Идентификация механических погрешностей резонаторов твердотельных волновых гироскопов в режиме свободного выбега стоячих волн

Рамис Ильфатович Мингазов; Федор Игоревич Спиридонов; Константин Валентинович Шишаков

doi:10.22213/2410-9304-2022-2-4-19

Авторы

Р. И. Мингазов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Ф. И. Спиридонов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
К. В. Шишаков ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

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

Ключевые слова:

твердотельный волновой гироскоп, резонансные колебания, волновая картина, идентификация, свободный выбег стоячих волн, механические погрешности, методики, измерения

Аннотация

Для повышения точности выходных сигналов твердотельных волновых интегрирующих гироскопов рассмотрены разные варианты алгоритмов идентификации механических погрешностей их резонаторов в режиме периодически включаемого режима свободного выбега стоячих волн. Измеряемыми физическими параметрами выбраны: разночастотность, добротность и разнодобротность, оси вязкости и оси жесткости резонаторов гироскопов. Большинство алгоритмов предназначены для методик производственного контроля механических погрешностей резонаторов, включающих в себя следующие этапы: раскачку стоячей волны в выбранном угловом направлении; отключение контура ее активного возбуждения; регистрацию и анализ сигналов в двух осях измерительного устройства; идентификацию параметров математической модели для стоячих волн, записанной в их медленно изменяемых амплитудах. Дополнительно для поиска осей жесткости приведена методика с настраиваемым поворотом оси резонатора гироскопа. В качестве математической основы для вывода и обоснования предложенных алгоритмов идентификации приведены необходимые теоретические зависимости, поясняющие процессы формирования и обработки внутренних измерительных сигналов в твердотельных волновых гироскопах. В качестве практической апробации наиболее общей методики идентификации выполнено лабораторное исследование одного технологического экземпляра кварцевого полусферического резонатора гироскопа. Для измерения его свободных колебаний использовалась измерительная система стенда балансировки, имеющая погрешность измерений не более 1 % и средство измерения аналоговых сигналов, имеющая погрешность 0,05 % при измерении напряжения постоянного тока 10 В. В проведенном эксперименте была показана эффективность использования электродных линий возбуждения стоячей волны в четырех углах {0°, 22,5°, 45°, 67,5°}. При этом время измерения в каждом угловом положении составляло 60 с, а частота дискретизации на отдельном измерительном канале - 33333 Гц. При этом каждое значение волновых переменных идентифицировались на 340 периодах резонансных колебаний.

Биографии авторов

Р. И. Мингазов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

аспирант

Ф. И. Спиридонов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

аспирант

К. В. Шишаков, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Радиотехника»

Библиографические ссылки

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.