Investigation of Algorithms for Identification of Wave Parameters in Solid-State Wave Gyroscopes without Adjusting Calculations to the Frequency of Signals

Authors

  • R. I. Mingazov Kalashnikov ISTU
  • K. V. Shishakov Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-1-29-42

Keywords:

solid-state wave gyroscope, resonant oscillations, wave pattern, identification, methods, measurements, computational algorithm

Abstract

To improve the efficiency of production operations of diagnostics, adjustment and control in the manufacture of integrating solid-state wave gyroscopes, algorithms for improving the accuracy of identification of wave parameters from measuring signals without their additional adjustment to the frequency of signals are considered. In the first algorithm for processing measurement results, a virtual transition to the moving axes of standing waves was introduced without taking into account the influence of a quadrature standing wave. It is characterized by the lowest potential accuracy, but it is convenient for the formation of initial approximations in the problems of clarifying optimization of identification functions in other algorithms. The second algorithm is based on direct five-parameter numerical minimization of the error feature by the conjugate gradient method. To avoid local extremes, it is recommended to use it as a clarifier. In this case, the initial search points are calculated by other algorithms and therefore selected near extremum. This algorithm allows identification at the shortest time intervals, which may be required when measuring high angular velocities. In the third algorithm, computational conditionality is improved at short identification intervals for increased level of measurement noise. In the fourth algorithm, the measurement results are processed using numerical procedures of digital demodulation under noise conditions. Comparison of the identification algorithms accuracy was carried out by methods of simulation modeling for theoretically set initial signals. This made possible direct comparison of initial and identified characteristics of wave processes: amplitudes of the main and quadrature standing waves, the angle of the main standing wave and its frequency. For the four algorithms considered, the results of simulation in the absence and presence of noise in the measuring signals are given. In the first case, diagrams of identification errors are analyzed depending on the length of the interval with a fixed and variable proportion of digital sampling frequencies and resonator oscillations. In the second case, there are standard identification errors depending on the noise level in the measuring signals (up to 20 percent of the basic amplitude of oscillations). Comparison of the results obtained showed the advantages and disadvantages of the corresponding algorithms, which is important for their practical adjustment when working with real samples of gyroscopes.

Author Biographies

R. I. Mingazov, Kalashnikov ISTU

Post-graduate

K. V. Shishakov, Kalashnikov ISTU

DSc in Engineering, Professor

References

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

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

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.

Теория двумерного осциллятора Ван-дер-Поля. Технические приложения в новых волновых твердотельных гироскопах / С. Е. Переляев, В. Ф. Журавлев, Б. П. Бодунов, С. Б. Бодунов // XXVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., 2021. С. 307-311.

Басараб М. А., Лунин Б. С., Колесников А. В. Численно-аналитическое решение дифференциального уравнения свободных колебаний упругого кольца при произвольном законе поворота основания // Динамика сложных систем - XXI век. 2020. Т. 14, № 2. С. 5-15.

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.

Исследование нелинейных высокоинтенсивных динамических процессов в неидеальном резонаторе волнового твердотельного гироскопа / М. А. Басараб, Д. С. Вахлярский, Б. С. Лунин, Е. А. Чуманкин // XXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., 2020. С. 276-279.

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.

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.

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

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.

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 интегрированным навигационным системам. СПб., 2021. С. 291-293.

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 интегрированным навигационным системам. СПб., 2020. С. 244-247.

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

Published

15.06.2022

How to Cite

Mingazov Р. И., & Shishakov К. В. (2022). Investigation of Algorithms for Identification of Wave Parameters in Solid-State Wave Gyroscopes without Adjusting Calculations to the Frequency of Signals. Intellekt. Sist. Proizv., 20(1), 29–42. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-1-29-42

Issue

Section

Articles