Раритет-диковина 
                из лавки древностей

Устройство управления трёхстепенным карданным подвесом

Автор Никонов Евгений Константинович
патент № 1675844, МКИ G 05 B 11/01, опубликовано: 07.09.1991 г., бюллетень № 33,
по заявке № 4620121 с приоритетом 12.12.1988 г.

Патент опубликованный, не секретный.
Предметом изобретения фактически является конкретная система математических уравнений.
Авторство единоличное, без соавторов.

Прототип и аналоги:
Бимбас В.А. Кинематические уравнения движения рам динамического стенда полуперевёрнутой схемы. Сб. Имитаторы и тренажёры, вып. 1, ч.1, 1973, с. 34-39, ч.1.
McPhail, C.D. Apollo external visual simulation display systems. AIAA Paper, 1967, № 2, 53, 1-22. Экспресс-информация “Астронавтика и ракетодинамика”, 1968, № 13, рис. 5.

Реферат

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРЁХСТЕПЕННЫМ КАРДАННЫМ ПОДВЕСОМ
Изобретение относится к управлению положением физических тел в пространстве и может быть в гироскопических устройствах, авиационных пилотажных приборах, планетариях, звёздных глобусах, моделях звёздной сферы, наглядных учебных пособиях и т.п.
Цель изобретения – повышение точности управления.
Цель достигается за счёт того, что в устройство дополнительно введены блок управления знаками, задатчик постоянного сигнала и три коммутатора с соответствующими связями.
2 зависимых пункта (з.п.) формулы, 6 илл., 6 табл.

Необходимое пояснение

После полученных мной к 1989 году более двадцати авторских свидетельств по космической тематике, а может и немного раньше, у меня зародилось простенькое желание – написать и защитить изобретение, во-первых, несекретное, во-вторых, единолично моего авторства и, в-третьих, с предметом изобретения – системой математических уравнений.
Было несколько задумок таких изобретений. Одно прошло экспертизу ВНИИГПЭ и уже оформлялось в виде авторского свидетельства.
Напомним. В давние годы Ленин отменил все царские привилегии-патенты и заменил их Авторским свидетельством.
Но – грянул 1991 год!
На пути ускоренного продвижения страны к капитализму, 31 мая 1991 года был принят и с 1 июля 1991 года введён в действие Закон “Об изобретениях в СССР”, в соответствии с которым – вместо авторского свидетельства – единственным правовым документом изобретения признавался патент.
До момента крушения Советского Союза в декабре 1991 года, которого мало кто ожидал, образовалось временное окно до полугода, когда можно было получить – патент СССР.
И я его получил.
Расцениваю как свою крупную удачу, что мне удалось оформить в виде изобретения конкретную, придуманную мной, фактически систему математических уравнений. То есть получил, не без труда, авторское свидетельство и впоследствии патент СССР лично на себя, без соавторов под названием “Устройство управления трёхстепенным карданным подвесом”, номер патента: 1675844, МКИ G 05 B 11/01, опубликовано: 07.09.1991 г., бюллетень № 33, по заявке № 4620121 с приоритетом 12.12.1988 г.
Опубликованный, не секретный.
Реализовать не удалось, требовалось наличие физического изделия – имитатора звёздного неба, непосредственно содержащего трёхстепенной карданный подвес и доработанного под способ управления не по скорости, как делалось все предыдущие годы, а по положению. Но физическое изделие не появилось из-за падения промышленного производства и в связи с переходом систем визуализации на цифровую компьютерную технику.

Тогда же, неожиданно, меня вообще освободили от тренажёрной космической тематики, пришлось вплотную заняться новыми для меня морскими и вертолётными делами, а далее и вообще фантастикой – бортовым космическим направлением, в составе нового производственного коллектива. Изобретательство пришлось оставить, появился иной вид защиты своих авторских прав – свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.

А теперь, продолжаем.

Формула изобретения

1. Устройство управления трёхстепенным карданным подвесом, содержащее
блок задания синусов и косинусов углов поворота рамок подвеса, первый, второй и третий блоки преобразования в механический поворот, первый, второй и третий датчики синуса и косинуса угла поворота рамки, причём выходы первого, второго и третьего блоков преобразования в механический поворот связаны механически соответственно с внешней, средней и внутренней рамками карданного подвеса, которые механически связаны соответственно с первым, вторым и третьим датчиками синуса и косинуса угла поворота рамки, первый и второй выходы каждого из которых соединены с первым и вторым входами соответствующего блока преобразования в механический поворот, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, в него дополнительно введены блок управления знаками, задатчик постоянного сигнала, первый, второй и третий коммутаторы, причём первый и второй выходы блока задания синусов и косинусов углов поворота рамок соединены с первым и вторым информационными входами первого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвёртым входами первого блока преобразования в механический поворот, третий и четвёртый выходы блока задания синусов и косинусов углов поворота рамок соединены с первым и вторым информационными входами второго коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвёртым входами второго блока преобразования в механический поворот, пятый и шестой выходы блока задания синусов и косинусов углов поворота рамок соединены с первым и вторым информационными входами третьего коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвёртым входами третьего блока преобразования в механический поворот, второй выход второго датчика синуса и косинуса угла поворота рамки соединён с первым входом блока управления знаками, второй вход которого соединён с выходом задатчика постоянного сигнала, а выход – с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления знаками содержит последовательно соединённые блок формирования абсолютного значения, компаратор, блок дифференцирования, диодный элемент и триггер, выход которого является выходом блока управления знаками, первый вход которого является входом блока формирования абсолютного значения, а второй вход – вторым входом компаратора.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор содержит первый и второй инверторы, релейный элемент, первый и второй перекидные контакты которого соединены соответственно с входом и выходом первого инвертора, а третий и четвёртый перекидные контакты – с входом и выходом второго инвертора, причём первый и третий перекидные контакты релейного элемента подключены к первому и второму информационным входам коммутатора, обмотка управления релейного элемента – к управляющему входу коммутатора, а первый и второй выходы – к первому и второму выходам коммутатора.

Описание

Изобретение относится к области управления положением физических тел в пространстве и может быть в гироскопических устройствах, авиационных пилотажных приборах, планетариях, звёздных глобусах, моделях звёздной сферы, наглядных учебных пособиях и т.п.
Цель изобретения – повышение точности управления.
На фиг. 1 представлена общая блок-схема устройства управления; на фиг. 2, 3 – схемы блоков устройства; на фиг. 4 – временные диаграммы (эпюры) работы устройства; на фиг. 5 – графики процессов управления; на фиг. 6 – точностные диаграммы устройства.
Устройство содержит блок 1 задания синусов и косинусов углов поворота рамок подвеса, первый 2, второй 3 и третий 4 коммутаторы, первый 5, второй 6 и третий 7 блоки преобразования в механический поворот, внешнюю 8, среднюю 9 и внутреннюю 10 рамки карданного подвеса 11, первый 12, второй 13 и третий 14 датчики синуса и косинуса угла поворота рамки, блок 15 управления знаками и задатчик 16 постоянного сигнала.
Коммутатор 2 (3, 4) содержит первый 17 и второй 18 инверторы, релейный элемент 19.
Блок 15 управления знаками содержит блок 20 формирования абсолютного значения, компаратор 21, блок 22 дифференцирования, диодный элемент 23 и триггер 24.
Устройство после включения работает следующим образом.
Для управления физическим телом в пространстве используются синусы и косинусы углов α, β, γ поворота рамок карданного подвеса, которые определяются по известным направляющим косинусам aⱼₖ, j, k = 1, 2, 3, положения тела в отсчётной, например инерциальной, системе координат с помощью уравнений вида:
sinβ = a₁₂;                          (1)
secβ = 1/√(1-a₁₂*a₁₂);    (2)
sinα = -a₁₃*secβ;               (3)
cosα = a₁₁*secβ;                (4)
sinγ = -a₃₂*secβ;               (5)
cosγ = a₂₂*secβ,                (6)
где secβ – секанс угла β.
Данные уравнения решаются в блоке 1 задания синусов и косинусов углов поворота рамок подвеса.
Управление положением каждой рамки подвеса осуществляется в соответствии с законом управления, например, по каналу внешней рамки:
Δ = sinα*cosαₙ-cosα*sinαₙ,
где Δ – сигнал рассогласования (управляющий сигнал);
sinα, cosα – заданные синус и косинус угла поворота рамки;
sinαₙ, cosαₙ – измеренные синус и косинус угла поворота рамки.
Поворот рамок подвеса производится до достижения нулевого рассогласования Δ, то есть до совпадения заданных и измеренных функциональных сигналов, например, sinα → sinαₙ, cosα → cosαₙ; в результате обеспечивается положение каждой рамки подвеса, однозначно соответствующего заданному, в неограниченном диапазоне углов поворота.

(Фрагмент)

ВНИИГПЭ – Всесоюзный научно-исследовательский институт государственной патентной экспертизы.
МКИ – международная классификация изобретений.

Устройство управления трехстепенным карданным подвесом — SU 1675844 (patents.su)

https://patents.su/7-1675844-ustrojjstvo-upravleniya-trekhstepennym-kardannym-podvesom.html