Способ и система компенсации дрейфа твердотельного волнового гироскопа



Способ и система компенсации дрейфа твердотельного волнового гироскопа
Способ и система компенсации дрейфа твердотельного волнового гироскопа
Способ и система компенсации дрейфа твердотельного волнового гироскопа

 


Владельцы патента RU 2619815:

Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" (RU)

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), работающим в режиме датчика углового положения. Способ компенсации дрейфа ТВГ включает предварительное определение математических параметров модели температурной скорости дрейфа ТВГ, определение углового положения волны резонатора в рабочем режиме и алгоритмическую компенсацию его температурной скорости дрейфа в соответствии с этой моделью, рассчитывают значения производной частоты резонатора, при этом модель дрейфа использует значения углового положения волны, частоту резонатора и производную частоты и рассчитывается в виде функции

где Ak, Bk - полиномы степени N по члену f и степени M по члену g; θ - значение углового положения волны; - резонансная частота твердотельного волнового гироскопа; g - значение производной резонансной частоты; N - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от частоты; M - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от производной частоты; K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла; параметры ak,i,j, bk,i,j находят для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла, резонансной частоты производной резонансной частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании. Технический результат – повышение точности компенсации дрейфа ТВГ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам, работающим в режиме датчика углового положения. Твердотельный волновой гироскоп (ТВГ) измеряет угол поворота. Выходной сигнал ТВГ содержит систематическую погрешность - дрейф. Дрейф - собственная скорость прецессии волны в резонаторе ТВГ. Дрейф зависит от углового положения волновой картины в резонаторе, от температуры резонатора, от температурного градиента в резонаторе. Температура резонатора характеризуется его частотой. Температурный градиент характеризуется изменением частоты резонатора. Для компенсации дрейфа в выходном сигнале ТВГ используется система компенсации дрейфа.

Известны способы моделирования дрейфа твердотельного волнового гироскопа для их последующей компенсации в работающем приборе.

Способ компенсации погрешностей в показаниях твердотельного волнового гироскопа (см. книгу Н.Е. Егармин «Погрешности волнового твердотельного гироскопа», Москва, Институт проблем механики АН СССР, препринт №391,1989 г., 23 с.):

где θ' - эволюция волновой картины колебаний резонатора волнового твердотельного гироскопа при неподвижном основании, kn,i, θn,i - параметры, зависящие от времени и отражающие специфику того или иного механизма дрейфа, n - натуральное число. В данном способе модель дрейфа учитывает в явном виде зависимость от углового положения волны, другие факторы дрейфа не уточняются.

Известен способ алгоритмической компенсации температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа (патент РФ №2480713, опубл. 27.04.2013). В данном способе компенсации модель дрейфа представляется:

где υ - угол волны резонатора;

Θр - температура резонатора;

ω01 - постоянная составляющая дрейфа в первом цикле измерений;

ωm - амплитуда переменной составляющей дрейфа;

ϕ1 - начальный фазовый угол переменной составляющей дрейфа;

k - номер гармоники;

δω00801 - разность постоянных составляющих дрейфа в восьмом и первом циклах измерений;

δω(υ)=δωm sink(υ+ϕ2);

δωm - амплитуда зависимости конечного температурного изменения переменной составляющей дрейфа от угла волны резонатора;

ϕ2 - начальный фазовый угол зависимости температурного изменения переменной составляющей дрейфа от угла волны резонатора;

- текущее значение частоты резонатора;

- частота резонатора в первом цикле измерений на угле волны резонатора минус 90°;

- установившаяся частота резонатора в восьмом цикле измерений на угле волны резонатора минус 90°.

Недостатками известной модели являются использование только одной гармоники зависимости дрейфа от углового положения волны; представление зависимости дрейфа от частоты в виде линейной функции; не учитывается зависимость дрейфа от скорости изменения температуры.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности компенсации дрейфа ТВГ.

Указанный технический результат достигается тем, что способ компенсации дрейфа ТВГ включает предварительное определение математических параметров модели температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа, определение углового положения волны резонатора в рабочем режиме и алгоритмическую компенсацию его температурной скорости дрейфа в соответствии с этой моделью, рассчитывают значения производной частоты резонатора, при этом модель дрейфа использует значения углового положения волны, частоту резонатора и производную частоты и рассчитывается в виде функции

где Ak, Bk - полиномы степени N по члену f и степени M по члену g;

θ - значение углового положения волны;

- резонансная частота твердотельного волнового гироскопа;

g - значение производной резонансной частоты;

N - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от частоты;

M - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от производной частоты;

K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла,

параметры ak,i,j, bk,i,j находят для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла, резонансной частоты производной резонансной частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании.

Система компенсации дрейфа ТВГ содержит резонатор, соединенный с блоком обработки сигналов, формирующий значение углового положения волны в резонаторе, блок фазовой подстройки частоты резонатора, формирующий значение частоты резонатора, соединенный с блоком обработки сигналов. Выход блока фазовой подстройки частоты резонатора соединен с цифровым дифференцирующим фильтром и блоком расчета значения дрейфа, выход цифрового дифференцирующего фильтра соединен с блоком расчета значения дрейфа, выход которого соединен с блоком компенсации дрейфа, который также соединен с блоком обработки сигналов.

Изобретение поясняется структурной схемой.

Система компенсации дрейфа ТВГ содержит резонатор, блок обработки сигналов ТВГ 1, соединенный с блоком фазовой подстройки частоты 2 резонатора ТВГ, блоком 3 расчета значения дрейфа D и блоком компенсации дрейфа 4. Блок расчета значения дрейфа 3 соединен с блоком фазовой подстройки частоты 2 через цифровой дифференцирующий фильтр 5. Выход блока 3 соединен с блоком компенсации дрейфа 4.

Блок фазовой подстройки частоты 2 резонатора ТВГ определяет текущее значение частоты резонатора . Цифровой дифференцирующий фильтр 5 рассчитывает производную g частоты резонатора ТВГ. Блок обработки сигналов 1 формирует текущее значение углового положения волны θ. Блок 3 рассчитывает значения дрейфа D по значениям текущего углового положения волны θ, текущей частоты текущему значению производной частоты g и хранящихся в памяти параметров модели дрейфа ТВГ для данного изделия.

Блок компенсации дрейфа 4 выходного сигнала ТВГ формирует уточненное значение углового положения волны.

Способ компенсации дрейфа реализуют следующим образом.

ТВГ может работать в широком диапазоне температур. Точность прибора определяется дрейфом волны в резонаторе. В установившемся тепловом режиме дрейф ТВГ будет описываться суммой гармонических функций. При изменении температуры резонатора амплитуды гармонических функций в представлении дрейфа будут меняться, при этом зависимость может иметь нелинейный закон.

В частности дрейф ТВГ зависит от добротности резонатора, которая в свою очередь имеет нелинейную зависимость от температуры. Частота резонатора монотонно и почти линейно зависит от температуры. Поэтому модель дрейфа эффективнее представлять через зависимости от резонансной частоты, так как частоту можно получить из блока фазовой автоподстройки частоты, а для получения температуры потребуется дополнительный датчик.

Также амплитуды гармонических функций в представлении дрейфа проявляют зависимость от скорости изменения температуры. В частности, это связано с тем, что дрейф зависит от сил реакции в месте крепления резонатора, которые меняются с изменением температуры. Температура в месте крепления резонатора и в самом резонаторе будет отличаться тем сильнее, чем больше температурный градиент. Для получения большей точности компенсации дрейфа в модели необходимо учесть температурный градиент. Температурный градиент пропорционален скорости изменения частоты резонатора.

Резонансная частота характеризует температурные изменения в резонаторе. Производная резонансной частоты g характеризует температурный градиент в резонаторе. Текущие значение θ, g подаются в блок расчета 3 значения дрейфа волны, использующего модель дрейфа в виде функции трех переменных. Значение дрейфа используется в блоке 4 компенсации дрейфа, на выходе которого появляется уточненное значение измеренного угла поворота.

Модель дрейфа D представляет собой функцию

где Ak, Bk - полиномы степени N по члену и степени M по члену g;

θ - угол, выходное значение блока обработки сигналов;

- резонансная частота ТВГ;

g - значение производной резонансной частоты ТВГ;

N - максимальная степень в функциональной зависимости дрейфа от частоты;

M - максимальная степень в функциональной зависимости дрейфа от производной частоты;

K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла;

N, M, K - выбираются исходя из необходимой точности компенсации и ограничений на количество коэффициентов для хранения в памяти.

Параметры aij, bij - находятся для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла θ', частоты скорости изменения частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании. В зависимости от диапазона рабочих температур и требований на температурные градиенты выбирается план проведения съемов и степень многочлена. По полученным данным методом наименьших квадратов вычисляются параметры модели aij, bij.

Изобретение обеспечивает повышение точности компенсации дрейфа и соответственно точность выходного сигнала ТВГ в условиях быстрого изменения температуры внешней среды.

1. Способ компенсации дрейфа твердотельного волнового гироскопа, включающий предварительное определение математических параметров модели температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа, определение углового положения волны резонатора в рабочем режиме и алгоритмическую компенсацию его температурной скорости дрейфа в соответствии с этой моделью, отличающийся тем, что определяют значения производной резонансной частоты, а модель дрейфа D рассчитывают по формуле

где Ak, Вk - полиномы степени N по члену f и степени М по члену g;

θ - значение углового положения волны;

- резонансная частота твердотельного волнового гироскопа; g - значение производной резонансной частоты;

N - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от частоты;

М - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от производной частоты;

K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла,

параметры аk,i,j, bk,j,j находят для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла, резонансной частоты , производной резонансной частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании.

2. Система компенсации дрейфа твердотельного волнового гироскопа содержит резонатор, соединенный с блоком обработки сигналов, формирующим значение углового положения волны в резонаторе, блок фазовой подстройки частоты резонатора, формирующий значение частоты резонатора, соединенный с блоком обработки сигналов, отличающаяся тем, что выход блока фазовой подстройки частоты резонатора соединен с цифровым дифференцирующим фильтром и блоком расчета значения дрейфа, выход цифрового дифференцирующего фильтра соединен с блоком расчета значения дрейфа, выход которого соединен с блоком компенсации дрейфа, который также соединен с блоком обработки сигналов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к трехосным гироскопам средней и повышенной точности, а конкретно к способу оценки их систематических погрешностей. Технический результат заключается в повышении точностных характеристик трехосного гироскопа за счет повышения достоверности оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, с одновременным уменьшением трудоемкости процесса измерений.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств (ГУ).

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения.

Изобретение относится к регулирующим устройствам. Заявлена группа изобретений, включающая регулирующее устройство, датчик угловой скорости, способ эксплуатации регулирующего устройства с гармонической задающей величиной.

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и предназначено для определения величин масштабных коэффициентов трехосных лазерных гироскопов (ТЛГ) с взаимно ортогональными осями чувствительности при проведении калибровки (паспортизации) бесплатформенных инерциальных навигационных систем, построенных на основе ТЛГ, или их составных частей.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для пространственной угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования, построенные по принципу орбитального гирокомпасирования.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для повышения точности угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования с использованием орбитальных гирокомпасов (ОГК).

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Двухстепенной поплавковый гироскоп содержит корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на камневых опорах, поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и поплавковой гирокамерой, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента, при этом внутри корпуса соосно с ним установлен цилиндр, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы из m электродов, где m=2(n+2), n=1,2 …, жестко связанных с цилиндром, геометрический центр поверхности плоской развертки одной системы электродов лежит по одну сторону от плоскости, перпендикулярной продольной оси гироскопа, делит цилиндрическую поверхность встроенного цилиндра на две равные части и симметричен геометрическому центру поверхности плоской развертки второй системы.

Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ). Технический результат - обеспечение устойчивой работы СС.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве электростатических гироскопов. Способ изготовления ротора электростатического гироскопа содержит этапы, на которых: формируют из сплошной заготовки сферическую поверхность ротора, выполняют вдоль его диаметральной оси сквозное цилиндрическое отверстие, выполняют финишную обработку поверхности ротора, устанавливают ротор в корпусе гироскопа, выполняют обезгаживание ротора в корпусе, при этом вдоль диаметральной оси ротора, перпендикулярной к оси сквозного цилиндрического отверстия, выполняют второе сквозное цилиндрическое отверстие.
Наверх