Алгоритмическое повышение точности сигналов твердотельных волновых гироскопов

Константин Валентинович Шишаков

doi:10.22213/2410-9304-2022-4-34-47

Авторы

К. В. Шишаков ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-4-34-47

Ключевые слова:

математическая модель, цифровой двойник, резонатор, твердотельный волновой гироскоп, идентификация, разнодобротность, разночастотность

Аннотация

Проводится обсуждение возможных путей алгоритмического повышения точности выходных сигналов твердотельных волновых гироскопов пониженного качества изготовления при наличии у их резонаторов остаточных механических дефектов в виде разночастотности и разнодобротности. Для этого использованы узкополосные амплитудно-фазовые модели колебаний резонаторов на второй угловой гармонике, записанные в резонансных переменных. Далее выполнен переход к произвольным неподвижным осям, включая приборные оси измерительного устройства. Также выполнен переход к подвижным осям рабочей и квадратурной стоячих волн для раскрытия параметрических зависимостей в функции дрейфа выходного сигнала гироскопа. На этой основе обозначены семь основных этапов последовательного системного алгоритмического повышения точности выходного сигнала. Из них в статье преимущественно рассматриваются варианты комбинирования операций калибровки функций систематического дрейфа выходного сигнала с новыми возможностями повышения точности алгоритма расчета сигнала. Среди таких вариантов выделены: построение двумерных калибровочных функций; использование теоретических зависимостей для уменьшения трудоемкости калибровки функции дрейфа; разделение функций дрейфа на калибруемую и измеряемую части. Для калибровки коэффициентов теоретических частей функций дрейфа рассмотрены разные модели их идентификации в режиме свободных колебаний резонатора гироскопа. При этом использованы модели колебаний в подвижных осях стоячих волн и неподвижных приборных осях. Дополнительно для случая одноэлектродной системы параметрического возбуждения кратко обозначены возможности контроля разночастотности и разнодобротности резонаторов гироскопов в рабочем режиме эксплуатации. А также поставлена задача идентификации параметров эталонных моделей колебаний резонаторов с целью формирования альтернативных алгоритмов повышения точности измерительного сигнала гироскопов. Развитие описанных направлений поиска путей алгоритмического повышения точности сигнала твердотельных волновых гироскопов со значительными остаточными разночастотностью и разнодобротностью их резонаторов на практике ожидается в процессе непосредственной их отработки в конкретных условиях эксплуатации.

Биография автора

К. В. Шишаков, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Радиотехника»

Библиографические ссылки

Журавлев В. Ф. Дрейф несовершенного ВТГ // Изв. РАН. МТТ. 2004. № 4. С. 19-23.

Маслов А. А., Маслов Д. А., Меркурьев И. В. Идентификация параметров волнового твердотельного гироскопа с учетом нелинейности колебаний резонатора. // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. 2014. № 5. С. 18-23.

Басараб М. А., Матвеев В. А., Лунин В. С. Аппроксимация распределения плотности резонатора волнового твердотельного гироскопа по измеренным параметрам дебаланса // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. 2015. № 10. С. 9-16.

Маслов Д. А. Идентификация параметров гироскопа с цилиндрическим резонатором при учете влияния нелинейности на амплитуду возбуждающего воздействия. // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 1 (50). С. 24-31.

Чуманкин Е. А., Лунин Б. С., Басараб М. А. Особенности балансировки металлических резонаторов волновых твердотельных гироскопов // Динамика сложных систем - XXI век. 2018. Т. 12, № 4. С. 85-95.

Расчет расщепления собственной частоты цилиндрического резонатора твердотельного волнового гироскопа на основе численного интегрирования высокой точности / О. С. Нарайкин, Ф. Д. Сорокин, А. М. Гуськов, С. А. Козубняк, Д. С. Вахлярский // Инженерный журнал: наука и инновации. 2019. № 5 (89). С. 4.

Компенсация уходов волнового твердотельного гироскопа, вызванных анизотропией упругих свойств монокристаллического резонатора / А. А. Маслов, Д. А. Маслов, И. В. Меркурьев, В. В. Подалков // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28, № 2 (109). С. 25-36.

Маслов Д. А., Меркурьев И. В. Влияние нелинейных свойств электростатических датчиков управления на динамику цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2021. № 6. С. 88-110.

Басараб М. А., Лунин Б. С., Чуманкин Е. А. Балансировка металлических резонаторов волновых твердотельных гироскопов общего применения. // Динамика сложных систем - XXI век. 2021. Т. 15, № 1. С. 58-68.

Журавлёв В. Ф. Пространственный осциллятор Ван-дер-Поля. Технические приложения // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2020. № 1. С. 158-164.

Журавлёв В. Ф. О формировании обратных связей в пространственном осцилляторе Ван-дер-Поля // Прикладная математика и механика. 2020. Т. 84, № 2. С. 151-157.

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

Слюсарь В. М. О влиянии инструментальных факторов на скорость углового дрейфа БИНС // Гироскопия и навигация. 2007. № 1. С. 47-61.

Бесплатформенная инерциальная навигационная система на базе твердотельного волнового гироскопа / Г. И. Джанджгава, К. А. Бахонин, Г. М. Виноградов, А. В. Требухов // Гироскопия и навигация. 2008. № 1 (60). С. 22-32.

Шаталов М. Ю., Лунин Б. С. Идентификация параметров математической модели вибрационных гироскопов по экспериментальным данным // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2007. С. 66-70.

Шишаков К. В. Твердотельные волновые гироскопы: волновые процессы, управление, системная интеграция. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2018. 264 с.