一种全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113587954A(43)申请公布日2021.11.02(21)申请号202110902672.1(22)申请日2021.08.06(71)申请人大连海事大学地址116026辽宁省大连市高新园区凌海路1号(72)发明人张晶泊贾祥伟曲天良(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人姜玉蓉李洪福(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)G01C19/5691(2012.01)权利要求书5页说明书11页附图2页(54)发明名称一种全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法及系统(57)摘要本发明提供一种全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法及系统。本发明方法通过拟合计算并且实时补偿，能够有效的抑制阻尼不均匀带来的漂移误差，通过周期积分技术，能从根本上消除拟合补偿后环路中存在的比例因子误差和残留的正余弦误差，克服阻尼不均匀误差会带来强烈的角度依赖性的问题，从而可以提高陀螺的控制精度。本发明系统包括电容驱动与检测模块、AD数据采集模块、乘法相干解调模块、误差参量辨识模块、幅值相位控制回路模块、拟合计算模块、周期积分模块、驱动合成与控制模块以及DAC数模转换模块；本发明的技术方案解决了全角下半球谐振陀螺阻尼不均匀带来的漂移误差的技术问题。CN113587954ACN113587954A权利要求书1/5页1.一种全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、消除激励半球谐振子起振时，电极产生的检测增益误差、角度偏差、驱动力增益误差以及角度偏差；S2、通过扫频信号施加激励电压到半球谐振子上，半球谐振子受激进入二阶四波腹振型谐振状态，将四对电极分为驱动电极和检测电极，实现交替切换半球谐振子的驱动电极工作于驱动状态以及检测电极工作于检测状态；S3、采集模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号，作为检测电极的两个检测信号；S4、将检测电极的两个检测信号与解调参考信号进行乘法解调；S5、根据陀螺的振型状态辨识幅值控制、正交控制、锁相环控制的误差参数以及进动角θ；S6、基于幅值控制回路、正交控制回路、锁相环控制回路，将误差参量维持在允许误差范围内；S7、计算补偿力数值，根据幅值控制回路方程拟合出Δ(1/τ)和θτ参量及驻波进动误差方程解算出补偿力，并对补偿力进行实时更新；S8、消除比例因子误差ΔSF和残留的正余弦误差Ωb，将误差在整个周期上进行积分消除；S9、将维持在允许误差范围内的误差参数调制合成驱动电极上的驱动信号；S10、将驱动信号的数字量转换为模拟量，合成的直流和交流电压经过高压放大部分后直接施加到施力电极上，产生的静电力对半球谐振陀螺谐振子进行驱动控制。2.根据权利要求1所述的全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S2中：所述驱动电极包括0°驱动电极和45°驱动电极，用于为谐振子振动提供所需要的能量；所述检测电极包括90°检测电极和135°检测电极，用于测量半球谐振子进动角的变化。3.根据权利要求1所述的全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S4的具体实现过程如下：S41、假设90°检测电极和135°检测电极检测出的信号分别为x和y，假设两个解调参考信号分别为Vc和Vs；S42、将两个检测电极出来的信号x和y与同频同相的两个解调参考信号Vc和Vs进行乘法解调，如下：Vc＝2×cos(ωt+φ)Vs＝2×sin(ωt+φ)Cx＝LPF(Vc×x)Cy＝LPF(Vc×y)Sx＝LPF(Vs×x)Sy＝LPF(Vs×y)其中，ω表示谐振频率，φ表示解调参考信号与真实谐振信号的相位差，根据上式得到四个慢变信号Cx、Cy、Sx、Sy。4.根据权利要求1所述的全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S5的具体实现过程如下：2CN113587954A权利要求书2/5页S51、将步骤S42中得到的四个慢变信号Cx、Cy、Sx、Sy进行组合运算，计算得到5个谐振振动状态量E、Q、S、R、L，计算公式如下：2222E＝Cx+Cy+Sx+SyQ＝2(CxSy‑CySx)S＝2(CxCy+SxSy)L＝2(CxSx+CySy)其中，E表示谐振振型的能量，Q表示波节点振幅，S和R表示进动角函数，L表示频率控制变量；S52、计算进动角θ：S53、计算参考信号与真实谐振信号的相位差φ：S54、将谐振振型的能量E、波节点振幅Q以及参考信号与真实谐振信号的相位差φ分别作为幅值控制回路、正交控制回路以及锁相环控制回路的输入，并分别与相对应的预设值相减得到误差项。5.根据权利要求1所述的全角半球谐振陀螺阻尼不均匀的补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S6的具体实现过程如下：所