RU2709028C1 - Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа - Google Patents
Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709028C1 RU2709028C1 RU2018143610A RU2018143610A RU2709028C1 RU 2709028 C1 RU2709028 C1 RU 2709028C1 RU 2018143610 A RU2018143610 A RU 2018143610A RU 2018143610 A RU2018143610 A RU 2018143610A RU 2709028 C1 RU2709028 C1 RU 2709028C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- angular velocity
- gyroscope
- torque sensor
- amplifier
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/02—Rotary gyroscopes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа. Датчик угловой скорости (ДУС) на базе динамически настраиваемого гироскопа содержит корпус, ротор, в двухосном кардановом подвесе и два канала измерения, каждый из которых содержит датчик угла, усилитель, датчик момента с обмоткой управления и измеритель тока датчика момента, при этом датчик угла и датчик момента расположены на осях чувствительности, перпендикулярных друг другу, а измеритель тока датчика момента включен последовательно в цепь его обмотки управления. В ДУС введен сумматор и дополнительный усилитель с коэффициентом усиления, прямо пропорциональным произведению коэффициентов передачи датчиков угла и датчика момента по току и обратно пропорциональным квазиупругой жесткости гироскопа. Технический результат - повышение точности измерения угловой скорости за счет уменьшения погрешности от перекрестной связи между измерительными каналами ДУСа. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа.
Известен датчик угловой скорости [1] содержащий корпус, динамически настроенный ротор и два канала измерения, каждый из которых содержит преобразователь угла, усилитель и преобразователь момента с измерителем тока.
Преобразователь угла и момента выполняют функции датчиков угла и момента гироскопа соответственно.
Наиболее близким по технической решению является датчик угловой скорости [2] содержащий корпус, ротор в двухосном динамически настроенном подвесе и два канала измерения каждый, из которых содержит датчик угла ДУ, усилитель, датчик момента ДМ с обмоткой управления и измеритель тока датчика момента, причем датчик угла и датчик момента расположены на осях чувствительности гироскопа перпендикулярных друг другу, выход усилителя подключен ко входу датчика момента, а измеритель тока датчика момента включен последовательно в цепь его обмотки управления.
Недостатком такого датчика угловой скорости является погрешность измерения знакопеременной угловой скорости, обусловленная наличием перекрестной связи между измерительными каналами гироскопа из-за конечной величины квазиупругой жесткости подвеса ротора гироскопа, то есть при действии угловой скорости, изменяющейся по синусоидальному закону, по одному измерительному каналу на выходе перекрестного измерительного канала появляется паразитный сигнал с той же частотой, хотя угловая по данному измерительному каналу не действует, при этом величина паразитного сигнала помехи возрастает с ростом частоты действующей угловой скорости.
При измерении постоянных угловых скоростей данная погрешность отсутствует.
Для пояснения механизма возникновения данной погрешности представим структурную схему датчика углов My скорости в следующем виде.
На Фиг. 1 обозначено:
W(s) - передаточная функция усилителя каждого канала,
Kду - крутизна датчика угла,
ωx и ωy - угловые скорости корпуса вокруг осей x и y,
αn, βn - углы нутационных бросков ротора вокруг осей x и y,
αос, βос - углы прецессионного движения ротора вокруг осей x и y,
α, β - углы отклонений ротора относительно корпуса вокруг осей x и y,
Mx и My - моменты, развиваемые датчиками моментов вокруг осей x и y, и вызываемые соответственно токами Jx и Jy.
Для анализа возможности компенсации перекрестной погрешности гироскопа в режиме датчика угловой скорости полагаем, что корпус гироскопа вращается лишь вокруг оси x, т.е. ωx≠0, а ωy≠0. Также полагаем, что при этом величина перекрестной чувствительности достаточно мала в сравнении с основным сигналом, т.е. Jx<<Jy (что эквивалентно Mx<<My), поэтому нутационным броском в прямом канале можно пренебречь (тем более, что величина квазиупругой жесткости гироскопа всегда достаточно велика). В силу этого соответствующая связь между Mx и αn обозначена на рис. 1. пунктиром и далее не учитывается.
Прямой канал обеспечивает измерение угловой скорости корпуса ωx вокруг оси x. Величина выходного сигнала Jy, в соответствии с Фиг. 1., определяется выражением
Для исключения угла поворота ротора относительно корпуса α при измерении постоянной угловой скорости в W(s) вводится изодром, т.е.
При этом будет иметь место сигнал в перекрестном канале, равный
и относительная величина перекрестной погрешности равна
На практике обычно T1>T, поэтому относительную погрешность можно приближенно представить в виде
Отсюда следует, что в установившемся режиме при постоянной скорости ωx относительная перекрестная погрешность δJ отсутствует, а при гармонически изменяющейся входной скорости на частотах ее амплитуда постоянна и равна
Таким образом максимальное значение относительной погрешности имеет место на частотах входной скорости и равно отношению крутизны контура обратной связи K к квазиупругой жесткости гироскопа Kку.
Углы поворота ротора гироскопа относительно корпуса равны
Причиной возникновения сигнала в перекрестном канале является нутационный бросок ротора гироскопа по перекрестной оси, возникающий при входной угловой скорости ωx из-за конечной величины квазиупрутой жесткости подвеса ротора гироскопа.
С целью уменьшения ошибки от перекрестной угловой скорости, в контур обратной связи ДУСа по каждому каналу измерения введены сумматор и дополнительный усилитель с коэффициентом усиления, прямо пропорциональным произведению коэффициентов передачи датчика угла и датчика момента по току и обратно пропорциональным квазиупругой жесткости гироскопа, причем выход датчика угла подключен к первому входу сумматора этого канала, измеритель тока датчика момента перекрестного канала измерения подключен через дополнительный усилитель ко второму входу сумматора, а выход сумматора подключен к входу усилителя того же канала измерения.
Компенсация погрешности от перекрестной связи (для одного измерительного канала) производится в соответствии со структурной схемой, представленной на Фиг. 2.
Из структурной схемы на Фиг. 2 видно, что передаточная функция, определяющая связь между прямым и перекрестным каналами, Фс=0, откуда следует, что выходной сигнал по перекрестной оси
Jx~Mx=My⋅Фс(s)⋅Ф(s)=0,
т.е. перекрестная связь между каналами отсутствует.
Таким образом, для компенсации перекрестной ошибки по этому способу, необходимо выходной сигнал Jy~My по прямой цепи умножить на крутизну датчика угла Kду, разделить на квазиупругую жесткость гироскопа и сложить с выходным сигналом датчика угла по перекрестной оси.
Результаты экспериментальной проверки датчика ДУС РВГ-01 №50 с реализованным алгоритмом компенсации погрешности от перекрестной связи для входной угловой скорости 40°/с в диапазоне частот (3…35) Гц представлены на Фиг. 3, Фиг. 4.
Как видно из Фиг. 3 и Фиг. 4 использование компенсации перекрестных связей в датчике угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа обеспечивает снижение погрешности в 10…20 раз.
Источники информации
1. "Динамически настраиваемые гироскопы." Д.С. Пельпор, В.А. Матвеев, В.Д. Арсеньев. "Машиностроение", Москва, 1988 г., стр. 249-252.
2. "Гироскоп - это просто." В.А. Матвеев, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2012 г., стр. 146-148.
Claims (1)
- Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа, содержащий корпус, ротор в двухосном динамически настроенном подвесе и два канала измерения, каждый из которых содержит датчик угла, усилитель, датчик момента с обмоткой управления и измеритель тока датчика момента, причем датчик угла и датчик момента расположены на осях чувствительности гироскопа, перпендикулярных друг другу, выход усилителя подключен к входу датчика момента, а измеритель тока датчика момента включен последовательно в цепь его обмотки управления, отличающийся тем, что с целью уменьшения ошибки от перекрестной угловой скорости, в него по каждому каналу измерения введены сумматор и дополнительный усилитель с коэффициентом усиления, прямо пропорциональным произведению коэффициентов передачи датчика угла и датчика момента по току и обратно пропорциональным квазиупругой жесткости гироскопа, причем выход датчика угла подключен к первому входу сумматора этого канала, измеритель тока датчика момента перекрестного канала измерения подключен через дополнительный усилитель ко второму входу сумматора, а выход сумматора подключен к входу усилителя того же канала измерения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143610A RU2709028C1 (ru) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143610A RU2709028C1 (ru) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709028C1 true RU2709028C1 (ru) | 2019-12-13 |
Family
ID=69006545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018143610A RU2709028C1 (ru) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709028C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806248C2 (ru) * | 2022-01-11 | 2023-10-30 | Публичное акционерное общество "Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Способ компенсации перекрестных погрешностей в измерительных каналах динамически настраиваемого гироскопа |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4259871A (en) * | 1977-06-06 | 1981-04-07 | Societe De Fabrication D'instruments De Mesure S.F.I.M. | Gyroscopes |
SU1810756A1 (ru) * | 1991-03-21 | 1993-04-23 | Miasskij Elektromekhanicheskij | Устройство для изменения уг-. лов отклонения подвижного объекта |
RU2169349C1 (ru) * | 2000-09-15 | 2001-06-20 | Закрытое акционерное общество Научно-техническое предприятие "Гравиметрические технологии" | Одногироскопный корректируемый гирокомпас (варианты) |
-
2018
- 2018-12-10 RU RU2018143610A patent/RU2709028C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4259871A (en) * | 1977-06-06 | 1981-04-07 | Societe De Fabrication D'instruments De Mesure S.F.I.M. | Gyroscopes |
SU1810756A1 (ru) * | 1991-03-21 | 1993-04-23 | Miasskij Elektromekhanicheskij | Устройство для изменения уг-. лов отклонения подвижного объекта |
RU2169349C1 (ru) * | 2000-09-15 | 2001-06-20 | Закрытое акционерное общество Научно-техническое предприятие "Гравиметрические технологии" | Одногироскопный корректируемый гирокомпас (варианты) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Матвеев В.А. Гироскоп - это просто. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2012 г., стр. 146-148. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806248C2 (ru) * | 2022-01-11 | 2023-10-30 | Публичное акционерное общество "Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Способ компенсации перекрестных погрешностей в измерительных каналах динамически настраиваемого гироскопа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2008200126B2 (en) | Combined accelerometer and gyroscope system | |
US5481914A (en) | Electronics for coriolis force and other sensors | |
US11390517B2 (en) | Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor | |
WO2002010678A1 (en) | Angular sensor and drive feedback for adjusting error | |
CN114383590A (zh) | 速率积分陀螺的相位误差辨识和补偿方法 | |
US6028668A (en) | Fiber optic gyroscope having improved readout and modulation index control | |
RU2709028C1 (ru) | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа | |
Busurin et al. | Development of an algorithm to suppress frequency splitting of an axisymmetric resonator of a wave solid-state gyroscope with optical detection | |
CN117490729B (zh) | 一种半球谐振陀螺仪的正交漂移误差检测方法 | |
US10309783B2 (en) | Physical quantity detection system, electronic apparatus, and moving object | |
Fan et al. | High performance MEMS disk gyroscope with force-to-rebalance operation mode | |
RU2734277C1 (ru) | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа | |
CN108917792B (zh) | 一种基于逆解调的干涉式光纤陀螺光功率在线监控方法 | |
US5052225A (en) | Acoustic gyroscope | |
US4189947A (en) | Nutation damper for two-axis gyroscope | |
RU2316731C1 (ru) | Способ подстройки резонансной частоты подвеса подвижной массы микромеханического гироскопа с глубокой обратной связью по скорости перемещения подвижной массы по оси вторичных колебаний и микромеханический гироскоп | |
Zhao et al. | The control algorithm of whole angle mode for HRG based on the vector composition | |
RU2210736C1 (ru) | Способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом | |
JPH0658228B2 (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
RU2790028C1 (ru) | Индикаторный гиростабилизатор | |
JP2003515117A (ja) | 慣性測定システム | |
RU2792402C1 (ru) | Способ компенсации погрешностей информационного комплекса навигации и устройство для его осуществления | |
Chikovani et al. | Errors Compensation of Ring-Type MEMS Gyroscopes Operating in Differential Mode | |
JPS61136792A (ja) | マニピユレ−タの異常振動検知装置 | |
Malyutin et al. | Channel Dynamics of the Controllable Indicator Gyrostabilizer for Surveillance Object Line-Of Sight Angular Rate Measurement |