Компенсация уходов волнового твердотельного гироскопа, вызванных анизотропией упругих свойств монокристаллического резонатора
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0031
Аннотация
Построена новая математическая модель движения монокристаллического резонатора волнового твердотельного гироскопа в виде тонкой упругой оболочки вращения на подвижном основании, учитывающая влияние электростатической системы возбуждения колебаний. При составлении выражения для потенциальной энергии упругой деформации резонатора учтена малая анизотропия типа кубического кристалла, зависящая от ориентации резонатора по отношению к кристаллографическим осям. Для описания энергии электростатического поля датчиков управления использована дискретная модель. С помощью формализма Лагранжа–Максвелла получены нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие в одномодовом приближении колебания упругой оболочки вращения на подвижном основании. Рассмотрены вынужденные и свободные колебание резонатора. Показано, что систематическая погрешность, вызванная анизотропией упругих свойств материала резонатора, может быть скомпенсирована воздействием электростатических сил датчиков управления. Предложены управляющие сигналы для компенсации этих уходов.
Ключевые слова
Об авторах
А. А. Маслов
ФГОУ ВО «НИУ «Московский энергетический институт»
Россия
Россия
Маслов Александр Анатольевич. Кандидат технических наук, доцент
Д. А. Маслов
ФГОУ ВО «НИУ «Московский энергетический институт»
Россия
Россия
Маслов Дмитрий Александрович. Кандидат технических наук, ассистент.
И. В. Меркурьев
ФГОУ ВО «НИУ «Московский энергетический институт»
Россия
Россия
Меркурьев Игорь Владимирович. Доктор технических наук, заведующий кафедрой. Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».
В. В. Подалков
ФГОУ ВО «НИУ «Московский энергетический институт»
Россия
Россия
Подалков Валерий Владимирович. Доктор технических наук, профессор. Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».
Список литературы
1. Делэйе Ф. Бортовая инерциальная система координат SpaceNaute® для европейской ракетыносителя «Ариан-6» на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. №4 (103). С. 3–13.
2. Переляев С.Е. Обзор и анализ направлений создания бесплатформенных инерциальных навигационных систем на волновых твердотельных гироскопах // Новости навигации. 2018. № 2. С. 21–27.
3. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 125 с.
4. Журавлев В.Ф. Теоретические основы волнового твердотельного гироскопа (ВТГ) // Изв. РАН. МТТ. №3. 1993 С.15−26.
5. Журавлев В.Ф. Управляемый маятник Фуко как модель одного класса свободных гироскопов // Изв. РАН. МТТ. 1997. №6. С. 27–35.
6. Жбанов Ю.К., Журавлев В.Ф. О балансировке волнового твердотельного гироскопа // Известия РАН. Механика твердого тела. 1998. №4. С. 4–16.
7. Климов Д.М., Журавлев В.Ф., Жбанов Ю.К. Кварцевый полусферический резонатор (волновой твердотельный гироскоп). М.: Изд-во «Ким Л.А», 2017. 194 с.
8. Rozelle, D.M., The Hemispherical Resonator Gyro: From Wineglass to the Planets, Proc. 19th AAS/ AIAA Space Flight Mechanics Meeting, 2009, pp. 1157–1178.
9. Loper, E.J., Lynch, D.D., Vibratory rotation sensor, US Pat. № 4,951,508. Int.Cl.: G01C19/566, 1990.
10. Меркурьев И.В., Подалков В.В. Динамика волнового твердотельного и микромеханических гироскопов. М.: Физматлит, 2009. 228 с.
11. Журавлев В.Ф. Задача идентификации погрешностей обобщенного маятника Фуко // Изв. РАН. МТТ. 2000. №5. С. 186–192.
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. Asadian, M.H., Wang, Y., Shkel, A.M., Development of 3D Fused Quartz Hemi-Toroidal Shells for High-Q Resonators and Gyroscopes, IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems, 2019, pp.1380–1383.
14. Лунин Б.С., Матвеев В.А., Басараб М.А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технология. М.: Радиотехника, 2014.
15. Лунин Б.С., Басараб М.А., Юрин А.В., Чуманкин Е.А. Цилиндрический резонатор из кварцевого стекла для недорогих вибрационных гироскопов // Юбилейная XXV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам, СПб., 2018. С. 204–207.
16. 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. Т. 88. №1. С. 61–70.
17. Пат. 2544308 Российская Федерация, МПК G01C 19/56. Способ определения параметров волнового твердотельного гироскопа. / Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В.; приор. 25.06.13; заявитель и патентообладатель НИУ МЭИ; опубл. 20.05.15, Бюл. № 14.
18. Desta, Y.M., Fabrication of high aspect ratio vibrating cylinder microgyroscope structures by use of the LIGA process, PhD thesis, USA: Louisiana State University, 2005.
19. Cho, J., Gregory, J.A. and Najafi, K., Single-crystal-silicon cylindrical rate integrat-ing gyroscope (CING), Transducers’11, Beijing, China, 2011, pp. 2813–2816.
20. Тимошенков С.П., Анчутин С.А., Плеханов В.Е., Кочурина Е.С., Тимошенков А.С., Зуев Е.В. Разработка математического описания кольцевого резонатора микрогироскопа // Нано- и микросистемная техника. 2014. №5. С.18–25.
21. Senkal, D., Ahamed, M.J., Trusov, A.A., and Shkel, A.M., Achieving Sub-Hz Frequency Symmetry in Micro-Glassblown Wineglass Resonators, Journal of Microelectromechanical Systems, 2014, vol. IV 23, no. 1, pp. 30–38.
22. Сарапулов С.А., Литвинов Л.А., Бакалор Т.О. Особенности конструкции и технологии изготовления высокодобротных сапфировых резонаторов твердотельных гироскопов типа CRG-1 // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам, СПб., 2007. С. 41–43.
23. Филин А.П. Элементы теории оболочек. Л.: Стройиздат, 1987. 256 с.
24. Сиротин, И.Ю., Шаскольская, М.П. Основы кристаллофизики. М.: Наука, 1975. 680 с.
25. Zener, C.M., Elasticity and Anelasticity of Metals. USA, Chicago, Univ. of Chicago Press, 1948.
26. Матвеев В.А., Басараб М.А., Лунин Б.С., Чуманкин Е.А., Юрин А.В. Термоупругие потери в конструкционных материалах резонаторов волновых твердотельных гироскопов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2015, №2 (101). С. 28–39.
27. Мартыненко Ю.Г., Меркурьев И.В., Подалков В.В. Управление нелинейными колебаниями вибрационного кольцевого микрогироскопа // Изв. РАН. МТТ. 2008. № 3. С. 77–89.
28. Гавриленко А.Б., Меркурьев И.В., Подалков В.В. Влияние малой вязкоупругой анизотропии материала на точностные характеристики волнового твердотельного гироскопа с резонатором в виде оболочки вращения // Вестник МЭИ, 2010. №3. С. 20–27.
29. Журавлев В.Ф., Линч Д.Д. Электрическая модель волнового твердотельного гироскопа // Изв. РАН. МТТ. 1995. №5. С. 12–24.
30. Мартыненко Ю.Г. Аналитическая динамика электромеханических систем. М.: МЭИ, 1984, 64 с.
31. Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Исследование стационарных режимов колебаний резонатора гироскопа при наличии позиционного и сопутствующего ему параметрического возбуждений // Гироскопия и навигация. 2014. №2 (85). С. 61–69.
32. Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Нелинейные эффекты в динамике цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа с электростатической системой управления // Гироскопия и навигация. 2015. №1 (88). С. 71–80.
33. Маслов Д.А. Влияние нелинейных свойств электростатических и электромагнитных датчиков управления на динамику цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа: дис. к.т.н. НИУ МЭИ, 2019. 127 с.
34. Меркурьев И.В. Динамика гироскопических чувствительных элементов систем ориентации и навигации малых космических аппаратов: дис. д.т.н. МЭИ, 2006. 296 с.
Рецензия
Для цитирования:
Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В., Подалков В.В. Компенсация уходов волнового твердотельного гироскопа, вызванных анизотропией упругих свойств монокристаллического резонатора. Гироскопия и навигация. 2020;28(2):25-36. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0031
For citation:
Maslov A.A., Maslov D.A., Merkuriev I.V., Podalkov V.V. Compensation of Wave Solid-State Gyro Drifts Caused by Anisotropy of Elastic Properties of a Single-Crystal Resonator. Giroskopiya i Navigatsiya. 2020;28(2):25-36. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.0031
Просмотров:
0
Послать статью по эл. почте 