RU2758339C1 - Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации - Google Patents

Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации Download PDF

Info

Publication number
RU2758339C1
RU2758339C1 RU2020134745A RU2020134745A RU2758339C1 RU 2758339 C1 RU2758339 C1 RU 2758339C1 RU 2020134745 A RU2020134745 A RU 2020134745A RU 2020134745 A RU2020134745 A RU 2020134745A RU 2758339 C1 RU2758339 C1 RU 2758339C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
unit
errors
temperatures
sensing elements
Prior art date
Application number
RU2020134745A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Петрович Редькин
Андрей Викторович Требухов
Original Assignee
Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ")
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 Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ") filed Critical Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ")
Priority to RU2020134745A priority Critical patent/RU2758339C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2758339C1 publication Critical patent/RU2758339C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области точного приборостроения, преимущественно гироскопического, и может быть использовано при создании инерциальных систем ориентации и навигации. В предварительной калибровочной операции включают инерциальный измерительный блок при его начальной нормальной температуре в условиях постоянной нормальной температуры окружающей среды, измеряют потребляемую блоком мощность электропитания и с момента начала функционирования чувствительных элементов находят их переходные характеристики на временном периоде выхода температур чувствительных элементов на установившиеся значения, на основе которых определяют порядок и коэффициенты передаточных функций чувствительных элементов по мощности электропитания. Затем при установившихся температурах чувствительных элементов работающего блока скачкообразно изменяют температуру окружающей среды с нормального значения до величины предельной плюсовой температуры и определяют переходные характеристики чувствительных элементов на периоде выхода их температур на новые установившиеся значения, на основе которых определяют порядок, коэффициенты передаточных функций чувствительных элементов по температуре окружающей среды. После чего блок выключают и последовательно выводят его чувствительные элементы на установившиеся температуры в дискретных точках рабочего диапазона температур окружающей среды, включают блок и при этих температурах в момент начала функционирования чувствительных элементов измеряют их систематические погрешности и температуры, находят на основе этих результатов функциональные зависимости погрешностей чувствительных элементов от их температур на момент начала функционирования. После этого определяют дифференциальные уравнения динамических моделей температурных погрешностей чувствительных элементов от воздействия мощности электропитания блока и температуры окружающей среды на основе полученных передаточных функций, а в рабочем режиме при включении блока определяют температуру чувствительных элементов в момент начала их функционирования, величину потребляемой блоком электрической мощности, температуру окружающей блок среды и производят алгоритмическую компенсацию температурных погрешностей чувствительных элементов инерциального измерительного блока. Технический результат – повышение точности компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области точного приборостроения, преимущественно гироскопического, и может быть использовано при создании инерциальных систем ориентации и навигации.
Известны способы компенсации погрешностей инерциальных измерительных блоков путем моделирования ошибок конкретного типа чувствительных элементов и их последующей алгоритмической компенсацией (см, например, книгу М.А. Басараб, В.Ф. Кравченко, В.А. Матвеева "Математическое моделирование физических процессов в гироскопии", М., 2005, стр. 69-74), обусловленных для волнового твердотельного гироскопа конструктивными факторами, работой системы возбуждения резонатора, вибрациями основания.
Алгоритмическую компенсацию температурной скорости дрейфа выполняют, используя способ (см. патент RU 348073 C1 по кл. G01C 19/5691 от 27 апреля 2013 г.), при котором в рабочем режиме гироскопа измеряют текущее значение частоты резонатора и производят с помощью вычислителя алгоритмическую компенсацию температурной скорости дрейфа волнового твердотельного гироскопа, используя математическую модель температурной скорости дрейфа, параметры которой определены по результатам измерений в предварительном калибровочном запуске.
За прототип взят способ компенсации температурных погрешностей чувствительных элементов в инерциальном измерительном блоке (см. сайт URL:http://www.istina.msu.ru. А.В. Козлов, И.Е. Тарыгин, А.А. Голован. Калибровка инерциальных измерительных блоков на грубых стендах с оценкой температурных зависимостей по эксперименту с переменной температурой).
В этом способе отмечен традиционный подход к определению тепловых моделей погрешностей чувствительных элементов инерциального измерительного блока, используемых при компенсации. Для реализации температурной компенсации в чувствительных элементах инерциального измерительного блока устанавливают термодатчики. Место расположения термодатчиков выбирают из конструктивных особенностей чувствительных элементов. Термодатчик в чувствительном элементе может быть установлен на его внешней поверхности корпуса или во внутренней полости приборов на их конструктивных элементах. В начале проводят калибровочную операцию с целью получения температурных зависимостей погрешностей чувствительных элементов в диапазоне рабочих температур внешней среды с применением термокамеры. Расположенный в термокамере инерциальный измерительный блок приводят в рабочее состояние при начальной температуре термокамеры, выдерживают инерциальный измерительный блок при установившейся температуре внешней среды до момента установления температуры чувствительных элементов и измеряют погрешности чувствительных элементов. Выполняют измерение погрешностей чувствительных элементов в установившемся режиме при других температурах окружающей среды. Получают температурные зависимости систематических погрешностей чувствительных элементов путем аппроксимации полученных измерений в диапазоне температур окружающей среды от минус 60°С до плюс 60°С, после чего используют эти зависимости для их компенсации.
В известном способе получают зависимости погрешностей чувствительных элементов от установившейся температуры их термодатчиков. При этом объемные тепловые поля чувствительных элементов являются стационарными и неравномерными из-за наличия внутренних источников тепловыделений, а также вследствие неоднородных граничных условий теплопередачи. При изменении температуры окружающей среды происходит динамическое изменение тепловых полей чувствительных элементов. В переходном температурном режиме температурные поля чувствительных элементов отличаются от их установившихся значений вследствие разных постоянных времени стабилизации температур их конструктивных узлов. При этом в переходном и установившемся режимах температурные градиенты в чувствительных элементах и их среднеобъемные температуры отличаются. Эта разность тепловых полей обуславливает разное физическое состояние конструкций чувствительных элементов, то есть отличаются их температурные деформации, напряжения, физические параметры конструкционных материалов и газовой среды, что вызывает не одинаковые температурные погрешности в переходном и установившемся режимах. Таким образом в известном способе возникают динамические ошибки в компенсации температурных погрешностей чувствительных элементов в переходном температурном режиме при имеющихся в реальных условиях эксплуатации изменениях температуры окружающей среды и использования для компенсации статической температурной зависимости погрешностей чувствительных элементов. Кроме влияния на тепловые поля чувствительных элементов температуры окружающей среды также оказывают воздействие внутренние источники тепловыделений от двигателей, датчиков углов и моментов, а также от электроники инерциального измерительного блока. Так при включении инерциального измерительного блока при постоянной температуре окружающей среды и начальной температуре блока, равной температуре среды, за счет внутренних тепловыделений происходит перегрев чувствительных элементов относительно температуры окружающей среды. Время установления температур чувствительных элементов при запуске обуславливает важный технический параметр, которым является время готовности инерциального измерительного блока. Температурные погрешности чувствительных элементов в переходном режиме при воздействии внутренних тепловыделений будут отличаться от определяемых в известном способе статических температурных зависимостей погрешностей при разных установившихся температурах окружающей среды и их применение в этом случает обусловит погрешность компенсации.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, является повышение точности компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации.
Технический результат достигается тем, что в известном способе компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блок систем ориентации и навигации, включающем предварительную установку термодатчиков для измерения температур окружающей среды и инерциальных чувствительных элементов блока, измерение погрешностей инерциальных чувствительных элементов в дискретных температурных точках в рабочем диапазоне температур окружающей среды с использованием термокамеры, после чего на основе этих измерений определяют модели температурных погрешностей чувствительных элементов в виде математических функциональных зависимостей погрешностей от температур, а в рабочем режиме измеряют температуры чувствительных элементов и компенсируют алгоритмически их температурные погрешности с использованием полученных математических моделей температурных погрешностей и вычислителя, дополнительно в предварительной калибровочной операции включают блок при его начальной нормальной температуре в условиях постоянной нормальной температуры окружающей среды, измеряют потребляемую блоком мощность электропитания и с момента начала функционирования чувствительных элементов находят их переходные характеристики на временном периоде выхода температур чувствительных элементов на установившиеся значения, на основе которых определяют порядок и коэффициенты передаточных функций чувствительных элементов по мощности электропитания, затем при установившихся температурах чувствительных элементов работающего блока скачкообразно изменяют температуру окружающей среды с нормального значения до величины предельной плюсовой температуры и определяют переходные характеристики чувствительных элементов на периоде выхода их температур на новые установившиеся значения, на основе которых определяют порядок, коэффициенты передаточных функций чувствительных элементов по температуре окружающей среды, после чего блок выключают и последовательно выводят его чувствительные элементы на установившиеся температуры в дискретных точках рабочего диапазона температур окружающей среды, включают блок и при этих температурах в момент начала функционирования чувствительных элементов измеряют их систематические погрешности и температуры, находят на основе этих результатов функциональные зависимости погрешностей чувствительных элементов от их температур на момент начала функционирования, после этого определяют дифференциальные уравнения динамических моделей температурных погрешностей чувствительных элементов от воздействия мощности электропитания блока и температуры окружающей среды на основе полученных передаточных функций, а затем в рабочем режиме при включении блока определяют температуру чувствительных элементов в момент начала их функционирования, величину потребляемой блоком электрической мощности, температуру окружающей блок среды и производят алгоритмическую компенсацию температурных погрешностей чувствительных элементов инерциального измерительного блока, используя для этого решения в реальном масштабе времени, полученных с помощью вычислителя, следующих динамических математических моделей
ωi(t)=ωpi(t)+ωci(t)+ωi(0),
где
Figure 00000001
нумерация чувствительных элементов в инерциальном измерительном блоке,
ωi(t)- рабочая модель общей температурной погрешности i-гo чувствительного элемента блока;
ωpi (t) - рабочая модель температурной погрешности i-гo чувствительного элемента от воздействия мощности электропитания блока, которая определяется в результате решения с помощью вычислителя дифференциального уравнения
Figure 00000002
где
P1(t)- рабочая мощность электропитания блока;
Figure 00000003
Figure 00000004
- исходное калибровочное значение погрешности i-гo чувствительного элемента на момент скачкообразного воздействия мощности электропитания;
Figure 00000005
- установившееся калибровочное значение погрешности после скачкообразного воздействия мощности электропитания;
n - порядок дифференциального уравнения, определяемый при калибровке.
Figure 00000006
- коэффициенты динамической модели погрешности, определяемые при калибровке;
ωci(t) рабочая модель температурной погрешности i-гo чувствительного элемента от воздействия окружающей среды, которая находится в результате решения с помощью вычислителя следующего дифференциального уравнения
Figure 00000007
где
Θc(t) - рабочая температура окружающей блок среды;
Figure 00000008
Figure 00000009
исходное калибровочное значение погрешности i-гo чувствительного элемента на момент скачкообразного воздействия, связанного с изменением температуры окружающей блок среды;
Figure 00000010
установившееся калибровочное значение погрешности после скачкообразного воздействия температуры окружающей среды;
m - порядок дифференциального уравнения определяемый при калибровке;
Figure 00000011
- коэффициенты динамической модели погрешности, определяемые при калибровке;
ωi(0)=ωi(Θi0) - рабочее начальное значение погрешности i-гo чувствительного элемента в момент начала его функционирования;
ωi(Θi0) - функциональная зависимость погрешности i-гo чувствительного элемента от его температуры в момент начала функционирования, определяемая при калибровке;
Θi0 - рабочая температура i-го чувствительного элемента в момент начала его функционирования.
Математическую тепловую модель инерциального измерительного блока, рассматриваемого как единое однородной тело, можно представить в виде
Figure 00000012
где
Θ1 - среднеобъемная температура инерциального измерительного блока,
С1 - теплоемкость блока,
А1 с - тепловая проводимость между блоком и окружающей средой,
Р1 - мощность тепловыделений в блоке, обусловленная функционированием его чувствительных элементов и электроники,
Применив к уравнению (1) преобразование Лапласа, получим
Figure 00000013
где
S - комплексная переменная,
Θ1(0) - начальное значение температуры блока в момент начала его функционирования.
Figure 00000014
Таким образом при запуске инерциального измерительного блока его среднеобъемная температура обусловлена начальной температурой и влиянием мощности собственных тепловыделений и температуры окружающей среды.
Передаточную функцию i-гo чувствительного элемента по температуре инерциального измерительного блока можно представить
Figure 00000015
где
Figure 00000001
обозначения инерциальных чувствительных элементов в блоке (три гироскопа и три акселерометра),
ωi(S)- изображение по Лапласу температурной погрешности i-гo чувствительного элемента по температуре блока.
Из (4) с учетом (3) изображение по Лапласу температурной погрешности для i-гo чувствительного элемента можно представить
Figure 00000016
где
KpiWpi(S) - передаточная функция i-гo чувствительного элемента по мощности тепловыделений в блоке, обусловленной функционированием его элементов,
KciWci(S) - передаточная функция i-гo чувствительного элемента по температуре окружающей среды,
ωi(0) - начальное значение погрешности i-гo чувствительного элемента в момент начала его функционирования.
Согласно (5) изображение по Лапласу температурной погрешности для i-го чувствительного элемента блока представляет собой алгебраическую сумму изображений погрешностей обусловленных мощностью тепловыделений в блоке от электропитания его элементов, температуры окружающей среды и начального значения температурной погрешности.
Передаточные функции i-го чувствительного элемента по мощности электропитания блока и по температуре окружающей среды можно определить по переходным характеристикам, например, методом "площадей" (см. М.П. Симою. Определение коэффициентов передаточных функций линеаризованных звеньев и систем авторегулирования//Автоматика и телемеханика. - 1957. - №6), полученных экспериментальным путем. В общем виде передаточные функции KpiWpi(S) и KciWci(S) можно представить
Figure 00000017
где
Figure 00000018
и
Figure 00000019
коэффициенты, определяющие передаточные функции, которые определяются методом "площадей" по экспериментальным переходным характеристикам по следующим формулам
Figure 00000020
Figure 00000021
где
Figure 00000022
- кривые переходных процессов в относительных величинах
Figure 00000023
Figure 00000024
- экспериментальные кривые переходных процессов;
Figure 00000025
Figure 00000026
- исходные значения погрешностей на момент начала функционирования при скачкообразных воздействиях соответственно мощности электропитания и температуры окружающей среды;
Figure 00000027
- установившиеся значения погрешностей после скачкообразных воздействий мощности электропитания и температуры окружающей среды; n, m - порядки передаточных функций, которые определяют при идентификации моделей температурных погрешностей по переходным характеристикам i-гo чувствительного элемента при соответственно скачкообразных изменениях мощности электропитания блока и температуры окружающей среды.
На практике для идентификации типичных переходных характеристик чувствительных элементов, вызванных воздействием мощности тепловыделений от электропитания и температуры окружающей среды часто достаточно иметь передаточные функции не более третьего порядка.
Согласно уравнению (5) общую температурную погрешность в области оригиналов можно представит следующим образом
Figure 00000028
где
ωpi(t) - температурная погрешность от воздействия мощности электропитания блока, которая определяется в результате решения в реальном масштабе времени с помощью вычислителя дифференциального уравнения
Figure 00000029
ωci(t) - температурная погрешность от воздействия температуры окружающей среды, которая находится в результате решения в реальном масштабе времени дифференциального уравнения
Figure 00000030
Полученные выражения (8), (9), (10) используются при компенсации температурных погрешностей чувствительных элементов инерциального измерительного блока.
Блок-схема компенсации температурной погрешности i-гo чувствительного элемента в инерциальном измерительном блоке системы ориентации и навигации, соответствующая уравнениям (8), (9), (10), представлена на фиг. 1.
В составе инерциального измерительного блока 1 на фиг. 1 показаны i-й чувствительный элемент 5, блок электропитания 3, датчик температуры окружающей среды 4. Информация с инерциального измерительного блока 1 поступает в вычислитель 2, который имеет блок выработки температурной компенсации 6 и блок выработки параметров ориентации 12.
При калибровке задают нормальное значение температуры окружающей среды, которую измеряют с помощью датчика температуры 4. Инерциальный измерительный блок 1 выдерживают при этой температуре до момента достижения температуры i-гo чувствительного элемента 5, которую измеряют встроенным в него термодатчиком, температуры окружающей среды. Включают блок электропитания 3 и измеряют потребляемую им мощность P1. По переходной характеристике i-гo чувствительного элемента, вызванную воздействием мощности электропитания Р1 определяют порядок n и значение коэффициентов
Figure 00000031
Figure 00000032
передаточной функции i-гo чувствительного элемента по мощности электропитания.
При установившейся температуре работающего блока скачкообразно изменяют температуру окружающей среды θс с нормального значения до величины предельной плюсовой температуры, которую измеряют термодатчиком 4. Определяют переходную характеристику i-чувствительного элемента и на ее основе находят порядок m и коэффициенты
Figure 00000033
этого элемента по температуре окружающей среды.
Во всем диапазоне температур окружающей среды через равные промежутки выбирают рабочие точки, на которых выводят последовательно выключенный блок 1 на установившийся режим, после чего блок включают и в момент начала функционирования i-го чувствительного элемента измеряют его систематическую погрешность и температуру. Используя аппроксимацию находят математическую зависимость полученных систематических погрешностей i-гo чувствительного элемента от его температуры на момент начала функционирования ωi(Θ0i). На основе полученных передаточных функций определяют динамические модели температурных погрешностей i-гo чувствительного элемента от воздействия мощности электропитания и температуры окружающей среды в виде дифференциальных уравнение (9) и (10).
В рабочем режиме при включении инерциального измерительного блока 1 сигнал с блока питания 3, характеризующий потребляемую мощность Р1 поступает в вычислитель 2, где в блоке 6 с помощью программы 7, решающей дифференциальное уравнение (9), вычисляется температурная погрешность i-гo чувствительного элемента, вызванная тепловыделениями от потребляемой электроэнергии. Сигнал с датчика температуры 4 окружающей среды поступает в блок 6, где с помощью программы 8, решающей дифференциальное (10), вычисляется температурная погрешность i-гo чувствительного элемента, вызванная температурой окружающей среды. В блоке 6 программой 9 формируется начальная погрешность i-гo чувствительного при запуске с использованием функциональной зависимости ωi(Θ0i). Погрешности от мощности электропотребления, температуры окружающей среды суммируются с начальной погрешностью в блоке 10 формирования общей температурной погрешности в соответствии с уравнение (8), которая затем поступает в блок 11, где вычитается из показаний, поступающих с i-гo чувствительного элемента 5, после чего эти уточненные показания направляются в блок выработки параметров ориентации.
Таким образом, предлагаемый способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации имеет следующие отличия от известного способа:
- в предварительной калибровочной операции по определению параметров математических моделей температурных погрешностей чувствительных элементов блока вводятся новые действия, связанные с определением: потребляемой блоком мощности электропитания и температуры окружающей среды; переходных характеристик чувствительных элементов блока при скачкообразных изменениях потребляемой мощности и температуры окружающей среды; передаточных функций чувствительных элементов по мощности электропитания и по температуре окружающей среды; систематических погрешностей и температур чувствительных элементов в момент начала их функционирования; математических зависимостей погрешностей чувствительных элементов на момент начала их функционирования; моделей температурных погрешностей чувствительных элементов блока в виде дифференциальных уравнений, вызванных воздействием мощности электропитания и температуры окружающей среды;
- в рабочем режиме вводятся новые действия, связанные с: измерением начальной температуры чувствительных элементов в момент начала их функционирования, мощности электропотребления блока, температуры окружающей среды; решением в реальном масштабе времени дифференциальных уравнений моделей погрешностей чувствительных элементов и использованием полученных решений для компенсации температурных погрешностей блока;
- получено новое качество компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока, связанное с применением динамических моделей температурных погрешностей чувствительных элементов блока, позволяющих повысить точность компенсации температурных погрешностей в переходных режимах.
- алгоритмическая компенсация температурных погрешностей инерциального измерительного блока происходит с использованием новых математических зависимостей, включающих температурные погрешности чувствительных элементов, вызванных мощность электропитания блока и температурой окружающей его среды.
На фиг. 1 представлена блок-схема компенсации температурной погрешности i-гo чувствительного элемента инерциального измерительного блока системы ориентации.
Предлагаемый способ может быть применен как для нетермостатируемых, так и для термостатируемых систем ориентации и навигации.
Проводились экспериментальные исследования на термостатируемом гироскопе ГВК-6, применяемом в ряде платформенных инерциальных навигационных систем. При запуске этого гироскопа происходит динамическое изменение его скорости дрейфа, обусловленное тепловым процессом выхода его элементов на установившиеся температуры режима термостатирования, что определяет время его точностной готовности. Ставилась задача по уменьшению времени точностной готовности гироскопа путем использования принципов предлагаемого способа температурной компенсации погрешностей. Для этого определялась переходная характеристика гироскопа при запуске в условиях нормальной температуры окружающей среды. Запуск производился одновременным включением электросистем гироскопа и системы термостатирования. По переходной характеристике находилась передаточная функция гироскопа по температуре его корпуса
Figure 00000034
где
ωд(S) - изображение по Лапласу тепловой скорости дрейфа;
ΔΘТ(S) - изображение по Лапласу изменения температуры корпуса гироскопа,
ΔΘт(S)=Θу(S)-Θт(S),
Θу(S) - изображение по Лапласу установившейся температуры корпуса гироскопа, на котором расположен термодатчик системы термостатирования,
Θт(S) - изображение по Лапласу текущей температуры корпуса гироскопа,
Figure 00000035
ωду - установившееся значение скорости дрейфа в запуске,
ωдн - начальное значение скорости дрейфа при запуске в нормальных условиях,
Θу - установившаяся температура корпуса гироскопа,
Θн - начальная температура корпуса гироскопа при запуске в нормальных условиях.
Коэффициенты а1, а2, а3 передаточной функции определялись методом "площадей" по соотношениям к (6).
В соответствии с передаточной функцией KΘW(S) можно представить
(1+a1S+a2S2+a3S3)ωд(S)=KΘΔΘТ(S).
После применения к этому соотношению обратного преобразования Лапласа получаем дифференциальное уравнение, являющееся динамической моделью тепловой скорости дрейфа термостатируемого гироскопа в запуске
Figure 00000036
С помощью вычислителя выполнялось решение в реальном масштабе времени этого дифференциального уравнения при начальных условиях
Figure 00000037
Полученные в реальном масштабе времени решения использовались для компенсации температурной погрешности гироскопа при запуске.
Экспериментальная оценка результатов компенсации проводилась при запусках гироскопа в условиях различных температур окружающей среды.
Результаты испытаний показали, что при применении предлагаемого способа компенсации повышается существенно точность гироскопа, особенно при малых временах готовности. Так при 2-х минутной готовности скорость дрейфа уменьшилась при температурах окружающей среды 60°С, 25°С, -30°С соответственно в 7, 15, 3,5 раз.
Таким образом, использование предлагаемого способа компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока позволяет повысить его технические характеристики, в частности, уменьшить время готовности, увеличить точность выработки параметров ориентации и навигации, что обеспечивает расширение области его применения в инерциальных системах ориентации и навигации различного назначения.

Claims (26)

  1. Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации, включающий предварительную установку термодатчиков для измерения температур окружающей среды и инерциальных чувствительных элементов блока, измерение погрешностей инерциальных чувствительных элементов в дискретных температурных точках в рабочем диапазоне температур окружающей среды с использованием термокамеры, после чего на основе этих измерений определяют модели температурных погрешностей чувствительных элементов в виде математических функциональных зависимостей погрешностей от температур, а в рабочем режиме измеряют температуры чувствительных элементов и компенсируют алгоритмически их температурные погрешности с использованием полученных математических моделей температурных погрешностей и вычислителя, отличающийся тем, что в предварительной калибровочной операции включают блок при его начальной нормальной температуре в условиях постоянной нормальной температуры окружающей среды, измеряют потребляемую блоком мощность электропитания и с момента начала функционирования чувствительных элементов находят их переходные характеристики на временном периоде выхода температур чувствительных элементов на установившиеся значения, на основе которых определяют порядок и коэффициенты передаточных функций чувствительных элементов по мощности электропитания, затем при установившихся температурах чувствительных элементов работающего блока скачкообразно изменяют температуру окружающей среды с нормального значения до величины предельной плюсовой температуры и определяют переходные характеристики чувствительных элементов на периоде выхода их температур на новые установившиеся значения, на основе которых определяют порядок, коэффициенты передаточных функций чувствительных элементов по температуре окружающей среды, после чего блок выключают и последовательно выводят его чувствительные элементы на установившиеся температуры в дискретных точках рабочего диапазона температур окружающей среды, включают блок и при этих температурах в момент начала функционирования чувствительных элементов измеряют их систематические погрешности и температуры, находят на основе этих результатов функциональные зависимости погрешностей чувствительных элементов от их температур на момент начала функционирования, после этого определяют дифференциальные уравнения динамических моделей температурных погрешностей чувствительных элементов от воздействия мощности электропитания блока и температуры окружающей среды на основе полученных передаточных функций, а затем в рабочем режиме при включении блока определяют температуру чувствительных элементов в момент начала их функционирования, величину потребляемой блоком электрической мощности, температуру окружающей блок среды и производят алгоритмическую компенсацию температурных погрешностей чувствительных элементов инерциального измерительного блока, используя для этого решения в реальном масштабе времени, полученных с помощью вычислителя, следующих динамических математических моделей:
  2. ωi(t)=ωpi(t)+ωci(t)+ωi(0),
  3. где
  4. Figure 00000038
    - нумерация чувствительных элементов в инерциальном измерительном блоке;
  5. ωi(t) - рабочая модель общей температурной погрешности i-гo чувствительного элемента блока;
  6. ωpi(t) - рабочая модель температурной погрешности i-гo чувствительного элемента от воздействия мощности электропитания блока, которая определяется в результате решения с помощью вычислителя дифференциального уравнения;
  7. Figure 00000039
  8. где
  9. P1(t) - рабочая мощность электропитания блока;
  10. Figure 00000040
  11. Figure 00000041
    - исходное калибровочное значение погрешности i-гo чувствительного элемента на момент скачкообразного воздействия мощности электропитания;
  12. Figure 00000042
    - установившееся калибровочное значение погрешности после скачкообразного воздействия мощности электропитания;
  13. n - порядок дифференциального уравнения, определяемый при калибровке;
  14. Figure 00000043
    - коэффициенты динамической модели погрешности, определяемые при калибровке;
  15. ωci(t) - рабочая модель температурной погрешности i-гo чувствительного элемента от воздействия окружающей среды, которая находится в результате решения с помощью вычислителя следующего дифференциального уравнения:
  16. Figure 00000044
  17. где
  18. Θc(t) - рабочая температура окружающей блок среды;
  19. Figure 00000045
  20. Figure 00000046
    - исходное калибровочное значение погрешности i-гo чувствительного элемента на момент скачкообразного воздействия, связанного с изменением температуры окружающей блок среды;
  21. Figure 00000047
    - установившееся калибровочное значение погрешности после скачкообразного воздействия температуры окружающей среды;
  22. m - порядок дифференциального уравнения, определяемый при калибровке;
  23. Figure 00000048
    - коэффициенты динамической модели погрешности, определяемые при калибровке;
  24. ωi(0)=ωi(Θi0) - рабочее начальное значение погрешности i-гo чувствительного элемента в момент начала его функционирования;
  25. ωi(Θi0) - функциональная зависимость погрешности i-гo чувствительного элемента от его температуры в момент начала функционирования, определяемая при калибровке;
  26. Θi0 - рабочая температура i-гo чувствительного элемента в момент начала его функционирования.
RU2020134745A 2020-10-22 2020-10-22 Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации RU2758339C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134745A RU2758339C1 (ru) 2020-10-22 2020-10-22 Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134745A RU2758339C1 (ru) 2020-10-22 2020-10-22 Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758339C1 true RU2758339C1 (ru) 2021-10-28

Family

ID=78466402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134745A RU2758339C1 (ru) 2020-10-22 2020-10-22 Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758339C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114509058A (zh) * 2021-12-29 2022-05-17 北京航天自动控制研究所 一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置
CN114608573A (zh) * 2022-04-02 2022-06-10 北京航空航天大学 一种基于双轴旋转惯导系统的温度误差模型系数快速辨识方法
RU220141U1 (ru) * 2023-05-15 2023-08-29 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный комплекс "Электрооптика" Устройство для измерения линейного ускорения

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8005635B2 (en) * 2007-08-14 2011-08-23 Ching-Fang Lin Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS)
RU2480713C1 (ru) * 2011-09-21 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") Способ алгоритмической компенсации температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа
RU2550298C1 (ru) * 2013-12-20 2015-05-10 Игорь Петрович Шепеть Способ компенсации погрешностей инерциальных измерительных элементов и устройство для его осуществления
RU2566427C1 (ru) * 2014-08-06 2015-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Способ определения температурных зависимостей масштабных коэффициентов, смещений нуля и матриц ориентации осей чувствительности лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров в составе инерциального измерительного блока при стендовых испытаниях
RU2659326C2 (ru) * 2016-11-22 2018-06-29 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Способ термостабилизации чувствительного элемента инерциальной системы
RU2695439C1 (ru) * 2019-01-22 2019-07-23 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Способ компенсации систематической составляющей дрейфа нулевого сигнала датчика угловой скорости

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8005635B2 (en) * 2007-08-14 2011-08-23 Ching-Fang Lin Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS)
RU2480713C1 (ru) * 2011-09-21 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") Способ алгоритмической компенсации температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа
RU2550298C1 (ru) * 2013-12-20 2015-05-10 Игорь Петрович Шепеть Способ компенсации погрешностей инерциальных измерительных элементов и устройство для его осуществления
RU2566427C1 (ru) * 2014-08-06 2015-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Способ определения температурных зависимостей масштабных коэффициентов, смещений нуля и матриц ориентации осей чувствительности лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров в составе инерциального измерительного блока при стендовых испытаниях
RU2659326C2 (ru) * 2016-11-22 2018-06-29 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Способ термостабилизации чувствительного элемента инерциальной системы
RU2695439C1 (ru) * 2019-01-22 2019-07-23 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Способ компенсации систематической составляющей дрейфа нулевого сигнала датчика угловой скорости

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114509058A (zh) * 2021-12-29 2022-05-17 北京航天自动控制研究所 一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置
CN114608573A (zh) * 2022-04-02 2022-06-10 北京航空航天大学 一种基于双轴旋转惯导系统的温度误差模型系数快速辨识方法
CN114608573B (zh) * 2022-04-02 2024-04-16 北京航空航天大学 一种基于双轴旋转惯导系统的温度误差模型系数快速辨识方法
RU220141U1 (ru) * 2023-05-15 2023-08-29 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный комплекс "Электрооптика" Устройство для измерения линейного ускорения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2758339C1 (ru) Способ компенсации температурных погрешностей инерциального измерительного блока систем ориентации и навигации
RU2480713C1 (ru) Способ алгоритмической компенсации температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа
CN109297509B (zh) 一种基于三态理论的激光陀螺零偏漂移误差建模与补偿方法
JP6993779B2 (ja) 慣性計測装置
CN103344257B (zh) 一种惯性测量单元的快速温度标定方法
CN108645427A (zh) 基于样条插值迭代修正的激光惯组系统级温度补偿方法
BR112012013432B1 (pt) Conjunto de transdutores
CN106595710A (zh) 一种用于惯性导航系统的系统级二次温度补偿方法
CN109100051B (zh) 温度传感器的动态响应的温度修正方法及装置
JP5445270B2 (ja) 校正データ取得方法、加速度センサー出力補正方法及び校正データ取得システム
CN109323711A (zh) 一种陀螺仪模态反转零位自校正方法及系统
CN104897171A (zh) 全温一体化惯性测量单元标定方法
CN106092138A (zh) 一种基于微处理器的硅微陀螺仪温度补偿方法
CN113155114A (zh) Mems惯性测量单元陀螺零位的温度补偿方法及装置
Ermakov et al. Optimal estimation of the motion parameters of a precision rotating stand by maximum likelihood method
CN105387952B (zh) 一种间接测量石英振梁加速度计内部石英谐振梁的温度的方法
JP2005516222A (ja) バイアス不安定性を有する加速度計を訂正および較正する方法およびシステム
US6924214B2 (en) Method for calculating a time-related fill level signal
CN105466452B (zh) Mems传感器组合输出温度漂移误差系数试验测定方法
CN116026328A (zh) 微惯导的零偏滞回效应补偿模型的构建方法和补偿方法
KR101181755B1 (ko) 관성 측정기의 오차 산출 장치 및 방법
Collings et al. Estimating IC engine exhaust gas lambda and oxygen from the response of a universal exhaust gas oxygen sensor
Filatov et al. Dynamic calibration method of inertial measurement units
Klimkovich Optimization of Data Pre-Processing for Compensation of Temperature Dependence of FOG bias by a Neural Network
CN114509058B (zh) 一种光学陀螺开机段零位温度误差补偿方法及装置