Измерение колебательно-диссипативных характеристик резонаторов твердотельных волновых гироскопов: алгоритмы эксплуатационной коррекции систематического дрейфа сигнала

Константин Валентинович Шишаков

doi:10.22213/2410-9304-2024-3-39-49

Авторы

К. В. Шишаков РТУ МИРЭА

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-3-39-49

Ключевые слова:

алгоритмы измерения, колебательно-диссипативные характеристики, свободные колебания, идентификация, волновая картина, резонансные колебания, твердотельный волновой гироскоп

Аннотация

В статье выполнено обсуждение возможностей повышения точности выходного сигнала интегрирующих твердотельных волновых гироскопов, изготовленных с понижением требований к остаточным характеристикам разночастотности и разнодобротности их резонаторов, а также к центрированию управляющего кольцевого электрода. Эти возможности предполагают использование более сложной функции формирования выходного сигнала, в которую включается дополнительная часть, обусловленная влиянием перечисленных погрешностей на функцию систематического дрейфа. Однако для ее формирования приходится вводить интервальное отключение системы параметрического возбуждения с целью повышения чистоты идентификации перечисленных факторов. Для раскрытия данной темы последовательно описаны: математическая формулировка задачи; общий анализ систематического дрейфа сигнала интегрирующего гироскопа, вызванного механическими погрешностями конструкции его резонатора; автономное алгоритмическое уменьшение влияния доминирующей остаточной разнодобротности в режиме интервального отключения возбуждения; автономное алгоритмическое уменьшение влияния доминирующей остаточной разночастотности в режиме интервального отключения возбуждения; одновременная алгоритмическая компенсация влияния остаточных разнодобротности и разночастотности в режиме интервального отключения возбуждения; оценка составляющей дрейфа сигнала интегрирующего гироскопа, обусловленной погрешностями контуров управления, а также возможности ее уменьшения. Анализ перечисленных задач выполнен на основе модели волновых процессов в резонаторе гироскопа, полученной только на основе законов классической механики. В ней не были дополнительные погрешности, обусловленные несовершенством электрических схем обработки сигналов измерения и управления. Рассмотренные в статье разные вычислительные схемы могут быть также полезны для выполнения эксплуатационной донастройки системы измерения гироскопа, которая может потребоваться в результате фактора старения его конструкции, а также после ее интенсивного использования в широком диапазоне внешних возмущений.

Биография автора

К. В. Шишаков, РТУ МИРЭА

доктор технических наук, доцент

Библиографические ссылки

Басараб М. А., Иванов И. П., Лунин Б. С. Идентификация параметров волнового твердотельного гироскопа на основе нейросетевого авторегрессионного алгоритма прогнозирования временных рядов // XXVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированных навигационным системам. СПб., 2021. С. 291-293.

Паршаков А. Н. Физика колебаний. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2010. 302 с.

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

Калиткин Н. Н., Юхно Л. Ф., Кузьмина Л. В. Количественный критерий обусловленности систем линейных алгебраических уравнений // Математическое моделирование. 2011. Т. 23, № 2. С. 3-26.

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.

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

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

Определение параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа и моделирование по экспериментальным данным / А. В. Кривов, Р. В. Мельников, Ф. И. Спиридонов, Г. А. Трутнев // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева. 2019. № 2, вып. 1. С. 22.

Маслов Д. А. Идентификация и компенсация погрешностей волнового твердотельного гироскопа с электростатическими датчиками управления // Машиностроение и инженерное образование. 2018. № 1. С. 36-42.

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.

Разработка методов идентификации параметров нелинейной математической модели волнового твердотельного гироскопа / А. А. Маслов, Д. А. Маслов, И. В. Меркурьев, В. В. Подалков // XXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированных навигационным системам. СПб., 2020. С. 244-247.

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.

Влияние разночастотности и нелинейности на дрейф волнового твердотельного гироскопа в режиме датчика угловой скорости / А. А. Маслов, Д. А. Маслов, И. В. Меркурьев, В. В. Подалков // XXVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сборник материалов конференции. СПб., 2021. С. 286-290.

Переляев С. Е. Современное состояние волновых твердотельных гироскопов. Перспективы развития в прикладной гироскопии // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сборник материалов конференции. СПб., 2023. С. 431-435.

Волновые твердотельные гироскопы: обзор публикаций / А. А. Маслов, Д. А. Маслов, И. Г. Ниналалов, И. В. Меркурьев // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31, № 1 (120). С. 3-25.

Меркурьев И. В., Подалков В. В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопа. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 228 с.

Журавлёв В. Ф., Климов Д. М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 125 с.

Журавлёв В. Ф. Пространственный осциллятор Ван-дер-Поля. Технические приложения // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 1. С. 158-164.

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.

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.

Малютин Д. М. Структурные решения, обеспечивающие увеличение динамической точности волнового твердотельного гироскопа // Приборы и методы измерений. 2021. Т. 12, № 2. С. 146-155.

Смирнов К. А., Зарубайло Е. А. Алгоритмы повышения точности твердотельного волнового гироскопа // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 4. С. 81-89.

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

Климов Д. М., Журавлев В. Ф., Жбанов Ю. К. Кварцевый полусферический резонатор (Волновой твердотельный гироскоп). М.: Ким Л. А., 2017. 194 с.