检索结果-内蒙古大学图书馆

中国惯性技术学报 2023年第4期31卷 401-406页

作者：蒋效雄田欣然丛正赵丙权赵小明天津航海仪器研究所天津300131 中国船舶集团公司航海保障实验室天津300131

针对全角模式半球谐振陀螺驻波的非线性漂移严重影响陀螺输出精度,且该漂移会受温度、驻波位置、老化程度等因素影响的问题,提出了一种基于递归最小二乘(RLS)算法的半球谐振陀螺自补偿控制方法,分析了全角模式半球谐振陀螺的输出误差补... 详细信息

针对全角模式半球谐振陀螺驻波的非线性漂移严重影响陀螺输出精度,且该漂移会受温度、驻波位置、老化程度等因素影响的问题,提出了一种基于递归最小二乘(RLS)算法的半球谐振陀螺自补偿控制方法,分析了全角模式半球谐振陀螺的输出误差补偿机理,基于RLS算法,推导出了误差自补偿控制过程表达式,并进行了仿真和实验验证,结果表明经自补偿后陀螺输出偏移峰峰值从0.0104°/s降至0.0013°/s。实验证明所提方法能够有效地抑制全角模式陀螺驻波的非线性漂移,实现对陀螺自身状态的监测和实时补偿,可提高全角模式半球谐振陀螺的输出精度,并增强陀螺的长期稳定性以及环境适应性。

关键词：半球谐振陀螺全角模式递归最小二乘自补偿

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全角模式半球谐振陀螺的阻尼误差修调与补偿技术研究

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机械工程学报 2022年第16期58卷 145-152页

作者：张勇猛郭锞琛孙江坤余升肖定邦吴学忠国防科技大学智能科学学院长沙410073

半球谐振陀螺具有精度高、可靠性好、抗干扰能力强等诸多优点,是最具性能潜力的哥氏振动陀螺之一。工作在力平衡模式下的半球谐振陀螺虽然具有极高的检测精度,但其动态性能受到控制系统的限制,难以充分发挥半球谐振陀螺性能优势。而工... 详细信息

半球谐振陀螺具有精度高、可靠性好、抗干扰能力强等诸多优点,是最具性能潜力的哥氏振动陀螺之一。工作在力平衡模式下的半球谐振陀螺虽然具有极高的检测精度,但其动态性能受到控制系统的限制,难以充分发挥半球谐振陀螺性能优势。而工作在全角模式下的半球谐振陀螺兼具大量程和高动态范围,并且拥有稳定的标度因数,是未来发展的重点。然而,在全角模式下,高精度的半球谐振陀螺对其结构误差更为敏感,其加工过程中的结构不对称,尤其是阻尼不对称,将会对陀螺的测量精度产生严重影响。针对全角模式下阻尼误差的影响进行研究,提出全角模式下的谐振子阻尼修调方案,利用等效电阻尼降低了谐振子周向的阻尼不对称程度,并且设计了阻尼补偿方案,将陀螺阻尼误差引起的漂移由原先的0.0316°/s降低至了0.0051°/s,进一步提升了陀螺的测量精度。

关键词：全角模式半球谐振陀螺振动陀螺阻尼修调阻尼误差补偿

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硅微轴对称陀螺全角模式下的模态匹配优化技术

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传感技术学报 2024年第11期37卷 1879-1884页

作者：黄海滨胡远陈东傲陆铭洋徐大诚苏州大学电子信息学院江苏苏州215006

硅微轴对称陀螺全角模式下频率裂解会产生较大阈值,通过模态匹配的优化可以减小频率裂解。通过分析全角模式振型进动特点和刚度轴偏差原因,提出了一种高精度模态匹配技术。通过对陀螺进动状态时频率波动信息的分析,解调出其幅值和相位... 详细信息

硅微轴对称陀螺全角模式下频率裂解会产生较大阈值,通过模态匹配的优化可以减小频率裂解。通过分析全角模式振型进动特点和刚度轴偏差原因,提出了一种高精度模态匹配技术。通过对陀螺进动状态时频率波动信息的分析,解调出其幅值和相位信息作为参考量,调整调谐电压以及调轴电压,从而实现模态匹配。实验结果表明,所提方法相较于传统开环模态匹配方法,频差从0.27 Hz提升至0.1 Hz以内,阈值从8°/s提升至3°/s,在相同360°/s转速下,输出角速率误差由18°/s降低至10°/s。

关键词：硅微轴对称陀螺全角模式模态匹配阈值

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周向漂移对全角模式半球陀螺性能的影响

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压电与声光 2023年第4期45卷 508-511页

作者：方海斌方仲祺谭品恒雷霆戴明月中国电子科技集团公司第二十六研究所重庆400060 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心重庆401332 重庆市固态惯性技术工程实验室重庆401332

全角模式半球陀螺在海陆空领域有广泛的应用前景。制造误差的存在将导致陀螺存在周向漂移。该文分析了周向漂移的特点,讨论了陀螺零偏对惯导系统定位误差的影响,从系统角度对周向漂移的影响进行了分析,并对周向漂移两种处理方法的可行... 详细信息

全角模式半球陀螺在海陆空领域有广泛的应用前景。制造误差的存在将导致陀螺存在周向漂移。该文分析了周向漂移的特点,讨论了陀螺零偏对惯导系统定位误差的影响,从系统角度对周向漂移的影响进行了分析,并对周向漂移两种处理方法的可行性进行了分析。分析表明,周向漂移影响舒拉周期振荡的幅度,但不会引起经度误差发散,经度误差发散由残余零偏引起。陀螺周向漂移的大小不等同于陀螺最终性能的漂移,对于精度为0.05~0.1(°)/h的陀螺,周向漂移控制在30(°)/h内即可。

关键词：半球谐振陀螺全角模式周向漂移

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半球谐振陀螺全角模式检测算法误差分析及优化研究

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仪表技术与传感器 2023年第1期 102-106页

作者：吴英杰李宏生东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室东南大学江苏南京210096

针对全角模式下半球谐振陀螺闭环检测回路中控制系统固有延迟与信号检测端增益失配导致的角度估计误差,提出了控制量运算与角度解算的优化方法。传统检测算法基于lynch平均法建立控制量与谐振子进动参数的关系,通过检测算法输出的控制... 详细信息

针对全角模式下半球谐振陀螺闭环检测回路中控制系统固有延迟与信号检测端增益失配导致的角度估计误差,提出了控制量运算与角度解算的优化方法。传统检测算法基于lynch平均法建立控制量与谐振子进动参数的关系,通过检测算法输出的控制量进行振型控制与方位角的解算,在此基础上,直接提取检测信号中的余弦分量进行方位角解算并忽略振幅控制量中的正交分量,缩减了控制量计算过程并抑制了检测端增益失配导致的角度输出误差。仿真结果表明:与传统算法相比,优化后的检测算法在振幅控制上有更优良的控制精度,角度输出误差显著降低。

关键词：半球谐振陀螺全角模式检测算法误差优化方法

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基于主动驱动旋转的全角模式半球谐振陀螺驻波漂移补偿方法

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中国惯性技术学报 2021年第4期29卷 522-525页

作者：王奇解伟男伊国兴王泽宇奚伯齐哈尔滨工业大学航天学院空间控制与惯性技术研究中心哈尔滨150080 哈尔滨工业大学(鞍山)工业技术研究院鞍山114000

全角模式半球谐振陀螺具有动态范围大、应用场景广泛等特点,但由于品质因数周向不均匀导致的驻波漂移问题尚未完全解决。针对这一问题,提出一种驻波漂移模型参数辨识及补偿方法。首先,根据二阶振动模型推导了驻波漂移模型;其次,提出一... 详细信息

全角模式半球谐振陀螺具有动态范围大、应用场景广泛等特点,但由于品质因数周向不均匀导致的驻波漂移问题尚未完全解决。针对这一问题,提出一种驻波漂移模型参数辨识及补偿方法。首先,根据二阶振动模型推导了驻波漂移模型;其次,提出一种辨识漂移速率峰值及阻尼轴位置的方法;最后,通过主动驱动驻波旋转补偿驻波漂移并通过实验验证方法的有效性。实验结果表明:补偿后的驻波漂移速率降低了95.55%,可以明显降低谐振子驻波漂移。

关键词：半球谐振陀螺全角模式驻波漂移驱动旋转

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全角模式半球谐振陀螺控制及电极误差补偿方法研究

全角模式半球谐振陀螺控制及电极误差补偿方法研究

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作者：何佳丽东南大学

学位级别：硕士

半球谐振陀螺体积小、抗干扰能力强、成本低,在航天航空、水下探测等多个领域均有广泛的应用前景。当前半球谐振陀螺的控制方案大多以力平衡模式进行研究,动态范围受到了限制。在全角模式下的半球谐振陀螺具有较高的动态范围,可以延展... 详细信息

半球谐振陀螺体积小、抗干扰能力强、成本低,在航天航空、水下探测等多个领域均有广泛的应用前景。当前半球谐振陀螺的控制方案大多以力平衡模式进行研究,动态范围受到了限制。在全角模式下的半球谐振陀螺具有较高的动态范围,可以延展半球谐振陀螺的应用场景。本文以半球谐振陀螺为研究对象,围绕着全角模式下的半球谐振陀螺控制方法展开研究。针对全角模式半球谐振陀螺设计控制方案,提出了以滑模控制为核心的全角模式半球谐振陀螺控制系统,提升了全角模式控制效果,并基于自适应算法对半球谐振陀螺电极误差进行补偿。主要的研究内容包括: (1)建立半球谐振陀螺谐振子动力学模型以及全角模式下的控制参数状态方程。采用薄壳理论建立了半球谐振陀螺谐振子带有误差项的动力学模型。根据谐振子动力学模型,采用平均法建立全角模式下半球谐振陀螺控制参数方程,并明确了全角模式的控制回路目标,为后文的控制回路设计奠定理论基础。 (2)根据全角模式半球谐振陀螺控制目标,采用PI控制分别设计了能量控制回路、正交控制回路以及锁相环回路,实现对全角模式半球谐振陀螺的控制。分别对非理想半球谐振陀螺三个重要回路进行仿真,选取控制性能较好的PI控制参数。并基于此搭建非理想半球谐振陀螺控制系统,验证了PI控制方法的有效性。 (3)提出采用滑模控制对全角模式下半球谐振陀螺进行控制的方案。根据正交、能量控制参数方程特点分别设计正交积分滑模控制器与能量自适应滑模控制器,并对控制效果仿真验证。选取合适的自适应滑模参数,基于以上滑模控制器,设计全角模式半球谐振陀螺滑模控制系统,并与PI控制系统进行仿真对比,结果显示了滑模控制系统控制效果的优越性。 (4)设计基于自适应算法电极误差补偿方案。根据全角模式半球谐振陀螺电极误差机理设计基于自适应算法的电极误差补偿方案。利用自适应参数估计算法进行了电极误差系数估计,获得了有效的估计值。根据误差系数估计值对电极误差进行了补偿,证明了电极误差补偿方案的有效性。 (5)搭建全角模式半球谐振陀螺实验平台,验证全角模式控制效果。分别采集PI控制与滑模控制下能量、正交、角度输出数据,验证全角模式半球谐振陀螺的控制效果。结果显示全角模式半球谐振陀螺滑模控制方法的输出误差小于PI控制。并计算了半球谐振陀螺的零偏稳定性、角随机游走系数性能指标,验证陀螺的性能。

关键词：半球谐振陀螺全角模式滑模控制自适应滑模

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全角模式半球谐振陀螺特征参数辨识与补偿研究

全角模式半球谐振陀螺特征参数辨识与补偿研究

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作者：吴俊恒哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

半球谐振陀螺具有高精度、高可靠性的特点,特别是全角模式半球谐振陀螺的高动态测量能力,使其在惯性领域中有着巨大的发展潜力。由于工艺限制,频率裂解及阻尼不均匀问题成为了限制半球谐振陀螺精度的主要因素。因此,本文基于频率裂解和... 详细信息

半球谐振陀螺具有高精度、高可靠性的特点,特别是全角模式半球谐振陀螺的高动态测量能力,使其在惯性领域中有着巨大的发展潜力。由于工艺限制,频率裂解及阻尼不均匀问题成为了限制半球谐振陀螺精度的主要因素。因此,本文基于频率裂解和阻尼不均匀误差问题,建模并分析半球谐振子的特征误差参数对陀螺驻波的漂移影响,并提出相应的参数辨识与误差补偿方案。本文的主要研究内容如下: 首先,建立了半球谐振子的非理想二阶动力学模型。根据弹性力学薄壳理论以及基希霍夫-李雅夫假设,建立了振动时半球壳上一点的动能和势能函数,并通过拉格朗日方程建立得到具有频率裂解及阻尼不均匀的二阶振动模型。其次,建立了特征参数的误差模型以及参数辨识方案。基于谐振子的非理想二阶动力学模型,结合振动点的椭圆运动方程,采用平均法推导了谐振子频率裂解、阻尼不均匀的特征参数对于驻波波腹、驻波进动角速率、振动相位的四个微分方程,建立起特征参数误差模型,并分析了频率裂解以及阻尼不均匀误差对驻波的影响。基于最小二乘辨识方法,建立了关于特征误差参数的辨识方案,并通过仿真及实验验证了辨识方案的准确性。随后,建立了频率裂解误差补偿的方案。介绍了全角模式下驻波控制的幅值控制及正交控制方案,分析了正交控制误差的影响,并提出了在现有驻波控制方案基础上基于频率控制和正交误差补偿的二力前馈补偿法,对正交控制的残余正交量进行补偿,进一步降低了频率裂解导致的驻波角速率波动。最后,建立了阻尼不均匀误差在线辨识及补偿的方案。针对易变阻尼不均匀特征参数,提出了使用递推最小二乘进行在线辨识的方法,并引入遗忘因子以提高辨识的准确性。提出了对阻尼不均匀进行输出端在线补偿以及以控制力进行前馈补偿的两种补偿方案,两种方案均能实现对阻尼不均匀的实时辨识并补偿,并通过仿真验证了阻尼不均匀辨识补偿方案的有效性。

关键词：半球谐振陀螺全角模式特征误差参数参数辨识误差补偿

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基于频率解调的全角模式半球谐振陀螺控制与实现

基于频率解调的全角模式半球谐振陀螺控制与实现

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作者：陈家沛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

半球谐振陀螺的结构较为简单,没有易造成机械磨损的部分(如机械转子、光源等),一经使用无需进行后期维护。与此同时,谐振子极其稳定的物理性质也是其高可靠性和长寿命的根本原因。所以,半球谐振陀螺是极具潜力的全固态陀螺仪,同时具有... 详细信息

半球谐振陀螺的结构较为简单,没有易造成机械磨损的部分(如机械转子、光源等),一经使用无需进行后期维护。与此同时,谐振子极其稳定的物理性质也是其高可靠性和长寿命的根本原因。所以,半球谐振陀螺是极具潜力的全固态陀螺仪,同时具有极高的精度、小型化与低成本的特点。本课题中,半球谐振陀螺工作于全角模式。全角工作模式标度因数线性度好,动态范围大,是大动态惯性导航系统的理想工作模式。但由于采用调幅方案的全角模式半球谐振陀螺需要对角位置进行差分处理得到输入角速率信息,这种操作会将角位置中的噪声放大,导致角速率有较大波动。本课题主要设计了一种基于频率解调的算法与相应的控制方案,利用两个模态锁相环频率的差值直接获得输入角速率信息,无需进行差分操作,相比于调幅方案拥有更小的噪声和更大的角速率精度,并设计了完整的控制电路。课题主要研究内容如下: 首先建立了半球谐振陀螺的等效动力学模型,应用相量分析法进行分析,得到了理想情况下两种模态的相位差与旋转角速度间的关系。建立等效电容器模型,通过分析与推导得到全角模式的检测机理,给出了极板数量、电容变化率与电容变化量之间的关系。其次,给出了基于频率解调的信号解算方法,并根据信号解算方法设计了频率解调的控制方案,方案中包含了三种共四个控制回路,分别是两个频相跟踪回路、一个幅度控制回路和一个正交控制回路,其中两个频相跟踪回路对两种模态进行单独控制。并给出了整体控制方案的框图。根据控制方案进行了控制电路设计,电路采用DSP和FPGA作为核心芯片。利用FPGA完成A/D采集、D/A转换、IIR低通滤波器、控制量分配等功能,利用DSP完成信号解算、PI控制等功能。并对FPGA与DSP进行程序编写,给出有关程序流程图。最后,搭建了软硬件测试平台,测试了各个控制回路的稳定时间和陀螺的各项性能指标,并对比调幅方案和频率解调方案的角速率测量误差。

关键词：全角模式半球谐振陀螺频率解调控制电路

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全角模式半球谐振陀螺控制电路误差参数辨识研究

全角模式半球谐振陀螺控制电路误差参数辨识研究

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作者：汪昕杨哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

半球谐振陀螺是惯性技术领域中最具发展潜力的高精度测量元件,全角模式下半球谐振陀螺可以实现高动态范围测量,扩大了半球谐振陀螺的应用场合。但是,由于加工、制造及装配工艺的缺陷,半球谐振陀螺表头会不可避免地引入检测误差、驱动误... 详细信息

半球谐振陀螺是惯性技术领域中最具发展潜力的高精度测量元件,全角模式下半球谐振陀螺可以实现高动态范围测量,扩大了半球谐振陀螺的应用场合。但是,由于加工、制造及装配工艺的缺陷,半球谐振陀螺表头会不可避免地引入检测误差、驱动误差和阻尼不均匀、质量不平衡等特征误差,降低了陀螺的测量精度。因此,本文针对上述误差,提出了检测误差参数、驱动误差参数和特征误差参数的辨识方法,为后续陀螺误差补偿、提高测量精度提供了依据。本文的研究内容主要如下:首先,介绍了全角模式半球谐振陀螺的工作机理。根据弹性薄壳理论,在正交坐标系下计算振动薄壳上一点发生位移时的弹性势能和动能,通过拉格朗日方程建立了理想谐振子的二阶振动模型。考虑阻尼轴、刚度轴与坐标轴不重合时的影响,加入外力的作用,建立了非理想谐振子的二阶振动模型。然后,研究了全角模式半球谐振陀螺检测原理,理论推导、仿真分析了检测回路放大电路增益误差、谐振子安装倾斜和检测电极偏角误差对驻波方位角测量的影响。在理想检测信号中加入检测误差的影响,通过数学推导得到存在检测误差时精确的测角公式,根据该公式建立了基于扩展卡尔曼滤波算法的检测误差参数辨识模型,并进行了检测误差参数辨识实验。将检测误差参数辨识结果通过FPGA对检测误差进行补偿,对比补偿前后的驻波方位角峰峰值,验证了检测误差参数辨识的准确性。随后,研究了全角模式半球谐振陀螺驱动原理,对作用力进行解耦得到了驻波方位角与主动驱动力之间的关系。理论推导、仿真分析了驱动回路放大电路增益误差、谐振子安装倾斜和谐振子厚度不均匀对驻波方位角速率的影响。往理想作用力中加入驱动误差,得到了存在驱动误差时驻波方位角速率与主动驱动力之间的关系,基于主动进动的思想,通过扩展卡尔曼滤波算法实现了驱动误差参数的辨识实验。将驱动误差参数辨识结果通过FPGA对驱动误差进行补偿,对比补偿前后的驻波方位角速率峰峰值,验证了驱动误差参数辨识的准确性。最后,采用平均法得到了关于频率裂解、阻尼不均匀、刚度失准角和阻尼失准角的四个一阶微分方程。理论推导、仿真分析了阻尼各向异性、刚度各向异性对驻波方位角速率的影响。联立微分方程,通过三角函数进行数学组合,建立了基于最小均方算法的特征误差参数辨识方法。设置仿真参数,完成了特征误差参数辨识的仿真实验,选取均方误差作为辨识精度的衡量指标,观察到均方误差随着辨识时间逐渐收敛,验证了特征误差参数辨识的准确性。

关键词：半球谐振陀螺全角模式控制电路误差参数辨识

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