; ДУ — датчик угла гироскопа; Н — кинетический момент гироскопа; Г1, Г2, 
Г3 — гироскопы; ДМ — датчик момента гироскопа; А1, А2, А3 — акселерометры; ДС4 — двигатель 
стабилизации по оси наружного крена; СКТγ вн — датчик угла внутреннего крена (синусно-косинусный трансформатор); СКТϑ  — датчик угла тангажа; ДС3 — двигатель стабилизации по оси 
курса; УВР — усилитель внешней рамы; УС1, УС2, УС3 — усилители блока усилителей БУГ-15; 
УДМ2, УДМ3, УДМ1 — усилители датчиков момента; УА1, УА2, УА3 — усилители сигналов акселерометров блока БУГ-15;  ωz— угловая скорость канала курса (в тестовом режиме); R — радиус 
Земли; 
0
0
,
ox
oy
V
V
 — начальные значения абсолютной линейной скорости; aox, aoy— горизонтальные 
проекции кажущегося ускорения; az — вертикальное кажущееся ускорение; ϑ, γ, ψ — тангаж, крен, 
гироскопический курс 

тангажа, внутреннего крена и курса соответственно. Управление стабилизирующими двигателями ДС1 — ДС3 осуществляется через предварительные 
усилители блока БУ-17, установленного на платформе курсовертикали, и усилители УС1 — УС3 блока усилителей БУГ-15 по сигналам датчиков угла соответствующих гироскопов. Эти датчики фиксируют малые угловые отклонения 
гироскопов, вызываемые внешними возмущающими моментами.
Гироскоп Г3, ось собственного вращения и ось прецессии которого параллельны плоскости платформы, вместе с системой разгрузки осуществляет 
стабилизацию платформы относительно оси курса. Гироскопы Г1 и Г2 обеспечивают вместе с системами разгрузки стабилизацию платформы вокруг двух 
других осей ее подвеса — осей тангажа и крена. Оси прецессии гироскопов Г1 
и Г2 перпендикулярны плоскости платформы, а оси собственного вращения 
параллельны этой плоскости и взаимно перпендикулярны. Сигналы датчиков 
угла гироскопов Г1 и Г2, усиленные предварительными усилителями курсовертикали КВ-1П, подаются на усилители УС1 и УС2 блока БУГ-15 через 
преобразователь координат ПК, представляющий собой синусно-косинусный трансформатор (СКТ), установленный на вертикальной оси платформы. 
Сигнал датчика угла гироскопа Г3 подается непосредственно на УС3; ПК 
формирует и передает управляющие сигналы на двигатели стабилизации ДС1 
и ДС2 в зависимости от ориентации платформы (точнее, от ориентации осей 
чувствительности гироскопов Г1 и Г2) относительно осей стабилизации, 
преобразуя сигналы датчиков углов гироскопов через синус и косинус угла 
гироскопического курса ψг .
Для обеспечения невыбиваемости курсовертикали при сложных пространственных маневрах самолета карданов подвес имеет дополнительную следящую 
раму (внешнюю раму крена), обеспечивающую ортогональность всех трех осей 
вращения платформы при любых маневрах самолета. Поддержание перпендикулярности осей осуществляется следящей системой внешней рамы крена, 
состоящей из датчика угла СКТγвн, усилителя внешней рамы УВР, расположенного в блоке БУГ-15, и двигателя стабилизации ДС4. Входными сигналами 
следящей системы внешней рамы крена является сигнал с синусной обмотки СКТγвн, причем этот сигнал минимален при взаимно перпендикулярном 
положении внутренней рамы крена и рамы тангажа. Этот сигнал после усиления и преобразования в усилителе внешней рамы УВР блока БУГ-15 подается на 
двигатель ДС4, который отслеживает внешнюю раму до положения, при котором 
угол δ неперпендикулярности рамы тангажа и внутренней рамы крена не станет равным нулю. Угол поворота следящей рамы γ* связан с углом δ соотношением

γ
δ
ϑ

*
cos
=
.

Для реализации этого соотношения усилитель внешней рамы УВР содержит схему автоматической регулировки коэффициента усиления, для чего 
в усилитель подается напряжение с косинусной обмотки датчика угла тангажа СКТϑ.
При некоторых пространственных маневрах самолета, когда угол тангажа 
ϑ превышает 90°, происходит переворот следящей рамы на 180°, при этом 

в соответствии с действительным движением самолета изменяется на 180° показание курса и сохраняется правильная полярность отсчета угла тангажа. 
Когда угол тангажа ϑ превышает 90°, следящая система внешней рамы крена 
теряет устойчивость, и двигатель ДС4 начинает вращать внешнюю раму крена 
с максимальной скоростью. При этом увеличивается угол неперпендикулярности δ, что вызывает дальнейший разворот внешней рамы крена с максимальной скоростью. Когда она повернется на угол, превышающий 90°, равновесие в системе восстановится, и угол начнет уменьшаться. Положение равновесия 
в системе наступит при развороте внешней рамы крена на 180°. В системе предусмотрено электрическое арретирование следящей рамы по корпусу курсовертикали. По сигналу АРРЕТИРОВАНИЕ вход усилителя УВР подключается к синусной обмотке датчика команд крена СКТγ, установленного на оси следящей 
рамы.
Во время полета платформа удерживается в плоскости горизонта с помощью 
системы горизонтальной коррекции. В курсовертикали КВ-1П предусмотрены 
два режима горизонтальной коррекции: режим интегральной и режим радиальной 
коррекции.
Основным режимом работы курсовертикали КВ-1П в полете является режим 
работы с интегральной коррекцией, которая обеспечивает невозмущаемость платформы горизонтальными ускорениями объекта. Контур интегральной коррекции 
по каждому горизонтальному каналу включает датчик акселерометра А1 (А2), предварительный усилитель курсовертикаль КВ-1П, усилитель УА1 (УА2) блока 
БУГ-15, интегратор блока БК-28, усилитель датчика моментов УДМ1 (УДМ2) 
блока БУГ-15 и датчик момента ДМ гироскопа Г1 (Г2). Акселерометр представляет собой датчик акселерометра А1 (А2), работающий в замкнутой схеме с предварительным усилителем курсовертикали и усилителем УА1 (УА2) блока БУГ-15. 
Выходное напряжение акселерометра пропорционально измеряемому ускорению. 
На выходах интегратора блока коррекции БК-28 формируется сигнал, пропорциональный составляющей абсолютной угловой скорости самолета по оси  
 Xo (Yo), поступающий на усилитель УДМ1 (УДМ2) и далее на датчик момента 
гироскопа Г1 (Г2), и выходной сигнал инерциальной системы, пропорциональный 
горизонтальной составляющей абсолютной линейной скорости самолета Vox (Voy). 
Начальные значения V
V
ox
oy

0
0
(
)  для вычислений вводятся в блок БК-28 при подготовке системы к работе. Под действием момента, развиваемого датчиком 
момента гироскопа Г1 (Г2) по оси прецессии гироскопа, платформа прецессирует к плоскости горизонта. Контур интегральной коррекции по каждой из осей 
Xo и Yo представляет собой замкнутую систему, содержащую акселерометр и два 
последовательно соединенных интегрирующих звена, одним из которых является интегратор, а другим – гироскоп. Такая замкнутая система моделирует физический маятник с периодом Шулера (84,4 мин). Чтобы обеспечить такой 
период колебаний, коэффициенты передачи звеньев (акселерометра, интегратора и гироскопа) выбраны из условия равенства их произведения значению g/R, 
где g – ускорение силы тяжести, R – средний радиус земной сферы с учетом высоты полета (R = 6411 км).
Для уменьшения погрешности системы от влияния дрейфа, статической 
ошибки и нечувствительности интегратора в курсовертикали КВ-1П предусмо

трено автоматическое изменение коэффициентов передачи акселерометров и 
интеграторов. При ускорениях по осям платформы менее 17 м/с2 коэффициент 
передачи акселерометров составляет 1 В ⋅ с2/м, а при ускорениях более  
17 м/с2 — 0,25 В ⋅ с2/м. При этом соответственно изменяются и коэффициенты 
передачи интеграторов. При переключении масштабов результирующий коэффициент передачи в каждом контуре остается неизменным, что в обоих случаях 
обеспечивает интегральную коррекцию платформы.

Режим радиальной коррекции (т. е. режим курсовертикали — КВР) включается в системе как аварийный по сигналу из блока коррекции БК-28 в случае 
какого-либо отказа, вызывающего отработку хотя бы одним электромеханическим 
интегратором полного рабочего диапазона. В режиме радиальной коррекции на 
датчик момента гироскопа Г1 (Г2) через усилители подается выходной сигнал 
датчика акселерометра А1 (А2), т. е. пропорциональный составляющей ускорения, а не интеграла от ускорения, как в случае интегральной коррекции. Под 
действием датчика момента платформа прецессирует вокруг соответствующей 
оси к положению, перпендикулярному вектору, равному сумме векторов ускорения 
силы тяжести и горизонтального ускорения объекта, т. е. к положению «кажущейся» вертикали. При равномерном прямолинейном горизонтальном движении 
самолета с абсолютной скоростью Vox (Voy), когда относительные ускорения невелики, платформа вращается в пространстве с постоянной угловой скоростью  
Vox /R(Voy /R) так, что ее оси Xo и Yo постоянно остаются отклоненными от плоскости местного горизонта на малые углы. Коэффициенты передачи в контурах радиальной коррекции выбирают такими, чтобы эти малые углы при равномерном 
горизонтальном полете с максимальной скоростью не превышали 10′. Для предотвращения больших погрешностей в определении вертикали при работе курсовертикали КВ-1П в режиме радиальной коррекции и наличии продольных и 
поперечных ускорений самолета предусмотрена возможность отключения коррекции подачей внешних сигналов.
Для измерения углов ориентации самолета (гироскопического курса, тангажа, крена) служат датчики углов СКТψ, СКТϑ, СКТγнар, установленные на 
осях подвеса платформы, рамы тангажа и следящей 
рамы крена соответственно. Датчики угла СКТϑ и 
СКТγнар измеряют углы тангажа ϑ крена γ самолета, а СКТψ – угол гироскопического курса, отсчитываемый от оси Yo платформы, а не от направления 
на Север, от которого принято отсчитывать угол 
истинного курса Ψи.
Так как платформа свободна в азимуте, ось Yo 
не изменяет своей ориентации в азимуте по отношению к инерциальному пространству, а относительно Земли вследствие ее суточного вращения и 
перемещения самолета имеет место кажущееся вращение платформы вокруг вертикальной оси Zo 
(рис. 1.2).

o

o

Рис. 1.2. Углы истинного Ψи, 
гироскопического Ψг курсов и 
угла азимута ε (НП — направление полета)

1.3. Конструкция курсовертикали КВ-1П

Для изучения конструкции курсовертикали используется макет КВ-1П со 
снятыми кожухами и обозначенными элементами конструкции и кинематическая схема (см. рис. 1.1).
В курсовертикали КВ-1П можно выделить следующие основные конструктивные узлы: платформу (раму курса), внутреннюю раму крена, раму тангажа, 
внешнюю раму крена и корпус.
Платформа курсовертикали представляет собой основание с установленными 
на нем тремя ПИГ (Г1 — Г3) типа ГПИ-5 и тремя датчиками акселерометров 
типа ДА-2 (А1 — А3). Ортогональность осей чувствительности гироскопов и акселерометров и точность их взаимного расположения достигается точным изготовлением базовых поверхностей основания и предварительной юстировкой базовых поверхностей гироскопа ГПИ-5 и датчика ДА-2, что исключает регулировочные работы при окончательной сборке или замене элементов. На основании 
также установлены: два блока усилителей БУ-17, один из которых включает в 
себя три предварительных усилителя системы гироскопической стабилизации 
платформы, а второй – три предварительных усилителя сигналов датчиков углов 
акселерометров; три терморегулятора Т-24; плату с элементами мостовой схемы 
контроля обогрева; датчик температуры обогрева платформы.
Платформа подвешена во внутренней раме крена на радиальных шарикоподшипниках (два подшипника типа А1000801, один типа А1000903). На оси вращения 
платформы внизу установлена контактная группа ГК-4 (коллекторные токоподводы), обеспечивающая электрическую связь платформы с внутренней рамой 
крена при неограниченном угле поворота платформы. На оси платформы, кроме 
того, установлены с одной стороны безредукторный двигатель системы стабилизации типа ДМ-10 (ДС3), с другой — синусно-косинусные трансформаторы 
типа СКТД-6465Д (СКТψ) для выдачи сигнала гироскопического курса и типа 
СКТ-232Б (ПК), используемый в качестве преобразователя координат.
Узел внутренней рамы крена включает в себя платформу, подвешенную во 
внутренней раме крена, вместе с установленными на ней элементами и электромонтажом. Узел внутренней рамы крена подвешен в раме тангажа на трех 
радиальных шарикоподшипниках типа А1000801. На оси внутренней рамы 
крена с одной стороны крепится безредукторный двигатель стабилизации типа 
ДМ-10 (ДС2), а с другой — СКТ-265Д (СКТγнар) для выдачи сигнала крена при 
арретировании следящей рамы крена и СКТ-232Б (СКТγвн) для формирования 
и подачи сигнала угла неперпендикулярности осей подвеса рам тангажа и внутреннего крена δ в систему отработки следящей рамы крена.
Внутренняя рама крена может поворачиваться относительно рамы тангажа 
на углы ±20°. Электрическая связь между внутренней рамой крена и рамой тангажа осуществляется с помощью гибких токоподводов.
Узел рамы тангажа включает в себя узел внутренней рамы крена, подвешенный 
в раме тангажа, с установленными на ней элементами и электромонтажом. Узел 
рамы тангажа подвешен во внешней раме крена на трех радиальных шарикоподшипниках (два подшипника типа А1000801, один типа А1000903). На оси рамы 
тангажа с одной стороны крепится безредукторный двигатель стабилизации типа 
ДМ-10 (ДС1), а с другой – СКТД-6465 (СКТϑ) для выдачи потребителям сигнала, 

пропорционального синусу и косинусу угла тангажа. Рама тангажа может поворачиваться во внешней раме крена на угол ±110°. Электрическая связь между 
рамой тангажа и внешней рамой крена осуществляется с помощью гибкого жгута (гибких токоподводов).
Внешняя рама крена подвешена в корпусе курсовертикали с помощью четырех 
радиальных шарикоподшипников (три типа А1000903, один типа В7000807). На 
оси внешней рамы крена крепятся с одной стороны датчик момента ДМ-3 (ДС4), 
а с другой — СКТ-6465 (СКТγнар) для выдачи потребителям сигнала, пропорционального синусу и косинусу угла крена. На оси внешней рамы установлены 
также две контактные группы ГК-4 (коллекторные токоподводы), обеспечивающие электрическую связь элементов внешней рамы крена с корпусом при любых 
углах ее поворота относительно корпуса курсовертикали. Электрическая связь 
курсовертикали с источниками питания, внешними потребителями и другими 
блоками инерциальной системы осуществляется через две вилки штепсельных 
разъемов, укрепленных на приливах корпуса.
В целом курсовертикаль герметична, что достигается с помощью резиновых 
прокладок, на которые ставятся кожухи и крышки курсовертикали.
Для повышения коррозионной стойкости элементов конструкции внутри 
прибора курсовертикаль заполнена газообразным азотом под давлением 1,0... 
...1,2 атм (1 атм = 0,1 МПа).
Кожухи курсовертикали КВ-1П выполнены двойными. В целях предохранения 
курсовертикали от перегрева в пространство между наружным и внутренним кожухами через два штуцера подводится воздух для обдува. Для выравнивания температуры на верхнем и нижнем кожухах расположены два вентиляторных двигателя с крыльчатками.
На корпусе курсовертикали размещены пороговое устройство УП-15, служащее для контроля обогрева гироскопов и акселерометров, усилитель У-148, используемый для контроля температуры корпуса, и терморегулятор Т-26 (на рис. 1.1 
не показан). На приливах верхнего кожуха установлено кольцо, на которое при 
определении начального угла в азимуте устанавливается блок выставки. Нижняя 
плата курсовертикали имеет четыре отверстия для крепления курсовертикали 
на монтажной плате.
Курсовертикаль устанавливается на восьми амортизаторах, расположенных на 
двух платах, соединенных между собой четырьмя стойками.

1.4. Технические характеристики курсовертикали КВ-1П

Постоянная составляющая дрейфа ГСП после нормальной настройки не превышает ±1 °/ч.
Среднеквадратическое значение случайной составляющей дрейфа ГСП после 
нормальной настройки составляет не более 0,05 °/ч.
Статическая ошибка стабилизации по трем каналам не превышает 20″.
Крутизна характеристики системы коррекции ГСП составляет 0,583± 

±0,0025 В ⋅ ч /° по осям Xo и Yo и 0,2915±0,0015 В ⋅ ч/° по оси Zo .

Дистанционная погрешность выдачи углов крена, тангажа и гироскопического курса не превышает ±3′.