Measurement Calculation System “Solid-state Resonator Gyroscope”
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-3-62-72Keywords:
measuring device, Solid-state Wave Gyroscope, measuring component, controlling component, computing component, model of the Solid-state Wave Gyroscope, reduction to the ideal measuring deviceAbstract
The paper considers a measuring device - the Solid-state Wave Gyroscope. Operation of the device is based on effect of inertness of standing waves. The Solid-state Wave Gyroscope is considered from two parties as the self-contained measuring computer system, and as the sensor of some inertial system. The structure of the Solid-state Wave Gyroscope is presented in the form of the interdependent elements: the resonator, the measuring component, the operating component, the computing component. The structure of the device is analyzed, its subsystems and their communications are considered. Various types of designs of the resonator, questions of mathematical model operation of the resonator are considered. The phenomena worsening the accuracy of the device such as wave drift, nonlinearity and noise of an output signal are considered. The reasons of emergence of a drift are analyzed. One of the main drift reasons is the constructional damping. Questions of model operation of the resonator taking into account a constructional damping are studied. Various types of sensors and the systems of removal on their basis are described. The measuring component as a system for observation of the Brian effect is considered. The necessity to generating the signals in the system of removal for padding observation of deformation of the resonator in the place of fastening is proved. Questions of controlling the dynamics of the resonator are considered. Various controlling contours which allow for receiving the necessary characteristics of the device are given. Accuracy parameters are described. Dependences of the accuracy parameters of the Solid-state Wave Gyroscope on various factors are analyzed. The directions of increase in the accuracy of the Solid-state Wave Gyroscope and systems on its basis are described. The general task of increasing the accuracy of the device due to accounting of a constructional damping in the model of the resonator, measurement of values characterizing the constructional damping, and the solution of a problem of reduction of SWG to an ideal measuring device is set.References
Журавлев В. Ф., Климов Д. М. Волновой твердотельный гироскоп. - М. : Наука, 1985. - 126 с.
Матвеев В. А., Липатников В. И., Алехин А. В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа : учеб. пособие для втузов. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. - 168 с.
Лунин Б. С. Физико-химические разработки полусферического резонатора ВТГ. - М. : Изд-во МАИ, 2005. - 224 с.
Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и практика : монография. - М. : Радиотехника, 2014. - 176 с.
Егармин Н. Е. Динамика ВТГ. Препринт № 272. - М. : ИПМех Академии наук СССР, 1986. - 65 с.
Егармин Н. Е. Некоторые проблемы динамики ВТГ. Препринт № 389. - М. : ИПМех Академии наук СССР, 1989. - 43 с.
Егармин Н. Е. Погрешности ВТГ. Препринт № 391. - М. : ИПМех Академии наук СССР, 1989. - 23 с.
Басараб М. А., Кравченко В. Ф., Матвеев В. А. Математическое моделирование физических процессов в гироскопии : монография. - М. : Радиотехника, 2005. - 176 с.
Журавлев В. Ф., Линч Д. Д. Электрическая модель ТВГ // Механика твердого тела. - 1995. - № 5. - С. 12-25.
Жбанов Ю. К., Журавлев В. Ф. О балансировке волнового твердотельного гироскопа // Механика твердого тела. -1998. - № 4. - С. 4-16.
Жбанов Ю. К., Каленова Н. В. Поверхностный дебаланс волнового твердотельного гироскопа // Механика твердого тела. -2001. - № 3. - С. 11-18.
Каленова. Определение параметров поверхностного дебаланса резонатора волнового твердотельного гироскопа по его реакции на угловую вибрацию основания // Механика твердого тела. -2009. - № 5.
Журавлев В. Ф. ВТГ, содержащий m информационных и n управляющих электродов // Механика твердого тела. -2015. - № 4.
Бонштедт А. В., Кузьмин С. В., Мачехин П. К., Тонков Е. Л. Оптимизация управления твердотельным волновым гироскопом // Вестник Удмуртского университета. Математика. - 2005. - № 1. - С. 189-214.
Трутнев Г. А. Шестнадцатиточечная модель твердотельного волнового гироскопа // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2011. - № 2. - С. 135-146.
Трутнев Г. А. Модель твердотельного волнового гироскопа в медленных переменных // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2015. - № 3. - С. 421-429.
Меркурьев И. В. Влияние неравномерности толщены полусферического резонатора на точность ВТГ // Гироскопия и навигация. - 2005. - № 3.
Бетия Ж., Гро А., Гроссе Ж. Новое поколение инерциальных блоков на основе вибрационных датчиков, используемых в качестве резервных измерителей // Гироскопия и навигация. - 2006. - № 1.
Жбанов Ю. К. Самонастраивающийся контур подавления квадратуры в ТВГ // Гироскопия и навигация. - 2007. - № 2. - С. 37-42.
Джанджгава Г. И. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на базе ТВГ // Гироскоп и навигация. - 2008. - № 1. - С. 22-31.
Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Барулина М. А. Температурные и технологические погрешности ТВГ // Гироскопия и навигация. - 2010. - № 1.
Пешехонов В. Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. - 2011. - № 1.
Журавлев В. Ф. Волновой твердотельный гироскоп: современное состояние теории // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем: процессы, модели, эксперимент. - 2011. - № 2 (33).
Ранго В., Ремиллье Ж. Новый режим управления для существенного улучшения характеристик осесимметричных вибрационных гироскопов // Гироскопия и навигация. - 2012. - № 2.
Мейер Д., Розелле Д. Инерциальная навигационная система на основе миниматюрного ВТГ // Гироскопия и навигация. - 2012. - № 3.
Негри С., Лабарр Э. Новое поколение инерциальных навигационных систем на основе ВТГ для аппаратов, обеспечивающих запуск спутников // Гироскопия и навигация. - 2016. - № 1.
Дорофеева Е. А., Саенко Ю. П. Предварительные результаты испытаний макетного образца ТВГ // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2012. - № 7.
Басараб М. А., Лунин Б. С. Миниатюрные ВТГ для малых космических аппаратов // Вестник МГТУ им. Баумана. Приборостроение. -2014. - № 4.
Лунин Б. С., Юрин А. В. Термоупругие потери в конструкционных материалах резонаторов ВТГ // Вестник МГТУ им. Баумана. Приборостроение. -2015. - № 2.
Румянцев В. Л., Долгов А. Н. Модернизированный ТВГ // Приволжский научный вестник. -2015. - № 12-3.
Bryan G. H. On the beats in the vibrations of a revolving cylinder or bell // Proc. Camb. Phil. Soc. Math. Phys Sci. 1890. Vol. 7. P. 101-111.
Matthews A.; Bauer D. A. Hemispherical Resonator Gyro Noise Reduction for Precision Spacecraft Pointing. In Proceedings of 19th Annual AAS Guidance And Control Conference, Breckenridge, CO, USA, 7-11 February 1996.
Loveday P. W., Rogers C. A. The influence of controll system design on the performance of vibratory gyroscopes // Journal of Sound and Vibration. - 2002. - № 3. - 417-432.
Roselle D. M. The HRG: from wineglass to the Planets Spaceflight Mech. 2009, 134, 1-26.
Ragon V., Remilleux G. A new control mode for axisymetrical vibrating gyroscope greatly improving performance // in Proceedings of 18rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation System, 2011.
Xu Wang, Wenqi Wu, Force to Rebalance Control of HRG and Suppression of Its Errors on the Basis of FPGA // Sencors 2011, 11.
Xu Wang, Wenqi Wu, Temperature Drift Compensation for HRG Based on Natural Frequency // Sencors 2012, 12.
Пытьев Ю. П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 400 с.
Гольденвейзер А. Л., Лидский В. Б., Товстик П. Е. Свободные колебания тонких упругих оболочек. - М. : Наука, 1979. - 384 с.
Харкевич А. А. Борьба с помехами. - М. : Наука, 1965. - 275 с.
Слепова С. В. Основы теории точности измерительных приборов: учебное пособие. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 192 с.
Датчики : справочное пособие / под общ. ред. В. М. Шарапова, Е. С. Полищука. - М. : Техносфера, 2012. 624 с.
