Разработка электрической схемы гироскопического стабилизатора

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

Т.Н. Лаптева, А.В. Полынков 
 
 
Разработка 
электрической схемы 
гироскопического стабилизатора 
 
Методические указания к курсовому проектированию 
для студентов специальности 
«Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» 
 
 

 
 
 
 

УДК 621.391.3.6 
ББК 32.817 
        Л24 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/177/book751.html 
 
Факультет «Информатика и системы управления» 

Кафедра  
«Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» 
 
Рекомендовано  
Учебно-методической комиссией  
Научно-учебного комплекса «Фундаментальные науки»  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 

Рецензент  
канд. техн. наук, доцент А.М. Курашин 
 
Лаптева, Т. Н. 
Разработка электрической схемы гироскопического стабилизатора : методические указания к курсовому проектированию / Т. Н. Лаптева, А. В. Полынков. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 30, [2] с. : ил.    

ISBN 978-5-7038-4048-1 

Даны рекомендации по разработке электрической схемы гироскопического стабилизатора для выполнения курсового проекта, 
входящего в программу учебного плана по теме «Теория гироскопов 
и гиростабилизаторов». Представлен справочный материал, иллюстрирующий основные требования и этапы разработки электрической схемы на примере электрической принципиальной схемы гироскопической вертикали. 
 Для студентов  МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по 
специальности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и 
навигации». 
                                                                                                      
УДК 621.391.3.6 
ББК 32.817 

                            
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4048-1                                  МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

Л24 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Разработка электрической схемы гироскопического стабилизатора (далее — гиростабилизатора) — один из этапов выполнения 
курсового проекта по теме «Теория гироскопов и гиростабилизаторов». Электрические схемы приборов и устройств выполняют по 
правилам ЕСКД [1−7]. 
Различают следующие виды электрических схем. 
1. Полная (принципиальная) схема, определяющая состав элементов изделия (установки) и связей между ними и дающая детальное представление о работе системы в целом. Эти схемы используют для изучения принципов работы изделий (установок), а 
также при их наладке, контроле и ремонте. Они служат основанием для разработки конструкторских документов, например монтажных схем соединений. 
2. Схема соединений, охватывающая все устройства и элементы, входящие в состав изделия, входные и выходные элементы 
(соединители, платы и т. п.), а также соединения между устройствами и элементами. 
3. Схема электрическая подключений, показывающая изделие 
с входными и выходными элементами и подводимыми к ним концами проводов, около которых помещают данные о подключении 
изделия (характеристики внешних цепей). 
4. Общая схема, включающая все устройства и элементы, входящие в установку, а также провода, жгуты и кабели, соединяющие ее устройства и элементы. 
В курсовом проекте решается задача разработки принципиальной электрической схемы разрабатываемого устройства, что 
нередко вызывает определенные трудности у студентов, поскольку 
для этого требуются знание и понимание электрических схем элементов устройства и связей между ними. 
Основанием для разработки принципиальной электрической 
схемы устройства являются: 
 функциональная схема, дающая наглядное представление о 
последовательности протекающих в устройстве процессов; 
 структурная схема, показывающая основные взаимосвязи 
между функциональными частями устройства (изделия); 

 кинематическая схема, иллюстрирующая взаимное перемещение элементов изделия; 
 чертежи общего вида чувствительного элемента и гиростабилизатора, раскрывающие конструктивные особенности входящих в их состав устройств и элементов. 
Разработка принципиальной электрической схемы гиростабилизатора проводится студентом после построения его функциональной кинематической схемы, изучения конструкций его элементов и эскизной проработки общего вида. При этом необходимо 
соблюдать следующие основные требования [8, 9]: 
  на схеме изображают все электрические элементы или 
устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии 
заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также электрические элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи (соединители, зажимы, контакты, 
гермовыводы и т. п.); 
  на схеме допускается изображение соединительных и монтажных элементов, устанавливаемых по конструктивным соображениям (если они есть на общем виде); 
  все схемы выполняются для изделий, находящихся в отключенном состоянии; допускается отдельные элементы схемы изображать в рабочем положении с указанием на поле схемы ее рабочего режима; 
  элементы и устройства, условные графические обозначения 
(УГО), установленные в стандартах ЕСКД [10−20], изображают на 
схеме в виде этих УГО; 
  размеры УГО элементов и устройств на схеме приводятся в 
стандартах [21]. 

Рассмотрим основные этапы разработки электрической схемы 
гироскопического стабилизатора на примере двухосного гироскопического стабилизатора — гироскопической вертикали на динамически настраиваемом гироскопе (ДНГ). 
 

1. ВЫДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАВЕРШЕННЫХ  
УЗЛОВ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА 

Перед выделением узлов гироскопического стабилизатора необходимо составить кинематическую схему гироскопической вертикали 
на динамически настраиваемом гироскопе — ДНГ (рис. 1.1). 

Рис. 1.1. Кинематическая схема гироскопической вертикали на ДНГ: 
1 — стабилизируемая платформа; 2 — рама; 3 — двигатель разгрузки оси X;  
4 — датчик угла ротора ДНГ оси X; 5 — гироблок стабилизатора (ДНГ); 6 — усилительно-преобразующий тракт канала разгрузки оси X; 7 — двигатель разгрузки 
оси Y; 8 — датчик угла ротора ДНГ оси Y; 9 — усилительно-преобразующий 
тракт канала разгрузки по оси Y; 10, 14 — датчики отклонения стабилизируемой 
платформы от горизонта; 11 — датчик момента ДНГ оси Y; 12 — усилительнопреобразующий тракт оси Y; 13, 17 — замыкающие ключи; 15 — датчик момента 
ДНГ оси X; 16 — усилительно-преобразующий тракт по оси X; 18 — датчик угла 
стабилизируемой платформы; 19 — датчик угла рамы; 20 — корпус  
                                 гиростабилизатора (условно не показан) 

Управление угловым движением платформы 1 в раме 2 осуществляется с помощью двигателя разгрузки 3 оси X по сигналу датчика угла 4 ротора ДНГ 5 через усилительно-преобразующий тракт  
6 канала разгрузки оси X. Управление угловым движением рамы с 
платформой осуществляется с помощью двигателя разгрузки 7 оси Y 
по сигналу датчика 8 угла ротора ДНГ 5 через усилительно-преобразующий тракт 9 канала разгрузки оси Y. 

Установка платформы в горизонт по оси Y проводится по сигналу датчика 10 с помощью датчика момента 11 ДНГ через усилительно-преобразующий тракт 12. Замыкание цепи выставки в горизонт осуществляется ключом 13. Установка платформы в горизонт по оси Y выполняется по сигналу датчика 14 с помощью датчика момента 15 ДНГ через усилительно-преобразующий тракт 16. 
Замыкание цепи установки платформы в горизонт производится 
ключом 17. Угловое положение платформы фиксируется датчиками угла платформы 18 и рамы 19. 
Таким образом, на принципиальной электрической схеме гиростабилизатора должны быть отображены электрические схемы 
следующих функционально завершенных узлов: 

  ДНГ 5 с датчиками угла ротора 4, 8 и датчиками момента 
11, 15; 
  датчиков отклонения платформы от горизонта 10, 14; 
  двигателей разгрузки 3, 7; 
  усилительно-преобразующих трактов 6, 9 сигналов датчика 
угла ротора ДНГ в сигналы управления двигателями разгрузки — 
усилительно-преобразующего тракта канала разгрузки; 
  усилительно-преобразующих трактов 12, 16 сигналов датчиков 10, 14 отклонения платформы от горизонта в сигналы управления датчиками момента  ДНГ — усилительно-преобразующего 
тракта канала установки платформы; 
  Датчики угла платформы 18 и рамы 19.  
Для функционирования электромеханических и электронных 
узлов гиростабилизатора необходимы источники постоянного и 
переменного тока. Поэтому на электрической схеме должен присутствовать элемент, обеспечивающий электрическим питанием  
(с требуемыми параметрами) все узлы устройства — блок питания. 

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ  
УЗЛОВ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА 

2.1. Динамически настраиваемый гироскоп 

Основными конструктивными элементами динамически настраиваемого гироскопа являются:  
 ротор гироскопа;  
 карданов подвес с упругими торсионами и элементами регулировки;  

 датчик угла (ДУ); 
 датчик момента (ДМ);  
 привод с двигателем и шарикоподшипниковыми опорами. 
На рис. 2.1 приведена электрическая схема динамически настраиваемого гироскопа, а в табл. 2.1 — перечень элементов этой схемы. 

Рис. 2.1. Принципиальная электрическая схема ДНГ 

Таблица 2.1 

Перечень элементов принципиальной электрической схемы ДНГ 

Позиции 
Наименование 
Количество 
Примечание 

A1…A8 
Плата XXXX 758811.003 
8 
На статоре ДУ 

A9 
Плата XXXX 758814.003 
1 
На статоре 
ДМ 

B1, B2 
Датчик угла XXXX 522237.0042 
2 
B1 — ось Х,  
B2 — ось Y 

EK, EK2 Элемент  нагревательный XXXX 
687241.017 
2 
 

M1 
Датчик момента XXXX 521279.014 
1 
 

BK1 
Термодатчик XXXX 405212.0031 
1 
На статоре 
ДМ 

M2 
Электродвигатель XXXX 684251.017 
1 
 

RK1 
Терморезистор XXXX 405212.014 
1 
На статоре 
ДМ 

X…X21 
Вывод  герметичный XXXX 685261.024 
21 
 

 
 
 
 

A10 
Плата XXXX 687281.0791 
1 
 

Резисторы 

 
ОС С2-10 ОЖО467.072 ТУ, ОЖО467.168 
ТУ 
 
 

 
ОС С2-36 ОЖО467.089 ТУ, ОЖО467.168 
ТУ 
 
 

 
 
 
 

R1*… R4* ОС С2-36 – 10 кОм ± 0,5 % – А – Н – В 
4 
 

R5* 
ОС С2-10 – 0,25 – 1 Ом ± 1 % – 1В 
1 
 

R6* 
ОС С2-36 – 249 Ом ± 0,5 % – А –Н  – В  
1 
 

R7* 
ОС С2-36 – 200 Ом ± 0,5 % – А  – Н – В  
1 
 

R8* 
ОС С2-10 – 0,25 – 1 Ом ± 1 % –В 
1 
 

 

Окончание табл. 2.1 

Позиции 
Наименование 
Количество 
Примечание 

R9* 
ОС С2-36 – 40,2 Ом ± 0,5 %  –  А –  Н – В 
1 
 

R10 
ОС С2-10 – 0,25 – 42,7 Ом ± 1 % – В 
1 
 

 * R1R9 подбирают при регулировании. 

По результатам регулирования резисторы R1…R4, R9 могут не устанавливаться; резисторы R5, R8 могут быть заменены перемычками. Если при регулировании номинальные сопротивления резисторов R5, R8 превышают 10 Ом, 
необходимо устанавливать резисторы с мощностью рассеивания 0,125 Вт. 

 
Схема и таблица дают полное представление о составе и соединении всех элементов и узлов устройства ДНГ. 

Элементы ДНГ расположены в герметизированном корпусе. 
Датчик угла индуктивного трансформаторного типа состоит из 
двух диаметрально расположенных измерительных узлов B1 и B2, 
соединенных по мостовой схеме. Магнитопровод ДУ выполняется 
из феррита.  
Датчик момента M1 — магнитоэлектрического типа. Положение осей чувствительности ДНГ определяется положением магнитопроводов ДУ, которые посредством шлифования точно фиксируются относительно базовых поверхностей на корпусе прибора.  
Точное положение осей ДМ относительно осей ДУ может выставляться с помощью перекрестных связей. Поэтому статор ДМ 
содержит основные (X1, Y1) и дополнительные (X2, Y2) обмотки 
для электрического регулирования.  
В качестве двигателя привода применен синхронный трехфазный гистерезисный двигатель M2, для питания которого используются специальные схемы источников питания с подстройкой 
частоты для динамической настройки ДНГ. На схеме указывают 
номинальную частоту питания двигателя привода ДНГ. 
 Для повышения точности ДНГ в него включены элементы системы термостатирования, состоящие из термодатчика BK1, терморезистора RK1 и нагревателей EK1 и EK2. Термодатчик служит 
для контроля температуры прибора, а терморезистор включается в 
контур термостатирования. 

Функциональные узлы прибора B1, B2, M1, M2 не имеют собственных электрических схем и поэтому выделены на схеме при

бора штрихпунктирной линией. Термодатчик BK1 и терморезистор RK1 показаны входящими в состав ДМ, поскольку служат для 
его температурной стабилизации и контроля. 
На схеме допускается показывать промежуточные устройства, 
предназначенные для электрического соединения элементов. На 
рис. 2.1 приведены коммутационные платы A1… A9, используемые для подключения цепей ДУ и ДМ при их монтаже в прибор. 
Основные функциональные узлы ДНГ расположены внутри 
герметичного корпуса прибора, для подключения к ним внешних 
электрических цепей используются герметичные выводы (гермовыводы) X1… X21 на корпусе прибора.  
Для обеспечения электрического регулирования ДУ прибора 
на его корпусе монтируется плата A10, на которой устанавливают 
регулировочные элементы — резисторы R1…R10. Резисторы R1… 
R4, R7 и R9 служат для регулирования смещения нуля ДУ, а резисторы R5 и R8 позволяют регулировать квадратурную составляющую сигналов ДУ. При регулировании часть резисторов может не 
устанавливаться на плате, но на электрической схеме приводятся 
все резисторы и все контакты для соединений на схеме платы. Цепи ДУ (гермовыводы прибора X1, X6, X7, X11, X17 и X21) подключаются к контактам 1… 8 платы A10, питание подается на контакты 9 и 13 платы, и выходной сигнал ДУ снимается с контактов 
10…12 платы. Напряжение при таком включении необходимо подавать от изолированного источника питания.  
Нагревательные элементы EK1, EK2 закреплены на наружной 
поверхности корпуса прибора, и их подключение в схему температурной стабилизации проводят непосредственно через их контакты 
1 и 2. 

2.2. Датчик отклонения платформы от горизонта 

В качестве датчиков отклонения платформы от горизонта чаще всего используются жидкостные маятниковые переключатели 
(ЖМП) и акселерометры. 

2.2.1. Жидкостный маятниковый переключатель 

ЖМП представляет собой герметичную колбу с тремя электродами и частичным заполнением ее объема электролитом. При горизонтальном положении колбы электрические сопротивления между 
центральным электродом и боковыми электродами равны. При