CN116465384A - 一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法 - Google Patents
一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及陀螺技术领域，尤其涉及一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，包括如下流程：陀螺在模态与模态之间切换；记录模态和模态，并将和送入模态切换解算模块；计算陀螺漂移信号；重复执行以上步骤，计算出陀螺漂移信号；陀螺回复至模态，求取均值，并传输给误差补偿模块；数据录取模块实时录取正常工作时的陀螺输出，并将其送入误差补偿模块，误差补偿模块将补偿到上，得到补偿后的陀螺输出角速度数据。本发明提供的方法通过对切换前后陀螺输出进行差分来消除常值漂移和常值漂移由于时间、温度变化引起的陀螺误差，保证陀螺精度和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺技术领域，尤其涉及一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法。
背景技术
谐振陀螺是利用谐振子振动驻波在哥氏力作用下沿环向进动来敏感外界角速度的一种振动陀螺，具有测量精度高，稳定性和可靠性高，工作寿命长，体积小，噪声低，加速度不敏感，抗冲击、过载、辐射能力强等优点，同时具有独特的瞬间断电工作保持能力，在空间领域受到越来越多的关注和应用。但是由于陀螺的加工工艺误差就会产生常值漂移，由于工作环境及温度变化的影响，就会产生常值漂移由于时间温度变化引起的误差，如果不实时对常值漂移及常值漂移由于时间、温度变化引起的误差进行标定补偿，就会对陀螺的精度产生影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，通过对模态切换前后陀螺输出进行差分可以消除常值漂移，并间隔一段时间对陀螺常值漂移进行一次补偿，可以消除常值漂移由于时间、温度变化引起的陀螺漂移误差，最终提高了陀螺精度和稳定性。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，其包括如下步骤：
S1: 陀螺处于正常工作模式时工作在模态，进行误差标定时，上位机控制陀螺在/>模态与/>模态之间切换；
S2:数据录取模块记录误差标定时段内陀螺模态的输出角速度数据/>和陀螺模态的输出角速度数据/>，并将/>和/>分别送入模态切换解算模块；
S3:模态切换解算模块按照式(1)计算误差标定时段内的陀螺漂移；
（1）；
其中
为陀螺/>模态的输出角速度数据；
为陀螺/>模态的输出角速度数据；
S4:然后重复执行S1，S2，S3，计算出误差标定时段内的陀螺漂移；
S5: 停止误差标定，上位机控制陀螺回复至模态正常工作模式，模态切换解算模块求取误差标定时段/>的均值/>，并将/>的值传输给误差补偿模块；
S6:陀螺处于正常工作模式，数据录取模块实时录取陀螺输出角速度数据，并将其送入误差补偿模块，误差补偿模块将/>按照式（2）补偿到/>上，得到补偿后的陀螺输出角速度数据/>，从而完成对正常工作模式陀螺漂移的误差补偿；
（2）。
优化的，S1中陀螺在模态及/>模态时的时长均为5分钟，然后进行模态切换。
优化的，S1中模态切换的时间为10秒。
进一步，每间隔两小时重复一次步骤S1-S6。
发明的有益效果：
本发明提供的一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，具有如下优点：通过对切换前后陀螺输出进行差分得到陀螺漂移信号的表达式，并在标定过程中求取陀螺漂移信号均值，将/>补偿到陀螺原始角速度数据上，从而可以消除陀螺常值漂移。间隔一段时间对常值漂移进行一次补偿，可以消除常值漂移由于时间、温度变化引起的陀螺漂移误差，保证陀螺精度和稳定性。
附图说明
图1是力反馈陀螺模态切换的示意图。
图2是陀螺模态切换效果图。
具体实施方式
一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，具体流程如图1所示，其包括如下步骤：
S1: 陀螺处于正常工作模式时工作在模态，进行误差标定时，上位机控制陀螺在/>模态与/>模态之间切换，具体力反馈陀螺模态切换的示意图如附图1所示；
S2:数据录取模块记录误差标定时段内陀螺模态的输出角速度数据/>和陀螺模态的输出角速度数据/>，并将/>和/>分别送入模态切换解算模块；
S3:模态切换解算模块按照式(1)计算误差标定时段内的陀螺漂移信号；
（1）；
其中
为陀螺/>模态的输出角速度数据；
为陀螺/>模态的输出角速度数据。
具体计算原理如下：
半球谐振陀螺是哥氏振动陀螺的一种，基于哥氏效应敏感外部角速度。其基于Lynch的非理想谐振子误差模型，可以得到半球谐振陀螺运动方程为式（3）：
（3）；
其中：为Paoli矩阵；/>为布莱恩系数，约等于0.27；/>为虚数，/>为相互正交的检测轴/>，/>处的位移；/>为谐振子受到的控制力；/>表示陀螺的频率裂解值；/>表示陀螺的平均频率；/>表示频率轴与电极轴的夹角；/>表示谐振子周向平均阻尼，/>表示谐振子周向阻尼不均，/>表示最大阻尼轴时间常数；/>表示最小阻尼轴时间常数；/>表示阻尼轴与电极轴的夹角，/>为谐振子模态质量，/>为外部输入角速度。
通过平均带入分析后，忽略二阶小量，可得陀螺的控制闭环情况下固有频率以及控制信号模型，即式（4）：
（4）；
其中、/>、/>分别为：正交控制角速度信号、幅度控制角速度信号和进动控制角速度信号（即陀螺输出角速度数据）；/>为振动波节点振幅的一阶微分；/>为谐振子固有频率，为频率控制回路参考频率，/>为振型角。
而模态切换就是控制陀螺工作在力反馈模式下，通过交替切换陀螺EA\EQ电极和Ea\Eq电极的控制功能，使陀螺在两种不同的控制条件下，陀螺漂移与外界角速度的关系产生规律性变化，从而达到从包含外界角速度信息的陀螺信号中分离出陀螺漂移的目的。
结合式（4）分析，可得到模态下半球谐振陀螺运动方程式（5）：
（5）；
其中，；/>；
求解式（5），结合式（4），且考虑力反馈模式下，则可以得到/>模态和模态下陀螺力反馈回路输出角速度数据为式（6）：
(6)；
由式（6）可以看出，模态切换前后陀螺敏感外界角速度反号，陀螺漂移信号的大小不变，通过对切换前后的/>及/>进行差分即可分离其中的陀螺漂移，即得式（1）。
因此按照上述S1-S3的步骤就可以计算出误差标定时段内的陀螺漂移。
S4:然后重复执行S1，S2，S3，计算出误差标定时段内的陀螺漂移；
S5: 停止误差标定，上位机控制陀螺回复至模态正常工作模式，模态切换解算模块求取/>的均值/>，并将/>的值传输给误差补偿模块；
S6:陀螺处于正常工作模式，数据录取模块实时录取陀螺输出数据，并将其送入误差补偿模块，误差补偿模块将/>按照式（2）补偿到/>上，得到补偿后的陀螺输出角速度数据/>，完成对正常工作模式陀螺漂移的误差补偿，从而可以消除陀螺常值漂移，保证陀螺的精度及稳定性。
（2）。
进一步，每间隔两小时重复一次步骤S1-S6，对陀螺的漂移误差进行一次补偿，可以消除常值漂移由于时间、温度变化引起的陀螺漂移误差，保证陀螺精度和稳定性。
具体效果可以通过如下实验验证：
首先，在实验室条件下，将谐振陀螺放置于水平平台上，检查电缆连接正确；然后接通电源，数据录取模块录取陀螺正常工作状态下输出,录取时间12小时，并根据式（7），陀螺自动计算出稳定性为D1=0.9°/h。
（7）
其中：n为录取的数据个数， (i=1，2，3…n)为每个陀螺角速度输出值，/>为n个数据角速度输出平均值。
然后重复S1-S6的过程直至补偿结束，数据录取模块录取补偿后的陀螺输出数据，录取时间12小时，根据式（8），陀螺自动计算出稳定性为D2=0.07°/h。
（8）
其中：n为录取的数据个数， (i=1，2，3…n)为每个陀螺补偿后的角速度输出值，/>为n个补偿后角速度输出平均值。
可见，采用本发明提供的补偿方法对半球谐振陀螺的漂移误差进行补偿后，陀螺输出稳定性从补偿前的0.9°/h提高到0.07°/h，具有一定的应用价值，具体陀螺模态切换效果图如附图2所示。
优化的，S1中陀螺在模态及/>模态时的时长均为5分钟，然后进行模态切换。在相应模态时间设置5分钟，可以使数据更加稳定。
优化的，S1中模态切换的时间为10秒，可以实现模态的自动切换。
综上所述，本发明提出的一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，通过对切换前后陀螺输出进行差分得到陀螺漂移信号的表达式，并在标定过程中求取陀螺漂移信号均值/>，将/>补偿到陀螺原始角速度数据上，从而可以消除常值漂移和常值漂移由于时间、温度变化引起的陀螺漂移误差，保证陀螺精度和稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1: 陀螺处于正常工作模式时工作在模态，进行误差标定时，上位机控制陀螺在/>模态与/>模态之间切换；
S2:数据录取模块记录误差标定时段内陀螺模态的输出角速度数据/>和陀螺/>模态的输出角速度数据/>，并将/>和/>分别送入模态切换解算模块；
S3:模态切换解算模块按照式(1)计算误差标定时段内的陀螺漂移数据；
（1）；
其中为陀螺/>模态的输出角速度数据；
为陀螺/>模态的输出角速度数据；
S4:然后重复执行S1，S2，S3，计算出误差标定时段内的陀螺漂移；
S5: 停止误差标定，上位机控制陀螺回复至模态正常工作模式，模态切换解算模块求取误差标定时段/>的均值/>，并将/>的值传输给误差补偿模块；
S6:陀螺处于正常工作模式，数据录取模块实时录取陀螺输出角速度数据，并将其送入误差补偿模块，误差补偿模块将/>按照式（2）补偿到/>上，得到补偿后的陀螺输出角速度数据/>，从而完成对正常工作模式陀螺漂移的误差补偿；
（2）。
2.根据权利要求1所述的一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，其特征在于，S1中陀螺在 模态及/>模态时的时长均为5分钟，然后进行模态切换。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，其特征在于，S1中模态切换的时间为10秒。
4.根据权利要求1所述的一种基于模态反转的半球谐振陀螺漂移误差补偿方法，其特征在于，每间隔两小时重复一次步骤S1-S6。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117109637A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-24 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法 |
| CN117109637B (zh) * | 2023-10-19 | 2023-12-19 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种半球谐振陀螺仪的温漂误差修正补偿方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116465384B (zh) | 2023-08-18 |
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