速率积分半球谐振陀螺双通道同步测控系统

半球谐振子驻波精准矢量检测与激励是实现速率积分半球谐振陀螺的关键。文中提出了一种基于正交方位振动信号同步检测激励的速率积分半球谐振陀螺双通道同步测控方案,并通过实物实验对该方案的有效性进行了验证。首先,优化了谐振子驻波解调方案;其次,设计了适用于双通道同步测控模式的速率积分半球谐振陀螺多回路控制方法,实现了驻波的频率跟踪和幅度、正交控制,并加入角位置预测方案,保证了检测、驱动的同步性;然后,针对FPGA浮点数运算能力弱及参数调试和算法优化困难等问题,设计并实现了基于“FPGA+DSP”的双数字核心架构半球谐振陀螺控制电路。该电路在保证测控系统时序特性的同时,提高了系统的运算精度和编译效率;最后,利用实物实验对所设计的半球谐振陀螺多回路控制方法进行了验证。实验结果表明,文中设计的双通道同步测控系统有效实现了半球谐振陀螺速率积分控制模式,陀螺角速率输出噪声标准差达到0.001°/s以下,标度因数非线性度达到1.298×10-5量级。

半球谐振陀螺一种测角速率的方法

本文介绍了基于英国科学家G.H.Bryan的理论而工作的新型半球谐振陀螺仪(HRG)的工作原理。描述了半球谐振陀螺的测角过程。当陀螺壳体绕中心轴旋转时,由于哥氏效应(coriolis effect),谐振子振型相对壳体产生进动,通过控制双点激励力的幅值比,可实现振型对壳体转动角的跟踪,从而形成一种半球谐振陀螺检测角速率的方法。

半球谐振陀螺的漂移机理及其控制

基于半球谐振陀螺的结构特点及制造工艺技术限制等因素,研究了半球谐振陀螺的漂移机理。文中重点介绍了正交漂移及其控制,推导出正交漂移分量的数学模型。针对正交漂移产生的漂移速率和漂移角,给出了补偿和控制漂移的正交控制法。

力平衡模式下半球谐振陀螺数字控制回路设计

由于半球谐振陀螺(HRG)特殊的工作原理、制作工艺及装配误差对陀螺精度和性能的影响,需控制电路对其进行修正和补偿,现有半球谐振陀螺控制电路对陀螺的精度提高有限,仅达0.07(°)/h。该文主要阐述了半球谐振陀螺在力平衡模式下的工作原理,对半球谐振陀螺的误差进行了分析,介绍了比例、积分、微分(PID)控制算法,并对所设计的数字控制回路进行分析。试验结果表明,采用该数字控制回路设计方案能有效改善半球谐振陀螺性能,与已有控制电路比,陀螺精度可达0.005(°)/h,更好地满足了其应用于航空领域的精度要求。

半球谐振陀螺高真空维持技术

通过理论计算得到半球谐振陀螺壳体内部所需要的真空度,根据放气率实验测试数据得到壳体内部真空度随时间的变化关系,据此进行了吸气剂选型和吸气能力测试,并测量了放置吸气剂后的壳体等效放气率,测试结果表明所选用的吸气剂可以满足维持半球谐振陀螺内部高真空的使用需求。

一种微半球谐振陀螺的制造方法与测试

针对无人装备对惯性器件微小型化的需求,设计了一种新型的速率积分型微半球谐振陀螺。该陀螺设计有均匀分布的灵敏度放大单元,可提升驱动与检测效率。谐振结构采用高温旋转吹制技术加工,整体结构为面外电极形式,并采用圆片级微组装工艺装配。针对微半球谐振陀螺存在的初始频率裂解,提出了一种精密机械修调方法,可实现0.1 Hz内精度频率匹配修调。在此基础上,基于速率积分控制原理设计制造了陀螺的数字化测控电路。真空封装后陀螺工作频率约为6602 Hz,频率裂解为49 mHz,品质因数高于90万,衰减时间常数可达40 s。首次系统性测试了速率积分模式微半球谐振陀螺的综合性能,测试结果表明,陀螺零偏不稳定性(Allan方差)为0.235°/h,角度随机游走为0.0066°/h1/2,量程可高达±3000°/s,标度因数非线性优于8 ppm,标度因数对称性优于5 ppm,标度因数重复性优于1 ppm。

全角模式半球谐振陀螺阻尼误差补偿方法研究

全角(WA)模式作为一种新型陀螺控制模式,可使陀螺具有高动态范围和稳定的标度因数,有广阔的发展前景。而阻尼不均匀是影响全角模式陀螺精度的重要因素。在研究全角模式下的运动模型和控制方案基础上,针对半球谐振陀螺阻尼不均匀导致的速率阈值和振型角漂移现象,创造性地提出了振型自进动和前馈阻尼补偿相结合的补偿方案。通过试验测试,半球谐振陀螺在经过补偿后突破了原先0.01°/s的速率阈值,并且其输出波动由0.37°降低到了0.048°。该方法达成的周向阻尼不均匀性的标定与补偿作用不局限于半球谐振陀螺,对于其他类型的哥氏振动陀螺,也能够起到同样的效果,对降低陀螺由阻尼不均匀引起的误差有重要意义。

长寿命半球谐振陀螺真空保持技术

半球谐振陀螺是一种高精度长寿命的陀螺仪,具有小型化和轻量化的特点,最长具备连续工作15年的能力。随着半球陀螺的长时间工作,受材料放气和焊缝漏率的影响,真空度的下降对陀螺谐振子的精度影响逐渐增大,又因陀螺轻量化的要求,需要精确计算寿命期间的出气总量,以严格控制吸气剂的用量。该文分析了陀螺在工作过程中的出气类型,从材料放气、焊缝漏率、氢气渗透3个维度建立数学模型,得出工作过程中的出气总量,并建立陀螺流体模型,给出吸气剂的用量和初始工作条件。研究结果表明,对于吸气量大于4.12 Pa·L的半球陀螺,选用St172型吸气剂450 mg,可以满足长寿命工作的要求。本研究为半球谐振陀螺的长寿命真空保持提供理论。

基于虚拟旋转的速率积分型半球谐振陀螺锁区克服方法

半球谐振陀螺是一种新型哥氏陀螺,具有广阔的发展前景。制造工艺和装配误差等因素会引起半球谐振陀螺阻尼不均匀,进而导致外界小角速度输入时系统会产生闭锁效应。针对此问题,在半球谐振陀螺动力学模型以及信号处理模型的基础上,提出了一种驱动振型虚拟旋转的锁区克服方法。首先,对半球谐振陀螺的闭锁效应进行了理论分析;其次,介绍了虚拟旋转法的基本原理;最后,验证了虚拟旋转法对克服锁区的有效性。仿真结果表明,加入虚拟旋转后,陀螺的方位进动角能够实时跟踪外界输入角速度,有效地克服了陀螺的闭锁问题。

微小型惯性仪表发展现状、趋势以及对行业的影响

惯性仪表(包括陀螺和加速度计)是惯性技术的基础和核心,近年来,以高精度硅微机电陀螺、集成化微光纤陀螺、速率积分半球谐振陀螺、谐振式加速度计为代表的新型惯性仪表技术发展迅猛,相比传统惯性仪表,能够兼顾高精度和低SWa P+C(Size Weight and Power,plus Cost,体积、重量、功耗和成本)指标,正推动惯性技术产生新变革。重点结合上述四种微小型惯性仪表,论述其国外最新进展,展望发展趋势,预测其对行业的影响,旨在为国内相关技术研究提供参考。

谐振式陀螺全角模式误差来源与接口技术

全角模式是谐振式陀螺的新型接口技术,具有直接测量角度、动态范围大的优点,但其对陀螺元器件对称性要求极高的缺点限制了它的实际应用。首先,从谐振式陀螺全角模式的原理出发,讨论了各种不理想因素对全角模式运行造成的问题。然后,从器件设计和控制系统两方面出发,讨论了可行的技术路线。最后,通过数值仿真的方法证明了理论分析的正确性,并给出了谐振式陀螺的选型和控制系统的建议。