[发明专利]一种自适应补偿半球谐振子阻尼各向异性的方法及系统

说明书

本发明提供了一种自适应补偿半球谐振子阻尼各向异性的方法及系统，包括如下步骤：获得半球谐振子的运动方程；基于所述运动方程，对所述半球谐振子施加能量控制、正交控制、初始自进动控制和相位控制，获得所述半球谐振子的稳定工作状态；基于所述稳定工作状态，对所述能量控制进行偏微分运算，并与所述初始自进动控制叠加，获得最终自进动控制；基于所述最终自进动控制，消除所述半球谐振子的阻尼各向异性。本发明具有对大多数全角模式振动陀螺的适用性，补偿效果好，可靠性强。

技术领域

本发明属于智能化仪器仪表技术领域，尤其涉及一种自适应补偿半球谐振子阻尼各向异性的方法及系统。

背景技术

半球谐振陀螺是一种基于科里奥利效应的振动陀螺仪。当没有外界角速度输入时，驻波的振型固定在半球谐振子的某一位置。当有外界角速度输入时，科里奥利力会使得驻波振型与半球谐振子发生相对位移，且相对转动角速度与外界输入角速度之比为定值，称作进动因子。半球谐振陀螺在实际工作过程中，首先敏感振型的位移信号，然后将位移信号转换为电压信号，再进一步解算得到驻波旋转角度并结合进动因子计算出半球谐振陀螺的转动角速度，最终完成测量要求。

由于加工工艺的限制，半球谐振子通常会存在表面裂纹、金属镀膜不均匀、周向质量分布不均匀等情况，主要表现为刚度各向异性和阻尼各向异性。其中，刚度各向异性可以通过调频和正交控制进行解决，而阻尼各向异性的存在会导致陀螺在低转速输入情况下产生角度自锁效应，在高转速输入的情况下依然存在角度漂移误差。目前，尚缺乏有效手段对半球谐振子的阻尼各向异性进行补偿。为此，本发明提出了一种便于实施且能自适应补偿半球谐振子阻尼各向异性的方法及系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种自适应补偿半球谐振子阻尼各向异性的方法及系统，具有对大多数全角模式振动陀螺的适用性，补偿效果好，可靠性强。

一方面为实现上述目的，本发明提供了一种自适应补偿半球谐振子阻尼各向异性的方法，包括如下步骤：

获得半球谐振子的运动方程；

基于所述运动方程，对所述半球谐振子施加能量控制、正交控制、初始自进动控制和相位控制，获得所述半球谐振子的稳定工作状态；

基于所述稳定工作状态，对所述能量控制进行偏微分运算，并与所述初始自进动控制叠加，获得最终自进动控制；

基于所述最终自进动控制，消除所述半球谐振子的阻尼各向异性。

可选地，所述运动方程为：

其中，E表示能量信号，Q表示正交信号，表示阻尼各向异性，θ_τ表示阻尼失准角，Δω表示刚度各向异性，θ_ω表示刚度失准角，Ω表示外界输入角速度，θ表示陀螺进动角度，γ表示陀螺进动因子，δ表示陀螺振动信号与参考信号之间的相位差，表示能量信号的微分，为正交信号的微分，为陀螺进动角度的微分，为陀螺振动信号与参考信号之间的相位差的微分。

可选地，所述最终自进动控制f_qs的计算公式为：

其中，f_qs0为初始自进动控制，f_as为能量控制，ω表示半球谐振子的平均谐振频率。

可选地，基于所述最终自进动控制，消除所述半球谐振子的阻尼各向异性的方法为：

将所述最终自进动控制施加到陀螺进动角度的微分方程，获得角度信号与外界输入角速度的变化关系，消除消除所述半球谐振子的阻尼各向异性。

可选地，角度信号与外界输入角速度的变化关系的计算公式为：