RU2734277C1 - Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа - Google Patents
Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа Download PDFInfo
- 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
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. 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 , 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,
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 в прямом канале можно пренебречь, как величиной второго порядка малости (тем более, что величина квазиупругой жесткости гироскопа 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:
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
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 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 , 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
Данный метод компенсации требует формирования более сложной передаточной функции компенсирующего сигнала вида:
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
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)
- 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 , 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.
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)
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 |
-
2019
- 2019-09-13 RU RU2019129054A patent/RU2734277C1/ru active
Patent Citations (4)
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 | |
US8166817B2 (en) | Angle-measuring method and angle-measuring gyroscope system for implementing the same | |
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 | |
JPS621880B2 (ru) | ||
RU2734277C1 (ru) | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа | |
US4270387A (en) | Drift compensated gyroscope | |
US10309783B2 (en) | Physical quantity detection system, electronic apparatus, and moving object | |
RU2709028C1 (ru) | Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа | |
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 | |
RU154196U1 (ru) | Датчик угловой скорости на базе микромеханических гироскопов | |
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 | |
JPH11211458A (ja) | 運動角検出装置、運動角検出方法、および、姿勢角検出装置 | |
RU2801138C1 (ru) | Двухосный индикаторный гиростабилизатор | |
JPH0861956A (ja) | 方位センサ | |
JP2557658B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
JP2510571B2 (ja) | 光ファイバジャイロ | |
RU2210736C1 (ru) | Способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом |