RU2734277C1 - Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа - Google Patents

Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа Download PDF

Info

Publication number
RU2734277C1
RU2734277C1 RU2019129054A RU2019129054A RU2734277C1 RU 2734277 C1 RU2734277 C1 RU 2734277C1 RU 2019129054 A RU2019129054 A RU 2019129054A RU 2019129054 A RU2019129054 A RU 2019129054A RU 2734277 C1 RU2734277 C1 RU 2734277C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gyroscope
adder
angular velocity
amplifier
time constant
Prior art date
Application number
RU2019129054A
Other languages
English (en)
Inventor
Вадим Анатольевич Попов
Дмитрий Вадимович Попов
Виктор Павлович Подчерезцев
Владимир Васильевич Фатеев
Original Assignee
Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие " ТЕМП-АВИА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие " ТЕМП-АВИА" filed Critical Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие " ТЕМП-АВИА"
Priority to RU2019129054A priority Critical patent/RU2734277C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2734277C1 publication Critical patent/RU2734277C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02Rotary 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. Сущность изобретения заключается в том, что датчик угловой скорости (ДУС) на базе динамически настраиваемого гироскопа дополнительно содержит сумматор, усилитель с коэффициентом усиления, обратно пропорциональным нутационной частоте гироскопа и дополнительное корректирующее звено с передаточной функцией
Figure 00000021
, где постоянная времени Т прямо пропорциональна кинетическому моменту гироскопа и обратно пропорциональна коэффициенту усиления усилителя К, а постоянная времени Т1 равна постоянной времени изодрома основного корректирующего звена, причем выход измерителя тока по каждому каналу измерения подключен к первому входу сумматора этого канала и через последовательно соединенные дополнительно корректирующее звено и усилитель - ко второму входу сумматора второго канала измерения, а выход каждого сумматора является выходом ДУСа. Технический результат – повышение точности измерения угловой скорости. 7 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.
Преобразователи угла и момента выполняют функции датчиков угла и момента гироскопа соответственно.
Наиболее близким по технической сущности является датчик угловой скорости [2] содержащий корпус, динамически настроенный ротор в двухосном подвесе, датчик угла, датчик момента с обмоткой управления, основное корректирующее звено, включающее последовательно соединенные изодром с постоянной времени Т1 и усилитель с коэффициентом усиления К, и измеритель тока датчика момента по каждому каналу измерения, причем выход датчика угла по каждой оси чувствительности подключен через основное корректирующее звено ко входу датчика момента по перекрестной оси, 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 скорость 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 угловой 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 х и у,
Figure 00000001
и
Figure 00000002
- углы отклонения корпуса вокруг осей х и у,
αn, βn - углы нутационных бросков ротора вокруг осей х и у,
αoc, βос - углы прецессионного движения ротора вокруг осей х и у,
α, β - углы отклонения ротора относительно корпуса вокруг осей х и у,
Мх и Му - моменты, развиваемые датчиками моментов вокруг осей х и у и вызываемые токами Jx и Jy соответственно.
Для анализа возможности компенсации перекрестной погрешности гироскопа в режиме датчика угловой скорости полагаем, что корпус гироскопа вращается лишь вокруг оси х, т.е. ωх≠0, а ωу=0. Также полагаем, что при этом величина перекрестной чувствительности достаточно мала в сравнении с основным сигналом, т.е. Jx << Jy (что эквивалентно Мх << Му), поэтому нутационным броском
Figure 00000003
в прямом канале можно пренебречь, как величиной второго порядка малости (тем более, что величина квазиупругой жесткости гироскопа
Figure 00000004
всегда достаточно велика). В силу этого соответствующая связь между Мх и αn обозначена на рис. 1, пунктиром и далее не учитывается.
Прямой канал обеспечивает измерение угловой скорости корпуса ωх вокруг оси х. Величина выходного сигнала Jy, в соответствии со схемой на Фиг. 1., определяется выражением:
Figure 00000005
Для исключения угла поворота ротора относительно корпуса α при измерении постоянной угловой скорости в W(s) вводится изодром, т.е.
Figure 00000006
Тогда
Figure 00000007
, где
Figure 00000008
, и выходной сигнал равен
Figure 00000009
При этом будет иметь место сигнал в перекрестном канале, равный
Figure 00000010
и относительная величина перекрестной погрешности равна
Figure 00000011
Углы поворота ротора гироскопа относительно корпуса равны
Figure 00000012
Figure 00000013
где
Figure 00000014
- передаточная функция перекрестного канала по входной угловой скорости ωx.
Причиной возникновения сигнала в перекрестном канале является нутационный бросок ротора гироскопа по перекрестной оси, возникающий при входной угловой скорости ωx из-за конечной величины квазиупругой жесткости подвеса ротора гироскопа
С целью уменьшения ошибки от перекрестной угловой скорости, в него по каждому каналу измерения введены сумматор, усилитель с коэффициентом усиления, обратно пропорциональным нутационной частоте гироскопа, и дополнительное корректирующее звено с передаточной функцией
Figure 00000015
, где постоянная времени Т прямо пропорциональна кинетическому моменту гироскопа и обратно пропорциональна коэффициенту усиления усилителя К, а постоянная времени Т1 равна постоянной времени изодрома основного корректирующего звена, причем выход измерителя тока по каждому каналу измерения подключен к первому входу сумматора этого канала и через последовательно соединенные дополнительное корректирующее звено и усилитель - ко второму входу сумматора второго канала измерения, а выход каждого сумматора является выходом датчика угловой скорости.
Компенсация погрешности от перекрестной связи (для одного измерительного каналов) производится в соответствии со структурной схемой, представленной на Фиг. 2.
В этой схеме перекрестные ошибки моделируется на операционном усилителе и вычитается из выходных сигналов Jx и Jy по перекрестным осям.
В результате имеем
Figure 00000016
Figure 00000017
Данный метод компенсации требует формирования более сложной передаточной функции компенсирующего сигнала вида:
Figure 00000018
точность компенсации при этом определяется точностью формирования аналогового сигнала на операционном усилителе.
Эту передаточную функцию можно упростить для случая выбора параметров прибора Т1>Т и привести к виду
Figure 00000019
Таким образом, для компенсации перекрестной погрешности, ДУС, необходимо выходной сигнал прямой цепи J умножить на аналоговом моделирующем устройстве (операционном усилителе) на передаточную функцию Фк(s) (в точном или упрощенном виде) и полученное произведение вычесть из выходного сигнала по перекрестной оси. Полученная разность и будет представлять собой скомпенсированный сигнал по перекрестной оси.
На Фиг. 3 и Фиг. 4 представлена реализация в среде Matlab (Simulink) методики компенсации погрешности от перекрестной связи между каналами ДУС, где передаточные функции W(s)1 и W(s)2, имеют вид, представленный на Фиг. 4.
На Фиг. 5 представлены ЛАЧХ и ФЧХ для скорректированной и нескорректированной системы.
Как видно из полученных результатов имеет место снижение перекрестной погрешности на всех частотах, и в частности на частоте 10 Гц это снижение составило с 27 дБ до 52.4 дБ
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…30) Гц представлены на Фиг. 6, Фиг. 7.
Как видно из Фиг. 6 и Фиг. 7 использование компенсации перекрестных связей в датчике угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа обеспечивает существенное снижение погрешности от перекрестной связи между измерительными каналами ДУС.
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)

  1. Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа, содержащий корпус, динамически настроенный ротор в двухосном подвесе, датчик угла, датчик момента с обмоткой управления, основное корректирующее звено, включающее последовательно соединенные изодром с постоянной времени Т1 и усилитель с коэффициентом усиления К, и измеритель тока датчика момента по каждому каналу измерения, причем выход датчика угла по каждой оси чувствительности подключен через основное корректирующее звено ко входу датчика момента по перекрестной оси, 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, усилитель с коэффициентом усиления, обратно пропорциональным нутационной частоте гироскопа, и дополнительное корректирующее звено с передаточной функцией
    Figure 00000020
    , где постоянная времени Т прямо пропорциональна кинетическому моменту гироскопа и обратно пропорциональна коэффициенту усиления усилителя К, а постоянная времени Т1 равна постоянной времени изодрома основного корректирующего звена, причем выход измерителя тока по каждому каналу измерения подключен к первому входу сумматора этого канала и через последовательно соединенные дополнительное корректирующее звено и усилитель - ко второму входу сумматора второго канала измерения, а выход каждого сумматора является выходом датчика угловой скорости.
RU2019129054A 2019-09-13 2019-09-13 Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа RU2734277C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129054A RU2734277C1 (ru) 2019-09-13 2019-09-13 Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129054A RU2734277C1 (ru) 2019-09-13 2019-09-13 Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734277C1 true RU2734277C1 (ru) 2020-10-14

Family

ID=72940437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129054A RU2734277C1 (ru) 2019-09-13 2019-09-13 Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734277C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20020073778A1 (en) * 2000-06-15 2002-06-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Angular velocity sensor
RU2270418C2 (ru) * 2003-10-20 2006-02-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Чувствительный элемент гироскопического стабилизатора
RU2457493C1 (ru) * 2011-04-04 2012-07-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") Датчик угловой скорости

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20020073778A1 (en) * 2000-06-15 2002-06-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Angular velocity sensor
RU2270418C2 (ru) * 2003-10-20 2006-02-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Чувствительный элемент гироскопического стабилизатора
RU2457493C1 (ru) * 2011-04-04 2012-07-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") Датчик угловой скорости

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2008200126B2 (en) Combined accelerometer and gyroscope system
US7328104B2 (en) Systems and methods for improved inertial navigation
US10365131B2 (en) Hybrid inertial measurement unit
RU2406973C2 (ru) Способ калибровки бесплатформенных инерциальных навигационных систем
JPS5933994B2 (ja) リング・レ−ザ−及び振動式リング・レ−ザ−の後方散乱を減少させる方法
US3744309A (en) Pitch signal calculator for aircraft
JPS621880B2 (ru)
RU2734277C1 (ru) Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа
US4270387A (en) Drift compensated gyroscope
RU2709028C1 (ru) Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа
US20170067931A1 (en) Physical quantity detection system, electronic apparatus, and moving object
CN115824183A (zh) 一种光纤陀螺的自校准方法及光纤陀螺
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
JP2005274458A (ja) 振動型角速度センサ
JP3717259B2 (ja) 光ファイバジャイロ
RU154196U1 (ru) Датчик угловой скорости на базе микромеханических гироскопов
Zhao et al. The control algorithm of whole angle mode for HRG based on the vector composition
RU2193160C1 (ru) Способ повышения точности двухосного управляемого гиростабилизатора и двухосный управляемый гиростабилизатор
RU2790028C1 (ru) Индикаторный гиростабилизатор
RU2676177C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2273858C1 (ru) Трехкомпонентный измеритель угловой скорости
JP2003515117A (ja) 慣性測定システム
JPH0861956A (ja) 方位センサ
JP2557658B2 (ja) 光干渉角速度計
RU2016383C1 (ru) Навигационный комплекс