速率积分型半球谐振陀螺阻尼误差辨识与补偿技术研究

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高精度陀螺是惯性导航的核心器件,具有迫切的需求和广阔的应用前景。半球谐振陀螺是一种典型的基于科里奥利效应的振动陀螺,具有体积小、成本低等优势。而速率积分模式作为区别于力平衡模式的谐振陀螺控制模式,能够充分发挥半球谐振陀螺对称结构和高品质因数等优点,使陀螺具有高动态与大量程,是目前最具性能潜力的陀螺控制方案。目前,国内速率积分型半球谐振陀螺的控制理论尚未成熟,误差的影响机理缺乏系统的研究。本文针对半球谐振陀螺开展其在速率积分模式下阻尼误差影响机理和抑制技术的研究,提高该模式下半球谐振陀螺测量精度,为高性能半球谐振陀螺样机生产提供支持。本文主要的研究内容如下:1.速率积分型半球谐振陀螺误差模型的建立。以存在结构误差的半球谐振陀螺误差模型为基础,结合速率积分控制策略,建立了该模式下的陀螺误差模型,并以该模型为基础开展了结构误差影响机理的研究,重点分析了阻尼不对称对陀螺测量的影响。2.半球谐振陀螺阻尼修调技术研究。针对半球谐振陀螺的阻尼分布不对称,设计了基于电阻热耗散的平行板电极阻尼修调方案,并分析了修调过程中阻尼和刚度修调效应的耦合情况。为评估修调效果,提出了速率积分控制模式下,以能量和正交控制量作为观测量的陀螺系统阻尼、刚度观测方法。根据实验结果,阻尼修调以3%的Q值损失为代价,减少了87%的阻尼不对称程度。3.半球谐振陀螺阻尼补偿技术研究。针对阻尼误差的影响机理,设计了对应的误差辨识与补偿方法。针对补偿方法存在的效率低下、需要阻尼分布信息等缺陷,设计了基于自适应控制的阻尼误差补偿系统,可在无先验阻尼信息输入的条件下完成阻尼误差补偿。根据实验结果,补偿后陀螺漂移的峰峰值由原先的0.0316°/s降低至了0.0051°/s。
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