1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 6, 2022

Известия РАН. Механика твердого тела, 2022, № 6, стр. 28-40

УЧЕТ НЕЛИНЕЙНОСТИ КОЛЕБАНИЙ РЕЗОНАТОРОВ ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНОВЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ГИРОСКОПОВ РАЗНЫХ ТИПОВ

А. А. Маслов a, *, Д. А. Маслов a, **, И. В. Меркурьев a, ***

a Национальный исследовательский университет “МЭИ”
Москва, Россия

* E-mail: MaslovAlA@mpei.ru
** E-mail: MaslovDmA@mpei.ru
*** E-mail: MerkuryevIV@mpei.ru

Поступила в редакцию 24.12.2021
После доработки 26.12.2021
Принята к публикации 27.12.2021

Аннотация

Рассматривается учет нелинейности колебаний резонаторов в методиках идентификации параметров волновых твердотельных гироскопов. Определяемыми являются параметры, характеризующие демпфирование, анизотропию демпфирования, разночастотность, а также коэффициенты нелинейности математических моделей динамики резонаторов волновых твердотельных гироскопов. В зависимости от типа резонаторов и датчиков управления предлагаются методики идентификации параметров в режимах свободного выбега и вынужденных колебаний с учетом разных типов нелинейностей: нелинейностей третьей, пятой степени, нелинейности, влияющей на управление. Даны алгоритмы определения оценок параметров и их доверительных интервалов при случайных погрешностях измерений. По результатам обработки данных показано, что учет нелинейности колебаний резонаторов существенно повышает точность определения параметров волновых твердотельных гироскопов. Приведены уравнения, показывающие влияние коэффициентов нелинейности и параметров, характеризующих разночастотность и анизотропию демпфирования, на угловую скорость дрейфа гироскопа.

Ключевые слова: волновой твердотельный гироскоп, идентификация параметров, нелинейные колебания, дрейф гироскопа

Список литературы

  1. Переляев С.Е. Обзор и анализ направлений создания бесплатформенных инерциальных навигационных систем на волновых твердотельных гироскопах // Новости навигации. 2018. № 2. С. 21–27.

  2. Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. Т. 28. № 2 (109), 2020. С. 3–10. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0028

  3. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 125 с.

  4. Климов Д.М., Журавлев В.Ф., Жбанов Ю.К. Кварцевый полусферический резонатор (волновой твердотельный гироскоп). М.: Изд-во “Ким Л.А.”, 2017. 194 с.

  5. Журавлев В.Ф. Теоретические основы волнового твердотельного гироскопа (ВТГ) // Изв. РАН. МТТ. 1993. № 3. С. 6–19.

  6. Журавлев В.Ф. О глобальных эволюциях состояния обобщенного маятника Фуко // Изв. РАН. МТТ. 1998. № 6. С. 5–11.

  7. Журавлев В.Ф. Управляемый маятник Фуко как модель одного класса свободных гироскопов // Изв. РАН. МТТ. 1997. № 6. С. 27–35.

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

  9. Жбанов Ю.К., Журавлев В.Ф. О балансировке волнового твердотельного гироскопа // Изв. РАН. МТТ. 1998. № 4. С. 4–16.

  10. Жбанов Ю.К. Контур управления амплитудой в волновом твердотельном гироскопе с автоматической компенсацией разнодобротности // Изв. РАН. МТТ. 2008. № 3. С. 17–22. https://doi.org/10.3103/S0025654408030035

  11. Каленова Н.В. Определение параметров поверхностного дебаланса резонатора волнового твердотельного гироскопа по его реакции на угловую вибрацию основания // Изв. РАН. МТТ. 2004. № 2. С. 3–7.

  12. Матвеев В.А., Липатников В.И., Алехин А.В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 167 c.

  13. Меркурьев И.В., Подалков В.В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. М.: Физматлит, 2009. 228 с.

  14. Астахов С.В. Нелинейные эффекты в динамике волнового твердотельного и микромеханического гироскопов в условиях медленно меняющихся параметров. Дисс. … канд. техн. наук. Москва, 2012. 157 с.

  15. Sudipto K.De., Aluru N.R. Complex nonlinear oscillations in electrostatically actuated microstructures // J. Microelectromech. Sys. 2005. V. 15. № 2. P. 355–369. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2006.872227

  16. Rhoads J., Shaw S., Tunner K., Moehlis J., DeMartiniB., Zhang W. Generalized parametric resonance in electrostatically actuated microelectromechanical oscillators // J. Sound Vibr. 2006. V. 296. P. 797–829. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2006.03.009

  17. Маслов Д.А. Влияние нелинейных свойств электростатических и электромагнитных датчиков управления на динамику цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа. Дисс. … канд. техн. наук. Москва, 2019. 127 с.

  18. 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.

  19. Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Способ определения параметров волнового твердотельного гироскопа // Патент RU 2544308 C9. 2015. Бюл. № 14.

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

  21. Maslov D.A., Merkuryev I.V. Increase in the Accuracy of the Parameters Identification for a Vibrating Ring Microgyroscope Operating in the Forced Oscillation Mode with Nonlinearity Taken into Account // Rus. J. Nonlin. Dyn. 2018. V. 14. № 3. P. 377–386. https://doi.org/10.20537/nd180308

  22. Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В., Подалков В.В. Разработка методов идентификации параметров нелинейной математической модели волнового твердотельного гироскопа // ХXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. IEEE, 2020. С. 244–248. https://doi.org/10.23919/ICINS43215.2020.9133967

  23. Журавлев В.Ф. Волновой твердотельный гироскоп: современное состояние, некоторые аспекты // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем: процессы, модели, эксперимент. 2011. № 2 (33). Т. 16. С. 118–123.

  24. Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Компенсация погрешностей и учет нелинейности колебаний вибрационного кольцевого микрогироскопа в режиме датчика угловой скорости // Нелинейная динамика. 2017. Т. 13. № 2. С. 227–241. https://doi.org/10.20537/nd1702006

  25. Лунин Б.С., Басараб М.А., Юрин А.В., Чуманкин Е.А. Цилиндрический резонатор из кварцевого стекла для недорогих вибрационных гироскопов // Сборник материалов юбилейной XXV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. IEEE, 2018. С. 204–207. https://doi.org/10.23919/ICINS.2018.8405896

  26. Басараб М.А., Лунин Б.С., Матвеев В.А., Чуманкин Е.А. Балансировка полусферических резонаторов волновых твердотельных гироскопов методом химического травления // Гироскопия и навигация. 2015. № 1. С. 61–70. doi.org/10.1134/S2075108715030025

  27. Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Влияние нелинейных свойств электростатических датчиков управления на динамику цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа // Изв. РАН. МТТ. 2021. № 6. С. 88–110. https://doi.org/10.3103/S002565442106011X

  28. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Прикладные методы в теории колебаний. М.: Наука, 1988. 328 с.

  29. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Введение в математическую статистику. М.: ЛКИ, 2010. 600 с.

  30. Гавриленко А.Б., Меркурьев И.В., Подалков В.В., Сбытова Е.С. Динамика микромеханических систем. М.: Издательство МЭИ, 2016. 60 с.

  31. Тимошенков С.П., Симонов Б.М., Бритков О.М., Анчутин С.А., Тимошенков А.С. Балансировка кремниевых датчиков угловой скорости в процессе изготовления // Изв. вузов. Электроника. 2015. Том 20. № 1. С. 58–67.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал