半球谐振陀螺力反馈模式下信号处理方法分析

半球谐振陀螺是一种全固态振动陀螺,力反馈工作模式是其普遍采用的工作模式,而力反馈模式下其信号解调方法对白噪声的敏感度将决定其随机漂移指标。该文就力反馈模式下半球谐振陀螺的信号处理方法对白噪声的敏感度进行了研究,推导了4种信号处理方法(峰值采样解调、开关积分解调、全相位快速傅里叶变换(FFT)解调和相干解调)的计算公式,并采用monte-carlo方法仿真了在白噪声背景下的4种解调方法的性能。结果表明,全相位FFT解调法在不同信号强度下对白噪声均最不敏感,为半球谐振陀螺的信号处理与闭环控制设计提供了理论依据。

力反馈模式半球谐振陀螺仪振幅控制稳态模型的建立

在力反馈模式下,半球谐振子上主激励电机与反馈激励电机处的振幅控制是半球谐振陀螺控制系统的一个重要环节。为了给出两电机的准确控制电压量,以控制谐振子在有角速率输入时波腹方位角与主激励电机方位基本一致,在建立了谐振子存在密度不均匀缺陷时谐振子的动力学方程的基础上建立了振动位移的状态方程,通过对状态方程的求解,给出了两激励电压的解析表达式。从反馈激励电机的激励电压的表达式中可以得出它与输入角速率、谐振子的缺陷之间的关系,为振幅控制和误差分析打下了基础。根据谐振子结构参数对激励电压进行了计算,计算结果与实际相符,证明了本文推导的半球谐振子振幅稳态模型的正确性。

力反馈模式半球谐振陀螺幅度控制方法优化

半球谐振陀螺(HRG)幅度控制环路用于陀螺的振动激发和振动幅度维持,工作于力反馈模式的半球谐振陀螺,其标度因数与陀螺振动幅度成正比。该文对半球陀螺力反馈模式工作原理进行了理论推导,然后分析了传统幅度控制方式受外界温度变化、电子元器件老化等原因影响,将会导致半球陀螺标度因数发生变化,最后提出了半球陀螺幅度控制的优化方法,在实现相同标度因数稳定性的的情况下,大幅降低电路实现难度。

力反馈模式半球谐振陀螺仪的正交控制

介绍了半球谐振陀螺仪在力反馈工作模式下的普通控制与正交控制的概念,推导了半球谐振子唇沿振动和波腹方位角表达式,建立了谐振子存在密度不均匀缺陷时谐振子的动力学方程,由此得到了谐振子振动位移的状态方程,进而通过解微分方程求出了状态方程的精确解析解。然后给出了普通控制方法和正交控制方法的主激励电压与辅助激励电压比值的表达式,由此可精确估计陀螺的输入角速率。对这两种控制方法的解算角速率误差进行了比较与仿真分析,分析表明正交控制方法可有效抑制半球谐振子工艺缺陷带来的误差。最后给出了两种工作模式下为保证半球谐振陀螺角速率估计精度所要求的密度四次谐波的允差。

HRG四位置谐振子振幅检测方法及误差分析

为了减小谐振子偏心对力反馈模式下半球谐振陀螺输出的影响,设计了3种振幅检测的方案。基于半球谐振子径向运动方程,解算出了陀螺输出的表达式;推导出谐振子偏心情况下,3种振幅检测方案测得的振幅;根据这些振幅,得出了相应检测方案下的陀螺输出;通过仿真计算了每种方案的输出相对误差。从结果看出,第3种检测方案极大地减小了谐振子偏心对半球陀螺输出的影响。