Исследование алгоритмов идентификации волновых параметров в твердотельных волновых гироскопах без настройки вычислений на периодичность сигналов

Аннотация

Для повышения эффективности производственных операций диагностики, настройки и контроля при изготовлении интегрирующих твердотельных волновых гироскопов рассмотрены алгоритмы повышения точности идентификации волновых параметров из измерительных сигналов без их дополнительной настройки на периодичность сигналов. В первом алгоритме для обработки результатов измерений введен виртуальный переход к подвижным осям стоячих волн без учета влияния квадратурной стоячей волны. Характеризуется наименьшей потенциальной точностью, однако удобен для формирования начальных приближений в задачах уточняющей оптимизации функционалов идентификации в остальных алгоритмах. Второй алгоритм основан на непосредственной пятипараметрической численной минимизации функционала ошибки методом сопряженного градиента. Чтобы избежать локальных экстремумов, его рекомендуется применять в роли уточняющего. При этом начальные точки поиска вычисляются другими алгоритмами и поэтому выбираются вблизи экстремума. Данный алгоритм позволяет проводить идентификацию на наиболее коротких временных интервалах, что может потребоваться при измерениях высоких угловых скоростей. В третьем алгоритме улучшена вычислительная обусловленность на коротких интервалах идентификации для работы при повышенном уровне шумов измерений. В четвертом алгоритме обработка результатов измерений производится с использованием численных процедур цифровой демодуляции в условиях шумов. Сравнение точности алгоритмов идентификации выполнено методами имитационного моделирования для теоретически задаваемых исходных сигналов. Это позволило непосредственно сравнить исходные и идентифицированные характеристики волновых процессов: амплитуды основной и квадратурной стоячих волн, угол нахождения основной стоячей волны и ее частоту. Для рассмотренных четырех алгоритмов приведены результаты моделирования при отсутствии и наличии шумов в измерительных сигналах. В первом случае проанализированы графики ошибок идентификации в зависимости от длины интервала при фиксированной и переменной пропорции частот цифровой дискретизации и колебаний резонатора. Во втором случае - среднеквадратические ошибки идентификации в зависимости от уровня шума в измерительных сигналах (до 20 процентов от основной амплитуды колебаний). Полученные результаты показали в сравнении преимущества и недостатки соответствующих алгоритмов, что важно для их практической настройки при работе с реальными образцами гироскопов.