Твердотельный волновой гироскоп с независимыми каналами измерения угла и угловой скорости

Авторы

  • Р. В. Мельников ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • Г. А. Трутнев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • А. В. Кривов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • И. Р. Кадыров Удмуртский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-21-29

Ключевые слова:

твердотельный волновой гироскоп, резонатор, датчик угловой скорости, амплитудно-частотная характеристика, система управления, математическая модель

Аннотация

В работе рассматривается новый перспективный принцип работы твердотельного волнового гироскопа (ТВГ) – одновременная работа прибора в режимах свободных и вынужденных колебаний на независимых формах колебаний. Режим свободных колебаний реализует датчик угла (ДУ), режим вынужденных колебаний формирует датчик угловой скорости (ДУС). Режим ДУ и ДУС являются независимыми каналами инерциальной информации. Режим ДУС реализует измерения мгновенной угловой скорости, но имеет большие погрешности вычисления угла поворота на длинном интервале времени при работе прибора в условиях вибраций и ударов. Режим ДУ реализует устойчивое физическое интегрирование угловой скорости (эффект Брайана) в любых условиях внешних механических воздействий на длинных интервалах времени, но имеет большие погрешности в определении мгновенной угловой скорости. Достоинством ДУ является широкий динамический диапазон, датчик работает в диапазоне угловых скоростей до нескольких тысяч градусов в секунду, с угловыми ускорениями до нескольких десятков тысяч градусов в секунду в квадрате. Динамический диапазон режима ДУС существенно меньше. Режим ТВГ с одновременной независимой работой в режимах ДУ и ДУС расширяет сферу применения ТВГ, одновременно повышает надежность, точность измерений, а также увеличивает устойчивость к внешним возмущениям. В области навигации и управления движением актуальным направлением является разработка прецизионных систем, обладающих высокой точностью определения мгновенной угловой скорости, широким динамическим диапазоном и устойчивостью интегрирования угловой скорости на длительных временных промежутках. Одна из попыток справиться с одновременными требованиями к точности и робастности – это разработка двухрежимного ТВГ, переключающего режимы в зависимости от требований. Существенным недостатком двухрежимного переключающегося ТВГ является наличие переходных процессов при переключении режимов, во время которого не происходит адекватного  измерения вращения. Также отсутствуют четкие критерии переключения режимов. Предлагается принципиально другой подход: разработка ТВГ, в котором два режима совмещены одновременно. Разделение режимов предлагается осуществлять не по времени, а по частоте. В резонаторе формируется не менее двух форм колебаний на своих резонансных частотах. Колебания по одной из форм используются для режима ДУ, другая форма используется для режима ДУС. Тем самым достигается формирование двух независимых каналов и получение преимуществ обоих режимов.

Библиографические ссылки

Пешехонов В. Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. №1.

Журавлев В. Ф. Волновой твердотельный гироскоп: современное состояние теории // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем: процессы, модели, эксперимент. 2011. № 2 (33).

C. 118–123. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 26104278.

Новое поколение ИНС на основе ВТГ / С. Негри, Э.Лабарр К., Линьон, Э. Брунштейн, Э. Сала-ён // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24. № 1 (92). С. 49-59. DOI: 10.17285/0869-7035.2016.24.1.049-059. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25774581.

Meyer D., Rozelle D. Milli-HRG inertial navigation system // Gyroscopy and navigation. Vol. 3. No. 4. 2012. Pр. 227-234. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 24144813

Жанруа Алан, Буве А., Ремиллье Жорж. Волновой твердотельный гироскоп и его применение в морском приборостроении // Гироскопия и навигация. 2013. № 4 (83). С. 24–34.

Климов Д. М. Журавлев В. Ф., Жбанов Ю. К. Кварцевый полусферический резонатор (Волновой твердотельный гироскоп). М. : ФГБУН ИПМех им. А. Ю. Ишлинского РАН, 2017. 193 с.

Qiu B., Li P., Wang J. Full digital control of hem-ispherical resonator gyro under force-to-rebalance mode // IEEE Sensors Journal. T. 15. №1. 2015. P. 71-75. DOI: 10.1109/JSEN.2014.2339229. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24635569.

Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технологии : монография. М. : Радиотехника, 2014. 176 с.

Лунин Б. С. Физико-химические разработки полусферического резонатора ВТГ. М.: Изд-во МАИ, 2005. 224 с. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 19637401.

Журавлев В. Ф. ВТГ, содержащий m информационных и n управляющих электродов // Механика твердого тела. 2015. № 4. C. 11–15.

Журавлев В. Ф., Переляев С. Е. Волновой твердотельный гироскоп – инерциальный датчик нового поколения с комбинированным режимом функционирования // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 425–431.

Jeanroy A., Bouvet A., Remillieux G. HGR and marine applications, Gyroscopy and navigation, T.5, № 2, 2014. P. 67-74

Phillips Edward H. Northrop grumman targets newport news shipbuilding, Aviation week & space technology. 2001. Vol. 154. No. 20. P. 80.

Измерительно-вычислительный комплекс ТВГ / Г. А. Трутнев, С. Б. Назаров, К. К. Перевозчиков, А. В. Щенятский // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т.15, № 3. С. 62–72. DOI: 10.22213/2410-9304-2017-3-62-72.

Журавлев В. Ф., Переляев С. Е. Волновой твердотельный гироскоп – инерциальный датчик нового поколения с комбинированным режимом функционирования // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 425–431.

Там же.

Журавлев В. Ф. Двумерный осциллятор Ван дер Поля с внешним управлением // Нелинейная динамика. 2016. Т. 12. № 2. С. 211–222. DOI: 10.20537/nd1602004.

Загрузки

Опубликован

29.12.2020

Как цитировать

Мельников, Р. В., Трутнев, Г. А., Кривов, А. В., & Кадыров, И. Р. (2020). Твердотельный волновой гироскоп с независимыми каналами измерения угла и угловой скорости. Интеллектуальные системы в производстве, 18(4), 21–29. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-21-29

Выпуск

Раздел

Статьи