Методики исследования свободного выбега стоячих волн в твердотельном волновом гироскопе

Авторы

  • ИжГТУимени М. Т. Калашникова, Ижевск
  • ИжГТУимени М. Т. Калашникова, Ижевск
  • ИжГТУимени М. Т. Калашникова, Ижевск

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-3-20-32

Ключевые слова:

твердотельный волновой гироскоп, резонансные колебания, волновая картина, идентификация, свободный выбег стоячих волн, методики, измерения

Аннотация

Системно описаны методики исследования свободного выбега стоячих волн в резонаторах интегрирующих твердотельных гироскопов по сигналам их измерительных устройств. Для этого подробно рассмотрены процессы формирования рабочей и квадратурной стоячих волн через резонансные моды колебаний, а также раскрыта внутренняя структура измеряемых сигналов. Показаны связи стоячих волн с измерительными сигналами, что принято в качестве математической основы для идентификации медленно изменяемых характеристик волновых процессов в резонаторе.

Проанализированы четыре варианта алгоритмов измерения временного поведения медленных характеристик рабочей и квадратурной стоячих волн, в которых задача идентификации сводится к аналитическим формулам и однопараметрической оптимизации для уточнения частоты. В первом алгоритме производится обработка результатов измерений без учета квадратурной волны. Он предлагается для формирования начального приближения в задаче уточняющей многопараметрической оптимизации функционала идентификации. Во втором алгоритме обработка результатов измерений выполняется с использованием информации о фазовом сдвиге сигналов измерительного устройства. Он позволяет одновременно контролировать моменты времени прохождения стоячими волнами осей измерительного устройства по критерию увеличения фазового сдвига на p/2. Это может оказаться важным при синтезе контуров активного подавления квадратурной волны через обратную связь по сигналу фазового рассогласования измерительных сигналов. В третьем алгоритме для обработки результатов измерений предложен переход к подвижным осям стоячих волн. Его преимуществом является большая физическая наглядность результатов, а также удобство дополнительного косвенного контроля сохранности масштабирования измерительных сигналов. В четвертом алгоритме идентификации обработка результатов измерений производится с использованием численных процедур цифровой демодуляции.

Дополнительно проанализирована методика исследования свободного выбега стоячих волн с использованием стандартных процедур  одновременной многопараметрической численной минимизации функционала ошибки идентификации сразу по всем пяти медленно изменяемым во времени функциям стоячих волн. Выполненные натурные исследования подтвердили ее эффективность.

Библиографические ссылки

Климов Д. М., Журавлев В. Ф., Жбанов Ю. К. Кварцевый полусферический резонатор (Волновой твердотельный гироскоп). М. : Ким Л.А., 2017. 194 с.

Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и техноло-гии. М. : Радиотехника, 2014. 176 с.

Меркурьев И. В., Подалков В. В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопа. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. 228 с.

Журавлев В. Ф. Задача идентификации погрешностей обобщенного маятника Фуко // Изв. РАН. МТТ. 2000. № 5. С. 5–9.

Жбанов Ю. К., Каленова Н. В. Поверхностный дисбаланс волнового твердотельного гироскопа // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2001. № 3. С. 11–18.

Журавлев В. Ф. Дрейф несовершенного ВТГ // Изв. РАН. МТТ. 2004. № 4. С. 19–23.

Козубняк С. А. Расщепление собственных частот колебаний цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа, вызванное возмущением формы // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2015. № 3. С. 39–49.

Серёгин С. В. Влияние асимметричных начальных несовершенств формы на свободные колебания тонких оболочек // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 3. С. 209–222.

Серегин С. В. О возможности возникновения радиальных форм колебаний кольцевых элементов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2018. Т. 4. № 1. С. 132–143.

Статическая балансировка цилиндрических резонаторов волновых твердотельных гироскопов / М. А. Басараб, Б. С. Лунин, В. А. Матвеев, Е. А. Чуманкин // Гироскопия и навигация. 2014. Т. 85. № 2. С. 43–51.

Басараб М. А., Матвеев В. А., Лунин В. С. Аппроксимация распределения плотности резонатора волнового твердотельного гироскопа по измеренным параметрам дебаланса // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. 2015. № 10. С. 9–16.

Гавриленко А. Б., Меркурьев И. В., Подалков В. В. Экспериментальные методы определения параметров вязкоупругой анизотропии резонатора волнового твердотельного гироскопа // Вестник МЭИ. 2010. № 5. С. 13–19.

Маслов А. А., Маслов Д. А., Меркурьев И. В. Идентификация параметров волнового твердотельного гироскопа с учетом нелинейности колебаний резонатора // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. 2014. № 5. С. 18–23.

Маслов Д. А. Идентификация параметров гироскопа с цилиндрическим резонатором при учете влияния нелинейности на амплитуду возбуждающего воздействия // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 1 (50). С. 24–31.

Шишаков К. В. Повышение помехоустойчивости алгоритма обработки измерительных сигналов твердотельного волнового гироскопа // Вестник

ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2012. № 1. С. 76–79.

Шишаков К. В. Твердотельные волновые гироскопы: волновые процессы, управление, системная интеграция. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2018. 264 с.

Опубликован

2020-11-17

Выпуск

Раздел

Статьи