一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法技术

本发明专利技术涉及一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法，属于惯性器件误差标定，包括如下步骤：S1、构建半球谐振陀螺非线性误差模型；S2、基于步骤S1构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力

【技术实现步骤摘要】
一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法


[0001]本专利技术属于惯性器件误差标定
，具体涉及一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法
。

技术介绍

[0002]全角半球谐振陀螺是在全角模式下工作的半球谐振陀螺，最大程度地减小了驱动谐振子振动所施加的能量，具有更稳定的比例因子
、
更高的动态范围和带宽，是目前主流的半球谐振陀螺类别
。
全角半球谐振陀螺对谐振器的对称性有严格的要求，在谐振器的设计中，现有技术主要集中于补偿陀螺仪的刚度不对称和阻尼不对称造成的缺陷，例如，中国专利技术专利公开号
CN113587954A
提供了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，中国专利技术专利公开号
CN115824263A
公开了一种基于半球谐振陀螺的阻尼修调方法及系统
。
除了阻尼与刚度不对称误差，检测增益不对称误差对半球谐振陀螺的影响也十分巨大
。
在陀螺电极安装过程中，无法保证检测电极与谐振子唇缘的间隙的一致性，导致了检测增益的不对称
。
检测增益不对称会影响陀螺进动角的正确解算，从而影响陀螺的精度
。
因此，需要对检测增益不对称进行标定和补偿，例如，中国专利技术专利公开号
CN115077564A
提供了一种半球谐振陀螺检测通道不平衡误差辨识及补偿方法，中国专利技术专利
CN115876182A
公开了一种半球谐振陀螺的电极误差建模方法，中国专利技术专利
CN114780903A
提供了一种半球谐振陀螺
X/Y
通路驱动增益不对称性及电极非正交误差辨识方法
。
[0003]然而，上述现有方法均未考虑检测增益不对称与阻尼不对称的耦合误差
。
检测增益不对称与阻尼不对称产生的耦合误差也会导致额外的陀螺漂移，影响对陀螺仪的阻尼参数的正确估计
。
因此，现有的全角半球陀螺检测增益不对称误差标定方法存在着未考虑检测增益不对称与阻尼不对称的耦合误差，导致标定结果不可靠
、
补偿后精度差的问题
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法，其标定结果可靠性高
、
通用性强
、
操作简单
、
全角半球谐振陀螺补偿后精度高
、
实用性佳
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法，包括如下步骤：
S1、
构建半球谐振陀螺非线性误差模型；
S2、
基于步骤
S1
构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力
‑
再平衡模式下对全角半球谐振陀螺进行标定，获得检测增益不对称误差和阻尼不对称误差的标定结果；
S3、
将步骤
S2
获得的标定结果用于全角半球谐振陀螺的补偿
。
[0006]进一步地，在步骤
S1
中，所述半球谐振陀螺非线性误差模型由下面列出的两个方程组成，具体为：
；；式中，为陀螺振动幅度，为陀螺振动主轴的模式角，为对时间的一阶导数，为对时间的一阶导数，为陀螺标度因数，为外部输入角速率，为
y
轴检测增益不对称误差，为
x
轴检测增益不对称误差，为陀螺谐振频率，为陀螺品质因数，为
x
轴的阻尼不对称误差，为
y
轴的阻尼不对称误差，为振幅
PID
控制器输出，为驻波模式角
PID
控制器输出
。
[0007]进一步地，在步骤
S2
中，基于步骤
S1
构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力
‑
再平衡模式下对全角半球谐振陀螺进行标定，获得检测增益不对称误差和阻尼不对称误差的标定结果的具体方法包括如下步骤：
S201、
将半球谐振陀螺的工作方式切换为力
‑
再平衡模式，基于步骤
S1
构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力
‑
再平衡模式下，陀螺的振幅不变且模式角固定，因此，且，并将半球谐振陀螺非线性误差模型简化为：；；
S202、
基于步骤
S201
获得的简化的半球谐振陀螺非线性误差模型，在半球谐振陀螺力
‑
再平衡模式下，以
X
轴作为驱动轴，
Y
轴作为反馈轴，为0°
，简化的半球谐振陀螺非线性误差模型写为如下的为0°
时的控制方程：；；
S203、
基于步骤
S201
获得的简化的半球谐振陀螺非线性误差模型，在半球谐振陀螺力
‑
再平衡模式下，以
Y
轴作为驱动轴，
X
轴作为反馈轴，为
90
°
，简化的半球谐振陀螺非线性误差模型写为如下的为
90
°
时的控制方程：
；；
S204、
在以
X
轴作为驱动轴，
Y
轴作为反馈轴，为0°
的力
‑
再平衡模式下，将从
‑
150
°
/s
以
50
°
/s
的间隔增加到
150
°
/s
，在每组下记录和，获得7组；在以
Y
轴作为驱动轴，
X
轴作为反馈轴，为
90
°
的力
‑
再平衡模式下，将从
‑
150
°
/s
以
50
°
/s
的间隔增加到
150
°
/s
，在每组下记录和，获得7组；
S205、
将步骤
S204
中获得的7组代入步骤
S202
确定的为0°
时的控制方程；将步骤
S204
中获得的7组代入步骤
S203
确定的为
90
°
时的控制方程；将两组控制方程联立，通过最小二乘法获得检测增益不对称误差和阻尼不对称误差的标定结果为：
、、
和；其中，为
y
轴检测增益不对称误差的标定结果，为
x
轴检测增益不对称误差的标定结果，为
x
轴的阻尼不对称误差的标定结果，为
y
轴的阻尼不对称误差标定结果
。
[0008]进一步地，在步骤
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
构建半球谐振陀螺非线性误差模型；
S2、
基于步骤
S1
构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力
‑
再平衡模式下对全角半球谐振陀螺进行标定，获得检测增益不对称误差和阻尼不对称误差的标定结果；
S3、
将步骤
S2
获得的标定结果用于全角半球谐振陀螺的补偿
。2.
根据权利要求1所述的一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法，其特征在于，在步骤
S1
中，所述半球谐振陀螺非线性误差模型由下面列出的两个方程组成，具体为：；；式中，为陀螺振动幅度，为陀螺振动主轴的模式角，为对时间的一阶导数，为对时间的一阶导数，为陀螺标度因数，为外部输入角速率，为
y
轴检测增益不对称误差，为
x
轴检测增益不对称误差，为陀螺谐振频率，为陀螺品质因数，为
x
轴的阻尼不对称误差，为
y
轴的阻尼不对称误差，为振幅
PID
控制器输出，为驻波模式角
PID
控制器输出
。3.
根据权利要求2所述的一种全角半球谐振陀螺检测增益不对称误差的标定方法，其特征在于，在步骤
S2
中，基于步骤
S1
构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力
‑
再平衡模式下对全角半球谐振陀螺进行标定，获得检测增益不对称误差和阻尼不对称误差的标定结果的具体方法包括如下步骤：
S201、
将半球谐振陀螺的工作方式切换为力
‑
再平衡模式，基于步骤
S1
构建的半球谐振陀螺非线性误差模型，在力
‑
再平衡模式下，陀螺的振幅不变且模式角固定，因此，且，并将半球谐振陀螺非线性误差模型简化为：；；
S202、
基于步骤
S201
获得的简化的半球谐振陀螺非线性误差模型，在半球谐振陀螺力
‑
再平衡模式下，以
X
轴作为驱动轴，
Y
轴作为反馈轴，为0°
，简化的半球谐振陀螺非线性误
差模型写为如下的为0°
时的控制方程：；；
S203、
基于步骤
S201
获得的简化的半球谐振陀螺非线性误差模型，在半球谐振陀螺力
‑
再平衡模式下，以
Y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡庆中，程瑞昭，涂勇强，杨功流，易筱笛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：