Анализ условий эффективного применения алгоритмов идентификации точностных механических характеристик резонаторов твердотельных волновых гироскопов

Рамис Ильфатович Мингазов; Константин Валентинович Шишаков

doi:10.22213/2410-9304-2024-4-4-14

Авторы

Р. И. Мингазов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
К. В. Шишаков РТУ МИРЭА

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-4-4-14

Ключевые слова:

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

Аннотация

Целью статьи является проведение анализа условий эффективного применения алгоритмов измерения точностных механических характеристик резонаторов интегрирующих твердотельных волновых гироскопов, к которым отнесены остаточные значения параметров разночастотности и разнодобротности резонаторов. При этом основными режимами измерений выбраны режимы свободных колебаний резонатора неподвижного гироскопа. Рассматриваемые алгоритмы измерения остаточных значений параметров разночастотности и разнодобротности резонаторов реализуются через стандартные вычислительные процедуры идентификации коэффициентов дифференциальных уравнений свободных колебаний резонаторов. В качестве базовой модели идентификации выбраны уравнения колебаний резонатора в осях рабочей и квадратурной стоячих волн, которые записаны для медленно изменяющихся их амплитуд. Исходные сигналы для подготовки первичной информации задач идентификации формируются в измерительном устройстве, аналогичном штатному измерительному устройству интегрирующего твердотельного волнового гироскопа. Обсуждены разные постановки задачи идентификации параметров остаточных разнодобротности и разночастотности резонаторов как по отдельности, так и одновременно. В результате предложены и проанализированы хорошо обусловленные вычислительные схемы, не требующие введения дополнительной регуляризации обратных задач идентификации. Данные схемы обоснованно увязаны с математическими алгоритмами подготовки первичной информации для решаемых задач идентификации, которая формируется в виде массивов промежуточно вычисляемых амплитуд рабочей и квадратурной стоячих волн. Показано влияние ошибок вычисления этих амплитуд на точность идентификации параметров разнодобротности и разночастотности резонаторов. Дополнительно обсуждены возможности повышения точности расчета скоростей изменения этих амплитуд в условиях шумов измерений. Выявленные точностные условия применения алгоритмов идентификации параметров остаточных разнодобротности и разночастотности резонаторов гироскопов через нахождение коэффициентов дифференциальных уравнений их свободных колебаний позволяют повысить эффективность настройки методик производственного контроля.

Биографии авторов

Р. И. Мингазов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

аспирант

К. В. Шишаков, РТУ МИРЭА

доктор технических наук, доцент

Библиографические ссылки

Лунин Б. С., Лопатин В. М. Поверхностное внутреннее трение в высокодобротных резонаторах из кварцевого стекла // Неорганические материалы. 2022. Т. 58, № 6. С. 658-665.

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.

Делэйе Ф. Бортовая инерциальная система координат SpaceNaute® для европейской ракеты-носителя «Ариан-6» на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26, № 4 (103). С. 3-13.

Переляев С. Е. Обзор и анализ направлений создания бесплатформенных инерциальных навигационных систем на волновых твердотельных гироскопах // Новости навигации. 2018. № 2. С. 21-27.

Трутнев Г. А., Щенятский А. В. Вычислительная компонента ТВГ для измерительной компоненты на переменном напряжении // Вестник МГТУ им. Н. Э.Баумана. Сер. Приборостроение. 2022. № 3 (140). С. 78-91.

Щенятский А. В., Котельников М. А., Башарова А. А. Влияние конструктивных параметров чувствительного элемента на технические характеристики ТВГ // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2017. Т. 19, № 2. С. 92-105.

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.

Трутнев Г. А., Назаров С. Б., Перевозчиков К. К. Система съема и способы измерения колебаний резонатора твердотельного волнового гироскопа // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 2020. № 1 (130). С. 20-63.

Оптимизация управления твердотельным волновым гироскопом / А. В. Бонштедт, С. В. Кузьмин, П. К. Мачехин, Е. Л. Тонков // Вестник Удмуртского университета. Математика, 2005. № 1. С. 189-214.

Скрипкин А. А., Переляев С. Е. К вопросу оптимизации конструкции пространственного интегрирующего волнового твердотельного гироскопа // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам : сборник материалов конференции. СПб., 2023. С. 263-264.

Переляев С. Е., Бодунов С. Б., Бодунов Б. П. Волновой твердотельный гироскоп авиационно-космического применения навигационного класса точности // XXIX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам : сборник материалов конференции. СПб., 2022. С. 185-188.

Asadian M. H., Wang Y., Shkel A. M. Development of 3D Fused Quartz Hemi-Toroidal Shells for High-Q Resonators and Gyroscopes // IEEE/ASME J. of Microelectromechanical Systems. 2019. Vol. 28, no. 6. P. 1380-1383.

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

Zhuravlev V.Ph., Perelyaev S.E. Current state and scientific and technological forecast of a revolutionary breakthrought in wave solid-state gyroscope technology // Information Innovative Technologies. Materials of the International scientific - рractical conference. Prague, 2020. P. 113-119.

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.

Пешехонов В. Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28, № 2 (109). С. 3-10.

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