一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法技术

本发明专利技术涉及陀螺技术领域，尤其涉及一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法，包括如下流程：陀螺设置四对电极且每对电极间隔45

【技术实现步骤摘要】
一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法


[0001]本专利技术涉及陀螺
，尤其涉及一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法。

技术介绍

[0002]谐振陀螺是利用谐振子振动驻波在哥氏力作用下沿环向进动来敏感外界角速度的一种振动陀螺，具有测量精度高，稳定性和可靠性高，工作寿命长，体积小，噪声低，加速度不敏感，抗冲击、过载、辐射能力强等优点，同时具有独特的瞬间断电工作保持能力，在空间领域受到越来越多的关注和应用。
[0003]但是由于陀螺的加工工艺误差就会产生常值漂移，由于工作环境及温度变化的影响，就会产生常值漂移由于时间温度变化引起的误差。为了消除常值漂移及常值漂移由于时间、温度变化引起的误差，可以采用模态切换的方式进行消除。但是在模态切换的过程中，切换瞬间会造成原有振动模态（0
°
模态）的消振和新振动模态（45
°
模态）的建立，造成陀螺输出长时间震荡，而影响陀螺的输出的连续性，从而影响模态切换过程中陀螺的稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法，通过将检测电极的检测信号导出进行一系列处理后，形成稳幅的驱动力信号及，施加给Ax驱动电极与Ay轴驱动电极，能够控制振型匀速稳定进动，以减小模态切换过程中的动态响应，保证陀螺输出的连续性，确保模态切换过程中陀螺的稳定性。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法，其包括如下步骤：S1:陀螺设置四对电极分别为Ax轴检测电极、Ay轴驱动电极、Ax轴驱动电极及Ay轴检测电极，每对电极的两个电极之间分别通过线缆连接且多对电极之间依次间隔45
°
；S2: Ax轴检测电极输出的Ax轴检测位移信号x及Ay轴检测电极输出的Ay轴检测位移信号y分别通过相应的缓冲器缓冲后传输至相应的正交解调模块；S3:正交解调模块将x及y信号进行正交解调后，获得相应的正弦分量信号Sx、Sy以及余弦分量信号Cy、Cx，并将Cx、Sx、Cy、Sy信号传输给信号解算模块；S4: 信号解算模块根据式（1）、（2）（3）（4）对Cx、Sx、Cy、Sy进行信号解算，提取幅度控制回路被控信号a（振动波腹点的振幅）、正交控制回路被控信号q（振动波节点的振幅）、频率控制回路被控信号（振动信号与参考信号的相位差）及当前驻波方位角信号（振型角），并将被控信号及当前驻波方位角信号传输给PID控制模块；（1）
（2）（3）（4）；S5: PID控制模块根据S4中的被控信号作为控制输入，通过PID控制产生陀螺各条控制回路的控制力信号作为控制输出，传递给调制合成模块，调制合成模块根据当前驻波方位角信号将控制力信号按照式（5）进行失量合成，产生稳幅的Ax轴驱动力信号及Ay轴驱动力信号，分别同时施加给相应的Ax轴驱动电极与Ay轴驱动电极，（5）其中表示作用到Ax驱动电极与Ay轴驱动电极上的驱动力。
[0007]进一步，S5中当振型位置进动到Ax驱动电极与Ay轴驱动电极的角分线时，调制合成模块将相应的驱动力信号及分别同时施加给Ax驱动电极与Ay轴驱动电极进行模态切换。
[0008]进一步，在Ax驱动电极及Ay轴驱动电极的一端分别通过交流电源模块施加正弦交流电压，在Ax驱动电极及Ay轴驱动电极的另一端分别通过直流电源模块施加直流偏置电压，通过直流电源模块对的修改来改变振型进动速率。
[0009]进一步，直流电源模块根据式（6）及式（7）对进行修改来改变振型进动速率：（6）（7）；其中：其中：为振型进动速率；为谐振子固有频率；为力到角速度的标度；为施加的激励力；表示谐振子周向阻尼不均，表示最大阻尼轴时间常数，表示最小阻尼轴时间常数；表示阻尼轴与电极轴的夹角；为布莱恩系数；为外部输入角速度；，为真空介电常数；为激励电压中施加交流电压的幅值；为电极极板之间的静态距离；t为时间，S为电极的表面积大小。
[0010]专利技术的有益效果:
[0011]本专利技术提供的一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法，具有如下优点：1.通过将检测电极的检测信号导出进行一系列处理后，形成稳幅驱动力信号分别
同时施加给Ax驱动电极与Ay轴驱动电极，能够控制振型匀速稳定进动，以减小模态切换过程中的动态响应，保证陀螺输出的连续性，确保模态切换过程中陀螺的稳定性。
[0012]2.控制稳幅驱动力信号的施加时间，当振型位置进动到Ax轴驱动电极与Ay轴驱动电极的角分线时，调制合成模块将相应的稳幅驱动力信号分别同时施加给Ax轴驱动电极与Ay轴驱动电极进行模态切换，此时施加在两电极上的驱动力大小相等，不会产生动态响应，进一步确保了模态切换过程中陀螺的稳定性。
[0013]3.通过用直流和交流电压共同控制振动，增大驱动电压，提高振型驱动速率，减小振型驱动时间，进一步保证了模态切换过程中陀螺输出的连续性，最终提高了陀螺精度和稳定性。
附图说明
图1是模态切换系统示意图；
具体实施方式
[0014]一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法，具体系统图如附图1所示，其包括如下步骤：S1:陀螺设置四对电极分别为Ax轴检测电极、Ay轴驱动电极、Ax轴驱动电极及Ay轴检测电极，每对电极的两个电极之间分别通过线缆连接且多对电极之间依次间隔45
°
；具体的可如附图1所示，0
°
和180
°
电极为Ax轴检测电极，45
°
和225
°
电极为Ay轴驱动电极，90
°
和270
°
电极为Ax轴驱动电极，135
°
和315
°
电极为Ay轴检测电极。S2: Ax轴检测电极输出的Ax轴检测位移信号x及Ay轴检测电极输出的Ay轴检测位移信号y分别通过相应的缓冲器缓冲后传输至相应的正交解调模块；此时x和y满足式（8）此时x和y满足式（8）（8）其中：为谐振子固有频率；为振动初始相位，为振动波腹点的振幅，为振动波节点的振幅，为振型角，t为时间；S3:正交解调模块将x及y信号进行正交解调后，获得相应的正弦分量信号Sx、Sy以及余弦分量信号Cy、Cx，并将Cx、Sx、Cy、Sy信号传输给信号解算模块；具体各个正余弦成分分量Cx、Sx、Cy、Sy信号如式（9）所示，Sy信号如式（9）所示，Sy信号如式（9）所示，Sy信号如式（9）所示，（9）
[0015]其中为振动信号与参考信号的相位差。S4: 信号解算模块根据式（1）、（2）（3）（4）对Cx、Sx、Cy、Sy进行信号解算，提取幅度控制回路被控信号a（振动波腹点的振幅）、正交控制回路被控信号q（振动波节点的振幅）、频率控制回路被控信号（振动信号与参考信号的相位差）及当前驻波方位角信号（振型
角），并将被控信号及当前驻波方位角信号传输给PID控制模块；（1）（2）（3）（4）；S5: PID本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振型主动进动的半球谐振陀螺模态切换方法，其特征在于，包括如下步骤：S1:陀螺设置四对电极分别为Ax轴检测电极、Ay轴驱动电极、Ax轴驱动电极及Ay轴检测电极，每对电极的两个电极之间分别通过线缆连接且多对电极之间依次间隔45
°
；S2: Ax轴检测电极输出的Ax轴检测位移信号x及Ay轴检测电极输出的Ay轴检测位移信号y分别通过相应的缓冲器缓冲后传输至相应的正交解调模块；S3:正交解调模块将x及y信号进行正交解调后，获得相应的正弦分量信号Sx、Sy以及余弦分量信号Cy、Cx，并将Cx、Sx、Cy、Sy信号传输给信号解算模块；S4: 信号解算模块根据式（1）、（2）（3）（4）对Cx、Sx、Cy、Sy进行信号解算，提取幅度控制回路被控信号a、正交控制回路被控信号q、频率控制回路被控信号及当前驻波方位角信号，并将被控信号及当前驻波方位角信号传输给PID控制模块；（1）（2）（3）（4）；S5: PID控制模块根据S4中的被控信号产生陀螺各条控制回路的控制力信号，传递给调制合成模块，调制合成模块根据当前驻波方位角信号将控制力信号按照式（5）进行失量合成，产生稳幅的Ax轴驱动力信号及Ay轴驱动力信号，分别同时施加给相应的Ax轴驱动电极与Ay轴驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晨凯，王兴岭，张海峰，贾廷悦，杨松普，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：