Measurement of Oscillatory and Dissipative Resonator Characteristics of Solid-State Wave Gyroscopes: Algorithms for Operational Correction of Systematic Signal Drift

Authors

  • K. V. Shishakov MIREA - Russian Technological University

DOI:

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

Keywords:

measurement techniques, oscillatory-dissipative characteristics, free oscillations, identification, wave pattern, resonant oscillations, solid-state wave gyroscope

Abstract

The article discusses the possibilities of increasing the output signal accuracy of integrating solid-state wave gyroscopes manufactured with a reduction in the requirements for the residual characteristics of the multi-frequency and multi-factor ratios of their resonators, as well as for the centering of the control ring electrode. These capabilities involve the use of a more complex output function that includes an additional part due to the effect of these errors on the systematic drift function. However, its formation requires introduction of an interval shutdown of the parametric excitation system so as to increase the purity of identification of the listed factors. To reveal this topic, the following is sequentially described: mathematical formulation of the problem; general analysis of the systematic drift of the integrating gyroscope signal caused by mechanical errors in the design of its resonator; autonomous algorithmic reduction of the influence of the dominant residual differentials in the mode of interval disconnection of excitation; autonomous algorithmic reduction of the influence of the dominant residual frequency difference in the mode of interval disconnection of excitation; simultaneous algorithmic compensation of the influence of residual Q and Frequency in the interval disconnection mode of excitation; estimation of the signal drift component of the integrating gyroscope, due to errors in the control loops, as well as the possibility of its reduction. The analysis of these problems is carried out on the basis of a model of wave processes in the gyroscope resonator, obtained only on the basis of the laws of classical mechanics. There were no additional errors due to the imperfection of the electrical circuits for processing measurement and control signals. Various computational schemes discussed in the article can also be useful for performing operational adjustments of the gyroscope measurement system, which may be required as a result of the design aging factor, as well as after its intensive use in a wide range of external disturbances.

Author Biography

K. V. Shishakov, MIREA - Russian Technological University

DSc in Engineering, Professor

References

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.

Published

07.10.2024

How to Cite

Shishakov К. В. (2024). Measurement of Oscillatory and Dissipative Resonator Characteristics of Solid-State Wave Gyroscopes: Algorithms for Operational Correction of Systematic Signal Drift. Intellekt. Sist. Proizv., 22(3), 39–49. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-3-39-49

Issue

Section

Articles