Твердотельный волновой гироскоп с независимыми каналами измерения угла и угловой скорости

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.