Improvement of Methods of Solid-State Wave Gyroscope Parameter Estimation
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-4-10-15Keywords:
solid-state wave gyroscope, dynamic system, basis of principal quadratic forms, parameter estimation, measurement errorAbstract
The paper investigates methods ofparameterestimation of a solid-state wave gyroscope (VTG). They are based on change in the resonator phase variables under constant environmental conditions (angular velocity, vibrations, temperature, etc.). This makes it possible to determine the parameters characterizing the imperfection of the gyroscope subsystemsaccurately. A mathematical model of VTG is proposed in the form of a dynamic system with measuring and computing components. The model takes into account the phase variablevector of the sensing element dynamics, the vector of phase variableobservation, the vector of resonator dynamics control generated in the digital-analog subsystem, and the control vector created in the computing component by the function V, depending on the signal processing algorithms. This model differs from the existing ones in that it takes into account the basic errors of measurement. This allows not only to determine the mechanical parameters, but also the parameters associated with measurement imperfection. Quality criteria have been selected for product customization that minimize the estimation error rateof angular velocity with respect to the given value. The up-to-date literature review of shown that the basis of principal quadratic forms is convenient for developing methods for estimating physical parameters. It is used to estimate parameters based on data in the free run mode. The main aspects of parameter estimation and the disadvantages of existing methods are described. Mathematical transformations were carried out, resulted in a mathematical model of the solid-state wave gyroscope dynamics based on the resonator oscillationbasic form within the basis of principal quadratic forms. Possible distortions of the analog measurement error are taken into account. A special case for the basic errors of the measurement, such as the heterogeneity of the gain coefficients and the mismatch of the phase delays of the information channels,is considered. It is established that the obtained model accurately describes the relation of mechanical parameters, distortion parameters of the measurement errors, wave parameters and their derivatives. The results of the numerical experiment confirm the adequacy of the obtained expressions. Accuracy numerical assessment of the solid-state wave gyroscope parameters is given. The prospects for improving mathematical models and approaches are also described.References
Maslov A.A., Maslov D.A., Ninalalov I.G. et al. Hemispherical Resonator Gyros (An Overview of Publications). Gyroscopy Navig. 14, 1-13 (2023). https://doi.org/10.1134/S2075108723010054.
Wang R., Yi G. High-precision control scheme for HRG with application to aerospace navigation systems. Aerospace Science and Technology 119, 107168, 2021.
Климов Д. М., Журавлев В. Ф., Жбанов Ю. К. Кварцевый полусферический резонатор (Волновой твердотельный гироскоп). М.: ФГБУН ИПМех им. А. Ю. Ишлинского РАН, 2017. 193 с.
Переляев С. Е. Волновой твердотельный гироскоп авиационно-космического применения навигационного класса точности // XXX Международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2023. С. 431-435.
Фетисов С. В., Некрасов А. В. Разработка БИНС на основе ТВГ для маневренных аппаратов. Статья в сборнике трудов. 2022. С. 47.
Казаков И. П., Шишаков К. В. Построение калибровочных функций углового положения триэдра акселерометров // Интеллектуальные системы в производстве. 2021. С. 59-71.
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). DOI: 10.18698/0236-3933-2020-1-50-63.
Спиридонов Ф. И., Шишаков К. В. Автоматизированный контроль физических и точностных параметров чувствительных элементов ТВГ // Интеллектуальные системы в производстве. 2021. Т. 19, № 3. С. 35-46.
Wang R., Yi G. Modeling, identification and compensation for assembly error of whole-angle mode hemispherical resonator gyro. Measurment 204, 112064, 2022.
Смирнов К. А., Зарубайло Е. А. Алгоритмы повышения точности ТВГ // Известия высших учебных заведений России. Радиотехника. 2022. Т. 25, № 4. С. 81-89.
Трутнев Г. А., Щенятский А. В. Вычислительная компонента ТВГ для измерительной компоненты на переменном напряжении // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Приборостроение. 2022. С. 78-91.
Малютин Д. М. Структурные решения, обеспечивающие увеличение динамической точности ВТГ // Приборы и методы измерений. 2021. Т. 12, № 2. С. 146-155.
Кирсанов М. Д., Хомячкова А. Н. ЦОС ТВГ в режиме ДУС // Известия Тульского государственного университета. 2022. Вып. 12. С. 218-223.
Недопекин Н. В. Оценка влияния температуры окружающей среды на режимы работы резонатора ВТГ// Надежность и качество сложных систем. 2023. № 1. С. 126-132.
Лунин Б. С., Басараб М. А. Рассеяние энергии колебаний полусферического резонатора в области крепления // Гироскопия и навигация. 2024. Т. 32, № 2 (125).
Song L., Li Q. Reserch of frequency splitting caused by uneven mass of micro-HRG. Micromachines 13 (11), 2015, 2022.
Мингазов Р. И., Шишаков К. В. Имитационное моделирование точности идентификации характеристик ТВГ с настройкой вычислительных алгоритмов // Интеллектуальные системы в производстве. 2021. Т. 19, № 3. С. 12-24.
Yan K., Wang X. Self-excitation enabled decoupling, calibration and compensation of errors for whole-angle HRG. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurment 73, 1-13. 2023.
Трутнев Г. А., Спиридонов Ф. И., Мингазов Р. И. Оценка параметров ТВГ на различных этапах производства // Интеллектуальные системы в производстве. 2024. Т. 22, № 4. С. 4-14.
Журавлев В. Ф. Двумерный осциллятор Ван дер Поля с внешним управлением // Нелинейная динамика. 2016. Т. 12, № 2. С. 211-222. DOI: 10.20537/nd1602004.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Г А Трутнев, И Д Изместьев, А В Щенятский

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.