Измерение колебательно-диссипативных характеристик резонаторов твердотельных волновых гироскопов: алгоритмы на основе анализа переходных процессов свободных колебаний

Константин Валентинович Шишаков

doi:10.22213/2410-9304-2024-1-11-20

Авторы

К. В. Шишаков Институт перспективных технологий и индустриального программирования РТУ МИРЭА

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-1-11-20

Ключевые слова:

методики измерения, колебательно-диссипативные характеристики, свободные колебания, идентификация, волновая картина, резонансные колебания, твердотельный волновой гироскоп

Аннотация

Статья посвящена рассмотрению алгоритмов измерения колебательно-диссипативных характеристик резонаторов интегрирующих твердотельных волновых гироскопов. Перечень вариантов таких алгоритмов ограничен только алгоритмами, использующими результаты наблюдения за переходными процессами свободных колебаний после возбуждения в резонаторе выраженной стоячей волны. В перечень измеряемых колебательно-диссипативных характеристик включены величины разночастотности и разнодобротности резонаторов гироскопов, а также угловые положения осей жесткости и добротности. В статье сначала последовательно выполнены: математическое описание режима свободного выбега стоячих волн в резонаторе гироскопа; математическое описание внутренней структуры сигналов, формируемых измерительным устройством гироскопа; предварительный анализ исходных данных и количественные оценки параметров для физического представления особенностей свободных колебаний резонатора. На этой основе обсуждаются разные варианты детализации алгоритмов для оценки жесткостных свойств резонаторов по наблюдению переходных процессов в режиме свободного выбега волновой картины, а также возможные подходы к построению алгоритмов оценки вязкостных свойств резонаторов. Приведенные формулировки алгоритмов ориентированы на использование штатного двухканального измерительного устройства гироскопа, выполняющего при необходимости расчет угла и амплитуд стоячих рабочей и квадратурной волн. Подтверждено, что наблюдение во времени переходных процессов в режиме свободного выбега волновой картины позволяет получить достаточно простые расчетные алгоритмы для оценки жесткостных свойств резонаторов. В то же время для измерения разнодобротности и углового положения осей вязкости резонатора при наблюдении за переходными процессами требуется решение более сложной вычислительной идентификационной задачи. Для практического применения приведенных алгоритмов измерения разночастотности и углового положения осей жесткости интервал времени наблюдения следует выбирать из расчета, чтобы разнофазность резонансных колебаний превысила половину длины волны.

Биография автора

К. В. Шишаков, Институт перспективных технологий и индустриального программирования РТУ МИРЭА

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры оптико-электронных приборов и систем

Библиографические ссылки

Маслов А. А., Маслов Д. А., Меркурьев И. В. Учет нелинейности колебаний резонаторов при идентификации параметров волновых твердотельных гироскопов разных типов // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2022. № 6. С. 28-40.

Чернодаров А. В., Патрикеев А. П., Переляев С. Е. Корреляционная обработка сигналов и структурно-параметрическая идентификация динамической модели ошибок волнового твердотельного гироскопа // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сборник материалов конференции. Санкт-Петербург, 2023. С. 268-271.

Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технологии. М.: Радиотехника. 2014. 176 с.

Переляев С. Е., Алехин А. В. Влияние неидентичности информационных каналов ВТГ в режиме свободной волны // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сборник материалов конференции. Санкт-Петербург, 2023. С. 265-267.

Переляев С. Е. Принципиальные вопросы теории комбинированных свободных гироскопов, функционирующих на двух рабочих модах // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2021. № 4. С. 64-76.

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

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. Санкт-Петербург, 2021. С. 286-290.

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.

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.

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., Чуманкин Е. А. Балансировка металлических резонаторов волновых твердотельных гироскопов общего применения // Динамика сложных систем - XXI век. 2021. Т. 15, № 1. С. 58-68.

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.

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.

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

Малютин Д. М. Структурные решения, обеспечивающие увеличение динамической точности волнового твердотельного гироскопа. Приборы и методы измерений. 2021. Т. 12, № 2. С. 146-155. DOI: 10.21122/2220-9506-2021-12-2-146-155.

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.

Маслов А. А., Маслов Д. А., Меркурьев И. В. Влияние опорного напряжения на дрейф волнового твердотельного гироскопа с плоскими электродами // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сборник материалов конференции. Санкт-Петербург, 2023. С. 278-282.

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. Санкт-Петербург, 2023. С. 431-435.