Identification of Solid-State Wave Gyroscopes Resonator Mechanical Errors in the Mode of Free Run-out of Standing Waves

Authors

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

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-2-4-19

Keywords:

solid-state wave gyroscope, resonant oscillations, wave pattern, identification, methods, measurements, free run-up of standing waves, mechanical errors

Abstract

To improve the accuracy of the output signals of solid-state wave integrating gyroscopes, various options for algorithms to identify mechanical errors of their resonators in the mode of occasionally switched mode of standing waves free run-out are considered. The measured physical parameters selected are: multi-frequency, Q factor and multi-potency, viscosity axes and stiffness axes of gyroscope resonators. Most algorithms are designed for methods of resonator mechanical errors production control and include the following stages: swinging a standing wave in the selected angular direction; circuit cut off of its active excitation; signal recording and analysis within two axes of measuring device; identification of mathematical model parameters for standing waves, recorded in their slowly changing amplitudes. Additionally, to search for stiffness axes, a technique with adjustable gyroscope resonator rotation axis is given. As a mathematical basis for the derivation and justification of the proposed identification algorithms, the necessary theoretical dependencies are given, explaining the processes of formation and processing the internal measuring signals in solid-state wave gyroscopes. As a practical testing of the most common identification technique, a laboratory study of one technological specimen of a quartz hemispherical gyroscope resonator was performed. To measure its free oscillations, a measuring system of the balancing stand was used, with measurement error up to 1% and a means of analog signals measurment, with an error of 0.05% when measuring a DC voltage of 10V. The experiment carried out showed the effective use of electrode excitation lines of standing wave for four angles {0°, 22.5°, 45°, 67.5°}. At the same time, the measurement time at each angular position was 60 seconds, and the sampling frequency of a separate measuring channel was 33,333 Hz. Herewith, each value of the wave variables was identified at 340 periods of resonant oscillations.

Author Biographies

R. I. Mingazov, Kalashnikov ISTU

Postgraduate

F. I. Spiridonov, Kalashnikov ISTU

Postgraduate

K. V. Shishakov, Kalashnikov ISTU

DSc in Engineering, Associate Professor

References

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

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.

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 интегрированных навигационным системам. СПб., 2021. С. 307-311.

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.

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.

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.

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 интегрированных навигационным системам. СПб., 2020. С. 276-279.

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.

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.

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.

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.

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.

Козубняк С. А. Расщепление собственных частот колебаний цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа, вызванное возмущением формы // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2015. № 3. С. 39-49.

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.

Матвеев В. А., Липатников В. И., Алехин А. В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э.Баумана, 1997. 168 с.

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

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, Казань. 2019. № 2, вып. 1. С. 22.

Mingazov R.I., Spiridonov F.I., Vikhlyaev I.A., Shishakov K.V.Comparison of methods for determining the physical parameters of a solid-state wave gyroscope // Instrumentation engineering, electronics and telecommunication - 2020 : сборник статей VI Международного форума. 2020. С. 6-11.

Published

25.06.2022

How to Cite

Mingazov Р. И., Spiridonov Ф. И., & Shishakov К. В. (2022). Identification of Solid-State Wave Gyroscopes Resonator Mechanical Errors in the Mode of Free Run-out of Standing Waves. Intellekt. Sist. Proizv., 20(2), 4–19. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-2-4-19

Issue

Section

Articles