Измерительно-вычислительный комплекс «Твердотельный волновой гироскоп»
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-3-62-72Ключевые слова:
измерительный прибор, твердотельный волновой гироскоп, измерительная компонента, управляющая компонента, вычислительная компонента, модель твердотельного волнового гироскопа, редукция к идеальному измерительному приборуАннотация
В статье идет речь об измерительном приборе - твердотельном волновом гироскопе. Работа прибора основана на эффекте инертности стоячих волн. Твердотельный волновой гироскоп рассматривается с двух сторон: как самостоятельный измерительно-вычислительный комплекс и как датчик некоторой инерциальной системы. Структура твердотельного волнового гироскопа представлена в виде взаимосвязанных элементов: резонатор, измерительная компонента, управляющая компонента, вычислительная компонента. Анализируется структура прибора, рассматриваются его подсистемы и их связи. Исследуются различные типы конструкций резонатора, вопросы математического моделирования резонатора. Рассматриваются явления, ухудшающие точность прибора, такие как дрейф волны, нелинейность и шум выходного сигнала. Анализируются причины появления дрейфа. Одна из основных причина дрейфа - конструкционное демпфирование. Изучаются вопросы моделирования резонатора с учетом конструкционного демпфирования. Описываются различные типы датчиков и систем съема на их основе. Рассматривается измерительная компонента как система для наблюдения эффекта Брайана. Обосновывается необходимость формирование сигналов в системе съема для дополнительного наблюдения деформации резонатора в месте крепления. Рассматриваются вопросы управления динамикой резонатора. Приводятся различные контуры управления, которые позволяют получить необходимые характеристики прибора. Описываются точностные параметры. Анализируются зависимости точностных параметров твердотельного волнового гироскопа от различных факторов. Описываются направления повышения точности твердотельного волнового гироскопа и систем на его основе. Ставится общая задача повышения точности прибора за счет учета конструкционного демпфирования в модели резонатора, измерения величин, характеризующих конструкционное демпфирование, и решения задачи редукции ТВГ к идеальному измерительному прибору.Библиографические ссылки
Журавлев В. Ф., Климов Д. М. Волновой твердотельный гироскоп. - М. : Наука, 1985. - 126 с.
Матвеев В. А., Липатников В. И., Алехин А. В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа : учеб. пособие для втузов. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. - 168 с.
Лунин Б. С. Физико-химические разработки полусферического резонатора ВТГ. - М. : Изд-во МАИ, 2005. - 224 с.
Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и практика : монография. - М. : Радиотехника, 2014. - 176 с.
Егармин Н. Е. Динамика ВТГ. Препринт № 272. - М. : ИПМех Академии наук СССР, 1986. - 65 с.
Егармин Н. Е. Некоторые проблемы динамики ВТГ. Препринт № 389. - М. : ИПМех Академии наук СССР, 1989. - 43 с.
Егармин Н. Е. Погрешности ВТГ. Препринт № 391. - М. : ИПМех Академии наук СССР, 1989. - 23 с.
Басараб М. А., Кравченко В. Ф., Матвеев В. А. Математическое моделирование физических процессов в гироскопии : монография. - М. : Радиотехника, 2005. - 176 с.
Журавлев В. Ф., Линч Д. Д. Электрическая модель ТВГ // Механика твердого тела. - 1995. - № 5. - С. 12-25.
Жбанов Ю. К., Журавлев В. Ф. О балансировке волнового твердотельного гироскопа // Механика твердого тела. -1998. - № 4. - С. 4-16.
Жбанов Ю. К., Каленова Н. В. Поверхностный дебаланс волнового твердотельного гироскопа // Механика твердого тела. -2001. - № 3. - С. 11-18.
Каленова. Определение параметров поверхностного дебаланса резонатора волнового твердотельного гироскопа по его реакции на угловую вибрацию основания // Механика твердого тела. -2009. - № 5.
Журавлев В. Ф. ВТГ, содержащий m информационных и n управляющих электродов // Механика твердого тела. -2015. - № 4.
Бонштедт А. В., Кузьмин С. В., Мачехин П. К., Тонков Е. Л. Оптимизация управления твердотельным волновым гироскопом // Вестник Удмуртского университета. Математика. - 2005. - № 1. - С. 189-214.
Трутнев Г. А. Шестнадцатиточечная модель твердотельного волнового гироскопа // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2011. - № 2. - С. 135-146.
Трутнев Г. А. Модель твердотельного волнового гироскопа в медленных переменных // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2015. - № 3. - С. 421-429.
Меркурьев И. В. Влияние неравномерности толщены полусферического резонатора на точность ВТГ // Гироскопия и навигация. - 2005. - № 3.
Бетия Ж., Гро А., Гроссе Ж. Новое поколение инерциальных блоков на основе вибрационных датчиков, используемых в качестве резервных измерителей // Гироскопия и навигация. - 2006. - № 1.
Жбанов Ю. К. Самонастраивающийся контур подавления квадратуры в ТВГ // Гироскопия и навигация. - 2007. - № 2. - С. 37-42.
Джанджгава Г. И. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на базе ТВГ // Гироскоп и навигация. - 2008. - № 1. - С. 22-31.
Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Барулина М. А. Температурные и технологические погрешности ТВГ // Гироскопия и навигация. - 2010. - № 1.
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).
Ранго В., Ремиллье Ж. Новый режим управления для существенного улучшения характеристик осесимметричных вибрационных гироскопов // Гироскопия и навигация. - 2012. - № 2.
Мейер Д., Розелле Д. Инерциальная навигационная система на основе миниматюрного ВТГ // Гироскопия и навигация. - 2012. - № 3.
Негри С., Лабарр Э. Новое поколение инерциальных навигационных систем на основе ВТГ для аппаратов, обеспечивающих запуск спутников // Гироскопия и навигация. - 2016. - № 1.
Дорофеева Е. А., Саенко Ю. П. Предварительные результаты испытаний макетного образца ТВГ // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2012. - № 7.
Басараб М. А., Лунин Б. С. Миниатюрные ВТГ для малых космических аппаратов // Вестник МГТУ им. Баумана. Приборостроение. -2014. - № 4.
Лунин Б. С., Юрин А. В. Термоупругие потери в конструкционных материалах резонаторов ВТГ // Вестник МГТУ им. Баумана. Приборостроение. -2015. - № 2.
Румянцев В. Л., Долгов А. Н. Модернизированный ТВГ // Приволжский научный вестник. -2015. - № 12-3.
Bryan G. H. On the beats in the vibrations of a revolving cylinder or bell // Proc. Camb. Phil. Soc. Math. Phys Sci. 1890. Vol. 7. P. 101-111.
Matthews A.; Bauer D. A. Hemispherical Resonator Gyro Noise Reduction for Precision Spacecraft Pointing. In Proceedings of 19th Annual AAS Guidance And Control Conference, Breckenridge, CO, USA, 7-11 February 1996.
Loveday P. W., Rogers C. A. The influence of controll system design on the performance of vibratory gyroscopes // Journal of Sound and Vibration. - 2002. - № 3. - 417-432.
Roselle D. M. The HRG: from wineglass to the Planets Spaceflight Mech. 2009, 134, 1-26.
Ragon V., Remilleux G. A new control mode for axisymetrical vibrating gyroscope greatly improving performance // in Proceedings of 18rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation System, 2011.
Xu Wang, Wenqi Wu, Force to Rebalance Control of HRG and Suppression of Its Errors on the Basis of FPGA // Sencors 2011, 11.
Xu Wang, Wenqi Wu, Temperature Drift Compensation for HRG Based on Natural Frequency // Sencors 2012, 12.
Пытьев Ю. П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 400 с.
Гольденвейзер А. Л., Лидский В. Б., Товстик П. Е. Свободные колебания тонких упругих оболочек. - М. : Наука, 1979. - 384 с.
Харкевич А. А. Борьба с помехами. - М. : Наука, 1965. - 275 с.
Слепова С. В. Основы теории точности измерительных приборов: учебное пособие. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 192 с.
Датчики : справочное пособие / под общ. ред. В. М. Шарапова, Е. С. Полищука. - М. : Техносфера, 2012. 624 с.
