Изменение точностных характеристик твердотельных волновых гироскопов при отстройке частоты возбуждения от резонансной
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2021-3-4-17Ключевые слова:
твердотельный волновой гироскоп, частота возбуждения, резонансная частота, частота дискретизации, имитационная модель, лабораторные макеты, измерительное устройствоАннотация
В статье проведены расчетное и экспериментальное исследования меры ухудшения точностных характеристик твердотельных волновых гироскопов при отстройке их частоты возбуждения от резонансной. Для этого построена имитационная модель, которая исследована в пакете Matlab. Выполнено моделирование работы измерительного устройства на переменном токе и на постоянном токе. Показано, что мера несовпадения расчетной сетки с периодом колебаний резонатора гироскопа явилась основной причиной погрешностей при расчете угла поворота гироскопа в рамках имитационной модели. Это подтверждают полученные графики зависимостей погрешностей от отклонения частоты возбуждения от резонансной частоты. Проведенные экспериментальные исследования на лабораторных макетах непромышленного производства подтвердили принципиальную возможность изготовления конструкции твердотельного волнового гироскопа без контура фазовой автоподстройки частоты без существенной потери в точности. Для этого были созданы и исследованы три макета гироскопов невысокой точности. В первом макете применялось измерительное устройство на переменном токе, а параметрическая подкачка колебаний выполнялась одним кольцевым электродом с дополнительным включением контура коррекции разночастотности с шестнадцатью электродами. Во втором макете в предыдущей схеме было заменено измерительное устройство для работы на постоянном токе. В третьем макете исследовалась двухканальная восьмиэлектродная система управления. На всех макетах оказалось допустимым работать при отклонении частоты возбуждения от резонансной 5 кГц на величину ± 20 Гц. При этом форма функции систематического дрейфа практически не изменилась. А ее амплитуда и уровень случайной погрешности также изменялись приемлемо.Библиографические ссылки
Журавлёв В. Ф., Климов Д. М. Волновой твердотельный гироскоп. М. : Наука, 1985. 125 с.
Матвеев В. А., Липатников В. И., Алехин А. В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. 168 с. : ил.
Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технология. М. : Радиотехника, 2014. 176 с. : ил.
Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором / В. Я. Распопов, И. А. Волчихин, А. И. Волчихин и др. ; под ред. В. Я. Распопова. Тула : Изд-во ТулГУ, 2018. 189 с.
Trusov, A. A. et al., mHRG: Miniature CVG with beyond navigation grade performance and real time self-calibration // 2016 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems. 2016. P. 29-32.
Matthews, A. An Operation and Mechanization of the Hemispherical Resonator Gyroscope // 2018 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS). 2018. P. 7-14.
Jeanroy, A.; Grosset, G.; Goudon, J.-C.; Delhaye, F. HRG by Sagem from laboratory to mass production // 2016 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems. 2016. P. 1-4.
Delhaye, F. HRG by SAFRAN: The game-changing technology // 2018 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL). 2018. P. 1-4.
Chikovani, V. Self-compensation for disturbances in differential vibratory gyroscope for space navigation / V. Chikovani, O. Sushchenko // Hindawi. 2019. P. 1-9.
Lee, J.; Yun, S.W., Rhim, J. Design and Verification of a Digital Controller for a 2-Piece Hemispherical Resonator Gyroscope // Sensors. 2016. P. 16-555.
Wan, Q., Gu, H., Fan B. A high symmetry polysilicon micro hemispherical resonating gyroscope with spherical electrodes // 2017 IEEE SENSORS. 2017. P. 1-3.
Li, W. et al. A Novel Micro Shell Resonator Gyroscope with Sixteen T-Shape Masses // 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXXIII). 2019. P. 434-437.
Lu, K., Xi, X., Li, W. Research on precise mechanical trimming of a micro shell resonator with T-shape masses using femtosecond laser ablation. // Sensors and Actuators A: Physical V. 290. 2019. P. 228-238.
Liu, N. and Su, Z. Research on Eigenvalue Analysis Method in Multi-Surface Metal Shell Vibratory Gyro // IEEE Access vol. 7. 2019. P. 142097-142114.
Xu, Z., Yi, G., Xie, Y. Influence of external load on hemispherical resonator gyro feedback control system with state constraints // IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. 2017. P. 6217-6222.
Xiao, P., Qiu, Z., Pan, Y. Influence of Electrostatic Forces on the Vibrational Characteristics of Resonators for Coriolis Vibratory Gyroscopes // Sensors. 2020. No. 20. P. 295.
Guo, K., Wu Y.; Zhang, Y.; Sun, J.; Xiao, D.; Wu, X. Damping Asymmetry Trimming Based on the Resistance Heat Dissipation for Coriolis Vibratory Gyroscope in Whole-Angle Mode // Micromachines. 2020. No. 11. P. 945.
Zhao, W., Rong, Y., Li, C. High Precision Hemispherical Resonator Gyroscopes With Oven Control Systems // IEEE Sensors Journal. 2021. 21. 6. 7388-7401.
Миниатюрный волновой твердотельный гироскоп нового поколения для бескарданных инерциальных навигационных систем беспилотных летательных аппаратов / В. Ф. Журавлев, С. Е. Переляев, Б. П. Бодунов, С. Б. Бодунов // XXVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам : сб. материалов, СПб., 27-29 мая 2019 года. СПб. : Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2019. С. 241-245.
Бодунов Б. П. Разработка волнового твердотельного гироскопа для низкодинамичных и высокодинамичных объектов // XIII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2019 : сб. трудов XIII Всероссийского совещания по проблемам управления ВСПУ-2019, Москва, 17-20 июня 2019 года. Москва: Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2019. С. 1336-1341. DOI 10.25728/vspu.2019.1336.
Штек С. Г., Жеглов М. А., Исаев М. М. Разработка узла преобразователя для съема сигналов волнового твердотельного гироскопа с кварцевым резонатором // Вестник концерна ВКО «Алмаз - Антей». 2020. № 2(33). С. 65-73.
Маслов Д. А., Меркурьев И. В. Компенсация погрешностей волнового твердотельного гироскопа с электростатическими датчиками управления // Инженерный журнал: наука и инновации. 2018. № 9(81). С. 2.
Патент № 2704334 C1 Российская Федерация, МПК G01C 19/56. Способ считывания и управления колебаниями волнового твердотельного гироскопа: № 2019109616 : заявл. 02.04.2019 : опубл. 28.10.2019 / Д. М. Климов, В. Ф. Журавлев, С. Е. Переляев, А. В. Алехин ; заявитель ФГБУН Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук.
Переляев С. Е., Алехин А. В. Применение цифрового преобразования Гильберта в обработке первичных сигналов волнового твердотельного гироскопа // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2017. № 1. С. 434-437.
Трутнев Г. А., Перевозчиков К. К., Назаров С. Б. Система съема и способы измерения колебаний резонатора твердотельного волнового гироскопа // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. 2020. № 1(130). С. 50-63.
Шишаков К. В. Твердотельные волновые гироскопы: волновые процессы, управление, системная интеграция. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2018. 264 с.
