Микромеханический вибрационный гироскоп (его варианты)

Микромеханический вибрационный гироскоп (его варианты)

Реферат

 

Использование: в гироскопической техние, системах управления подвижных объектов, индикаторах движения объектов. Сущность изобретения: с целью повышения точности в микромеханический вибрационный гироскоп введены активные системы управления с обратными связями для стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения, амплитуды и фазы сигналов по измерительной оси, стабилизации собственных частот механической части гироскопа, компенсации динамического дебаланса, компенсации перекрестного влияния колебаний возбуждения на выходной сигнал. Приведены функциональные схемы блоков, реализующих вышеназванные функции. Предложено выполнение датчиков угла на основе полевых транзисторов с подвижным затвором (механисторов), включенных в мостовую измерительную схему. 4 с. и 6 з.п. ф-лы. 13 ил.

Изобретение относится к области гироскопической техники и может быть использовано в системах управления подвижных объектов различного назначения, а также в качестве индикаторов движения объектов.

Известны микромеханические вибрационные гироскопы (ММВГ) [1] Особенность ММВГ является преимущественное изготовление чувствительных элементов этих приборов единым элементом из кремния, стекла или кварца по кремниевой технологии, что предопределяет: малые габариты и вес ММВГ; возможность применения групповой технологии изготовления и следовательно, дешевизну изготовления при массовом производстве; высокую надежность в эксплуатации.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является микромеханический вибрационный гироскоп [2] содержащий корпус, внутреннюю рамку с инерционной массой, наружную рамку, две пары торсионов по взаимноортогональным осям, соединяющих внутреннюю рамку с наружной и наружную рамку с корпусом, датчики момента по оси наружной рамки и датчики угла по оси внутренней рамки.

Недостатком известного ММВГ является его малая точность вследствие нестабильности его статистических и динамических параметров.

Известно [2] что масштабный коэффициент, связывающий величину угловых колебаний по оси внутренней рамки с измеряемой угловой скоростью зависит от ряда статических и динамических параметров ММВГ таких, как моменты инерции подвижной части гироскопа, жесткость торсионов, коэффициенты динамичности колебательных систем, частота и амплитуда вынужденных колебаний и т.д. Указанные параметры имеют свойство изменяться вследствие старения, температурных и динамических воздействий. Требование измерения головой скорости с относительной погрешностью не более 0,01 предъявляет еще более жесткие требования к стабильности вышеперечисленных параметров.

Очевидно, что обеспечить такую стабильность статических и динамических параметров гироскопа только конструктивными мерами не представляется возможным.

Целью изобретения является повышение точности миромеханического гироскопа путем стабилизации его статических и динамических параметров, введением активных систем управления с обратными связями.

Цель достигается вариантами технических решений.

Вариант 1. В микромеханический вибрационный гироскоп, содержащий корпус, внутреннюю рамку с инерционной массой, наружную рамку, две пары взаимноортогональных торсионов по осям внутренней и наружной рамок соответственно, датчики момента по оси наружной рамки, датчики угла по оси внутренней рамки, генератор, дополнительно введены датчики угла по оси наружной рамки и блок возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения, при этом со входами блока соединены выходы генератора и выходы датчиков угла по оси наружной рамки, а выходы блока соединены с датчиками момента по оси наружной рамки.

По оси наружной рамки выполнено четыре датчика угла на основе полевых транзисторов с подвижным затвором (механисторов), причем элементы первого и второго датчика угла установлены на большом плече относительно оси наружной рамки, а элементы третьего и четвертого датчика угла установлены на малом плече, при этом электрическое включение первого и второго датчика осуществлено по мостовой схеме с выполнением одного их плеч мотов на полевом транзисторе с фиксированным затвором, а третий и четвертый датчики угла включены по дифференциально-мостовой схеме с единым выходом.

Генератор выполнен с четырьмя выходами, с формированием на каждом из них последовательности импульсов с периодом Т, при этом импульсы на втором, третьем и четвертом выходе сдвинуты по времени относительно импульсов на первом выходе на Т/2, Т/4, ЗТ/4 соответственно, блок возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения содержит формирователь импульсов возбуждения, первый четвертый сумматоры, два преобразователя сигналов. Формирователь импульсов обратной связи, последовательно соединенные измеритель разности фаз, умножитель и формирователь импульсов управления фазы по третьему входу, при этом первый и второй выходы генератора соединены с первым и вторым входом формирователя импульсов возбуждения соответственно, с первым и вторым входом формирователя импульсов обратной связи соответственно и со вторым и третьим входами измерителя разности фаз соответственно, первый и второй выходы формирования импульсов возбуждения соединены с первым и вторым сумматором соответственно, выходы которых соединены с первым и вторым датчиками момента соответственно, выходы преобразователей сигналов соединены со входами третьего и четвертого сумматоров, при этом выход третьего сумматора соединен с третьим входом формирователя импульсов возбуждения, а выход четвертого сумматора соединен с третьим входом формирователя импульсов обратной связи, выход которого через встречно параллельно соединенные диоды соединен с третьим и четвертым датчиком момента соответственно, третий и четвертый выход генератора соединен с первым и вторым входом формирователя импульсов управления фазой, первый и второй выходы которого соединены в первым и вторым сумматором соответственно, входы первого и второго преобразователя сигнала соединены с выходами первого и второго датчика угла по оси наружной рамки, а вход измерителя разности фаз соединен с единым выходом третьего и четвертого датчика угла по оси наружной рамки.

Вариант 2. В микромеханический вибрационный гироскоп, содержащий корпус, внутреннюю рамку с инерционной массой, наружную рамку, две пары взаимноортогональных торсионов по осям внутренней и наружной рамок соответственно, датчики момента по оси наружной рамки, датчики угла по оси внутренней рамки, генератор выходы которого соединены с датчиками момента по оси наружной рамки, дополнительно введены датчики момента по оси внутренней рамки и блок обратной связи по измерительной оси, выходы которого соединены с выходами датчиков угла по оси внутренней рамки, а выходы соединены с датчиками момента по оси внутренней рамки.

Генератор выполнен с четырьмя выходами, с формированием на каждом из них последовательности импульсов с периодом Т, при этом импульсы на втором, третьем и четвертом выходе сдвинуты по времени относительно импульсов на первом выходе на Т/2, Т/4, ЗТ/4 соответственно, при этом первый и второй выходы генератора соединены с датчиками момента по оси наружной рамки, блок обратной связи по измерительной оси содержит два преобразователя сигналов, первый четвертый сумматоры, измеритель разности фаз, умножитель, два формирователя импульсов обратной связи и формирователь импульсов управления фазой, при этом выходы первого и второго датчика угла по оси внутренней рамки соединены с входами первого и второго преобразователя сигналов соответственно, выходы которых соединены с входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с первым входом первого формирователя импульсов обратной связи и является выходом гироскопа по угловой скорости, выход второго сумматора соединен с первым входом второго формирователя импульсов обратной связи и является выходом гироскопа по линейному ускорению, единый выход дифференциально включенных третьего и четвертого датчиков угла по оси внутренней рамки соединен с первым входом измерителя разности фаз, выход которого соединен с входом умножителя, выход умножителя соединен с первым входом формирователя импульсов управления фазой, второй и третий входы которого соединены с третьим и четвертым выходом генератора сигналов, первый и второй выходы генератора дополнительно соединены с вторыми и третьими входами измерителя разности фаз и формирователей импульсов обратной связи соответственно, первый и второй выходы первого формирователя импульсов обратной связи соединены со входами третьего и четвертого сумматора соответственно, первый и второй выходы формирователя импульсов управления фазы соединены с другими входами третьего и четвертого сумматора соответственно, выходы третьего и четвертого сумматора соединены с первым и вторым датчиком момента по оси внутренней рамки соответственно, а выход второго формирователя импульсов обратной связи через встречно-параллельно включенные диоды соединен с третьим и четвертым датчиком момента по оси внутренней рамки.

Вариант 3. В микромеханический вибрационный гироскоп, содержащий корпус, внутреннюю рамку с инерционной массой, наружную рамку, две пары взаимноортогональных торсионов по осям внутренней и наружной рамок соответственно, датчики момента по оси наружной рамки, датчика угла по оси внутренней рамки, генератор, выходы которого соединены с датчиками момента по оси наружной рамки, дополнительно введены датчик угла по оси наружной рамки, датчики момента по оси внутренней рамки и блок стабилизации собственных частот гироскопа, при этом входы блока соединены с выходами датчиков угла по осям наружной и внутренней рамок соответственно, а выходы блока соединены с датчиками момента по осям наружной и внутренней рамок соответственно.

Блок стабилизации собственных частот гироскопа содержит последовательно соединенные первый измеритель разности фаз, первый интегратор и первый умножитель, последовательно соединенные второй измеритель разности фаз, второй интегратор и второй умножитель, при этом первый вход первого измерителя разности фаз соединен с выходом датчика угла по оси наружной рамки, первый вход второго измерителя разности фаз соединен с выходом датчика угла по оси внутренней рамки, выход первого умножителя соединен с двумя датчиками момента по оси наружной рамки, выход второго умножителя соединен с двумя датчиками момента по оси внутренней рамки, а вторые входы измерителей разности фаз соединены с выходом генератора.

Выход датчика угла по оси наружной рамки дополнительно соединен с делителем, содержащим регулировочные резисторы, при этом выход делителя через встречно-параллельно соединенные диоды и сумматоры соединен с датчиками момента по оси внутренней рамки.

Вариант 4. В микромеханический вибрационный гироскоп, содержащий корпус, внутреннюю рамку с инерционной массой, наружную рамку, две пары взаимноортогональных торсионов по осям внутренней и наружной рамок соответственно, датчики момента по оси наружной рамки, датчики угла по оси внутренней рамки, генератор, дополнительно введены датчики момента по оси внутренней рамки и датчики угла по оси наружной рамки, а также последовательно соединенные первый преобразователь сигнала, первый сумматор и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные первый измеритель фазы, первый интегратор и второй сумматор, последовательно соединенные второй измеритель фазы, второй интегратор и третий сумматор, и последовательно соединенные второй преобразователь сигнала, четвертый сумматор и второй формирователь импульсов, при этом генератор выполнен с четырьмя выходами, с формированием на каждом из них последовательности импульсов с периодом Т, при этом импульсы на втором, третьем и четвертом выходе сдвинуты по времени относительно импульсов на первом выходе на Т/2, Т/4, 3Т/4 соответственно, первый-четвертый выходы генератора соединены со вторыми-пятыми входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, первый выход генератора соединен со вторыми входами первого и второго измерителей фазы соответственно, выход датчиков угла по оси внутренней рамки соединен с входами первого преобразователя сигналов и первого измерителя фазы, выход датчиков угла по оси наружной рамки соединен с входами второго измерителя фазы и второго преобразователя сигнала, вторые входы первого и четвертого сумматоров являются входами первого напряжения уставки, вторые входы второго и третьего сумматора являются входами второго напряжения уставки, а выходы второго и третьего сумматора соединены с шестыми входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, первый выход первого формирователя импульсов соединен с первым датчиком момента по оси внутренней рамки и через регулировочный резистор с первым датчиком момента по оси наружной рамки, второй выход первого формирователя импульсов соединен со вторым датчиком момента по оси внутренней рамки и через регулировочный резистор со вторым датчиком момента по оси наружной рамки, а первый и второй выходы второго формирователя импульсов соединены с третьим и четвертым датчиком момента по оси наружной рамки соответственно, выход четвертого сумматора является выходом гироскопа.

Датчики угла выполнены на основе полевых транзисторов с подвижным затвором (механисторов) и включены попарно по мостовой схеме.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема ММВГ; на фиг. 2 - функциональная схема ММВГ с блоком стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения (вариант 1); на фиг. 3 диаграммы генерируемых, измеряемых и формируемых сигналов в схеме ММВГ (вариант 1); на фиг. 4 схема расположения и электрического включения датчиков угла; на фиг. 5 графики переходных процессов по ; на фиг. 6 функциональная схема ММВГ с блоком обратной связи по измерительной оси (вариант 2); на фиг. 7 диаграммы преобразования сигналов в схеме ММВГ (вариант 2); на фиг. 8 фазовые соотношения в колебательных контурах по b и ; на фиг. 9 графики переходных процессов по b; на фиг. 10 схема ММВГ с блоком стабилизации собственных частот и компенсации динамического дебаланса (вариант 3); на фиг. 11 функциональная схема ММВГ (вариант 4); на фиг. 12 пример выполнения формирователя импульсов; на фиг. 13 диаграммы сигналов в ММВГ (вариант 4).

На фиг. 1 представлена конструктивная схема ММВГ, используемая для всех вариантов технических решений. На фиг. 1 обозначено: 1 корпус, 1^в, 1^н верхняя и нижняя детали корпуса соответственно; 2 наружняя рамка; 3 внутренняя рамка; 4 инерционная масса; 5,6 торсионы подвеса рамок; 7 элементы датчиков момента по оси наружной рамки; 8 элементы датчиков угла по оси внутренней рамки; 9 элементы датчиков момента по оси внутренней рамки; 10 элементы датчиков угла по оси наружной рамки.

Элементы датчиков угла и датчиков момента показаны условно, их количество и расположение определяются схемой ММВГ.

В варианте 1 в функциональную схему ММВГ введен блок возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения.

Блок возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения обеспечивает: возбуждение колебаний наружной рамки (по оси Z) в режиме, обеспечивающем линеаризацию колебательных движений в контурах по g и стабилизацию выбранной амплитуды колебаний возбуждения; стабилизацию фазы колебаний по g; компенсацию статического дебаланса.

Возбуждение колебаний осуществляется импульсным напряжением. Амплитуда импульсов обеспечивается напряжением U₀, которое вырабатывается вторичным источником питания (ВИП) и подается на генератор. Величина U₀ выбирается из условия обеспечения выхода на установившуюся амплитуду колебаний не более, чем за 100 периодов задающей частоты.

Стабилизация амплитуды колебаний осуществляется с помощью контура обратной связи, формирующего напряжение обратной связи U_ос по отклонению от заданной величины g_o которое измеряется парой датчиков угла. По напряжению обратной связи формируются добавки к импульсам возбуждения.

Стабилизация фазы колебаний осуществляется с помощью контура обратной связи, формирующего добавки к импульсам возбуждения по отклонению фазы колебаний по от фазы импульсов возбуждения. Отклонения фазы измеряются по сигналу с третьего датчика угла, а формируемые добавки по отклонению фазы сдвинуты на 90 электрических градусов по отношению к импульсам возбуждения.

Компенсация статического дебаланса осуществляется формированием импульсов обратной связи по разности сигналов g₁ и ₂ и подачей их на датчики момента по наружной оси.

Схема ММВГ с блоком возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения приведена на фиг. 2, а диаграммы генерируемых, измеряемых и формируемых сигналов в установившемся режиме показаны на фиг. 3.

На схеме и диаграммах обозначены: 11 (ЧЭ ММВГ) чувствительный элемент ММВГ (включает механическую часть гироскопа, ДУ, ДМ); 12 блок возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний; 13 (Г) генератор, в котором вырабатываются четыре импульсных напряжения U1, U2, U3, U4 с амплитудой U₀ периодом Т=1/f и длительностью импульса, определяемой отношением = т/т = 0,1; 14 (ФИВ) формирователь импульсов возбуждения, с помощью которого создаются импульсы где U_ос напряжение обратной связи; 15 (1, 2) -сумматоры, с помощью которых создаются окончательные импульсы возбуждения с учетом обратной связи по разности фаз между задающей частотой и измеряемыми колебаниями по 16, 17 (ДМ1, ДМ2) пара электростатических датчиков момента для создания момента возбуждения M (под парой датчиков момента ДМ здесь и далее понимается два датчика момента, работающих с временным сдвигом в полпериода); 18, 19 (ДМ3, ДМ4) пара датчиков момента для создания момента обратной связи по статическому дебалансу вокруг оси наружной рамки; 20, 21 (ДУ1, ДУ2) датчики угла для измерения сигналов g₁, ₂; 22 (ДУЗ, 4) датчики угла, включенные по дифференциальной схеме, для измерения сигнала ₃; 23 (ДУ) датчик угла по оси внутренней рамки; (Э) экран между ДМ и ДУ; 24, 25 (ПС1, ПC2) преобразователи сигналов g₁, ₂ соответственно, формирующие постоянные напряжения U1, U2 соответствующие амплитуде измеряемых сигналов; 26 (U1 + U2 - U^*) третий сумматор, учитывающий напряжение уставки U^* с помощью которого задается примерно середина зоны чувствительности датчиков ДУ1, ДУ2 27 (U1- U2) четвертый сумматор для определения разности напряжений, сформированных по сигналам от ДУ1 и ДУ2 эта разность пропорциональна статическому дебалансу вокруг оси наружной рамки; 28 (ИРФ) измеритель разности фаз между задающими импульсами возбуждения U1, U2 и измеряемым сигналом g₃ 29 (ФИОС) формирователь импульсов обратной связи по разности сигналов ₁- ₂ т.е. по статическому дебалансу; 30 (Умн) умножитель в котором реализуется умножение измеренной разности фаз _t(U - ) на коэффициент передачи K 31 (ФИУФ) формирователь импульсов управления по фазе, в котором с помощью задающих импульсов U3, U4 в зависимости от величины и знака напряжения U создаются импульсы обратной связи по разности фаз U1, U2 Генератор 13 выполнен с четырьмя выходами, с формированием на каждом из них последовательности импульсов с периодом Т, при этом импульсы на втором, третьем и четвертом выходе сдвинуты по времени относительно импульсов на первом выходе на Т/2, Т/4, 3Т/4 соответственно.

Блок возбуждения и стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения 12 содержит формирователь импульсов возбуждения 14, первый второй сумматоры 15, третий сумматор 26, четвертый сумматор 27, два преобразователя сигналов 24, 25, формирователь импульсов обратной связи 29, последовательно соединенные измеритель разности фаз 28, умножитель 30 и формирователь импульсов управления фазы 31. Первый и второй выходы генератора 13 соединены с первым и вторым входом формирователя импульсов возбуждения 14 соответственно, с первым и вторым входом формирователя импульсов обратной связи 29 соответственно и со вторым и третьим входами измерителя разности фаз 28 соответственно. Первый и второй выходы формирователя импульсов возбуждения 14 соединены с первым и вторым сумматором 15 соответственно, выходы которых соединены с первым и вторым датчиками момента 16, 17 соответственно. Выходы преобразователей сигналов 24,25 соединены со входами третьего и четвертого сумматоров 26, 27. Выход третьего сумматора 26 соединен с третьим сходом формирователя импульсов возбуждения 14, а выход четвертого сумматора 27 соединен с третьим входом формирователя импульсов обратной связи 29, выход которого через встречно-параллельно соединенные диоды соединен с третьим и четвертым датчиком момента 18, 19 соответственно. Третий и четвертый выход генератора 13 соединен с первым и вторым входом формирователя импульсов управления фазы 31, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым сумматорами 15 соответственно. Входы первого и второго преобразователя сигнала 24, 25 соединены с выходами первого и второго датчика угла по оси наружной рамки 20,21. Вход измерителя разности фаз 28 соединен с единым выходом третьего и четвертого датчика угла по оси наружной рамки 22.

Назначение и выполняемые функции элементов устройства указаны ранее.

Контур обратной связи, образованный цепями элементов 20-24-26, 21-25-26, 26-14, 14-15-16 и 14-15-17 формирует управляющие амплитуды колебаний возбуждения. Контур обратной связи, образованный цепями элементов 22-28-30-31, 31-15-16 и 31-15-17 формирует управляющие моменты для стабилизации фазы колебаний возбуждения. А цепь элементов 27-29-D1-18(D2-19) формирует момент компенсации статистического дебаланса.

Контур обратной связи, формирующей напряжение U_ос, дает возможность не предъявлять жестких требований к стабильности напряжения U_o. Его достаточно поддерживать с точностью до единиц Измерения в контуре обратной связи и в контуре компенсации статистического дебаланса организовано с помощью двух датчиков ДУ1, ДУ2 расположенных в ММВГ на большом плече с получением измерения на краях диапазона колебаний. Измерения в контуре стабилизации фазы производятся датчиками ДУЗ, 4 расположенными на малом плече с получением измерений во всем диапазоне колебаний.

При использовании высокочувствительных датчиков перемещений на полевых транзисторах требуется поддержание весьма малого диапазона изменения измеряемого углового перемещения. Часть задачи обеспечения малых угловых перемещений ДУ в зоне измерения может быть обеспечена конструктивной схемой, причем двумя методами.

При первом методе создается малый зазор между подвижной частью ДУ с попаданием в зону чувствительности. Но при этом приходиться располагать ДУ на малом плече от оси колебаний с тем, чтобы при выбранной амплитуде датчик все время находился в зоне чувствительности. При таком методе из-за малости плеча труднее получить высокую точность измерения угловых перемещений, т.е. малую величину относительной погрешности 8/ Данный метод использован для сравнительно грубых измерений для определения фазы выходного сигнала относительно фазы задающего воздействия.

При втором методе с целью получения более точных измерений ДУ располагается как можно дальше от оси колебаний. В этом методе в исходном (не отклоненном) положении между частями ДУ зазор будет большим. Он определяется необходимой величиной амплитуды g_o причем чем больше _o/ тем легче обеспечить требуемую относительную погрешность /_o При большем зазоре в исходном состоянии датчик выходит из зоны чувствительности, но зато в крайнем отклоненном положении зазор обеспечивается таким, чтобы ДУ попадал в зону чувствительности.

Иллюстрация расположения указанных ДУ и схема их электрического включения приведены на фиг. 4.

На конструктивной схеме (фиг. 4) датчики показаны условно точками с номерами 1, 2, 3, 4. Они расположены на корпусе (или наружной рамке), а общий электрод этих датчиков находится на наружной рамке (или на корпусе).

Пары датчиков 1, 2 и 3, 4 располагаются симметрично относительно оси Z. Между датчиками 1, 2 обеспечивается расстояние "а", а между датчиками 3, 4 - расстояние "b", причем "а" > "b". Зазор между датчиками 1, 2 и общим электродом обозначен d₁₂, а зазор между датчиками 3, 4 и общим электродом обозначен d₃₄. Последний создается с помощью выступа, так что d₁₂ > d₃₄. Зазор d₃₄ обеспечивает съем сигнала ₃ примерно синусоидальной формы. Расстояние "а" подбирается таким образом, чтобы при зазоре d₁₂ и амплитуде колебаний _o датчики 1, 2 не доходили до общего электрода на величину соизмеримую с зазором d₃₄ (на фиг. 4 отклоненное положение рамки показано штриховой линией, при этом зазор d формируется для датчика 1; аналогично через полпериода формируется зазор d для датчика 2). Зазор d обеспечивает попадание датчиков 1, 2 в зону чувствительности, при этом измеряются верхушки сигнала g₃ в виде пиков ₁, ₂ (фиг. 3). С помощью уставки U^* обеспечивается симметрирование зоны чувствительности датчиков 1, 2.

Электрическое включение датчиков ДУ1, ДУ2 ДУ, 4 выполнено по мостовой схеме.

Два плеча моста организованы резисторами R1, R2. Третьим плечом является датчик ДУ1 (аналогично ДУ2), а четвертое плечо образовано с помощью такого же датчика, работающего в заторможенном режиме, т.е. с фиксированным зазором. Заторможенный датчик для ДУ1 обозначен ДУЗ1 (аналогично ДУЗ2 для датчика ДУ2). Датчики ДУ 3, 4 образуют сами оба плеча моста (третье и четвертое), т. е. включены по дифференциально-мостовой схеме. На общие электроды всех датчиков подается напряжение U1ду, а на мостовые схемы напряжение U1ду относительно общей точки, обозначенной как о.т.ДУ. Съем сигналов g₁, ₂, ₃ производится с диагоналей соответствующих мостов относительно нулевой точки, обозначенной как "0" ДП. Включение датчика с фиксированным зазором в одно из плеч моста минимизирует погрешность в измерении углового перемещения, обусловленную изменением величины напряжения питания датчиков угла.

Использование предложенного варианта ММВГ помимо стабилизации амплитуды и фазы колебаний возбуждения и устранения статистического дебаланса уменьшает время переходного процесса установления колебаний возбуждения. В свободном колебательном контре по каким он является большую часть периода, переходный процесс установления амплитуды g_o характеризуется экспонентной в постоянной времени = D/P. при D= 310⁴ и P= = 3142 величина t_g составляет 10 c и время переходного процесса t= 3 составляет 30 с.

В заявленной схеме время установленной амплитуды доли секунды.

Иллюстрация работы схемы по результатам моделирования представлена на фиг. 5, где показаны графики отклонений (дуг.с) фактической амплитуды колебаний g_o от заданной величины дуг.мин и фазы колебаний (дуг.мин) от фазы возбуждающего воздействия для двух режимов: без регулирования фазы (только с регулированием амплитуды); с регулированием фазы (совместно с регулированием амплитуды).

Из графиков видно, что регулирование только амплитуды не обеспечивает выхода на установленный режим с постоянной амплитудой за требуемое время готовности. Из-за изменения фазы, которое, как было показано, может длиться до 30 с, наблюдаются колебания амплитуды _o около значения, составляющего 58 дуг.с, которое неприемлемо. Кроме того, хотя колебания убывают, их изменение может длиться до 30 с, как для фазы, изменение которой достигается 90 электрических градусов (за 1 ч это изменение составило 88 эл.градусов).

Во втором режиме, т.е. с регулированием фазы, заданная амплитуда в течение 0,03 с достигается заданной величины и поддерживается с постоянной статической ошибкой контура регулирования амплитудой, составляющей 3 дуг. с. При этом разность фаз за тоже время 0,03 с устанавливается на уровне статистической ошибки контура регулирования фазы, составляющей 54 дуг.мин.

Как уже ранее указывалось, стабилизация амплитуды колебаний возбуждения с высокой точностью позволит скомпенсировать значительную часть погрешностей гироскопа, вызванную нестабильностью механических и ряда электрических параметров гироскопа. Предложенное одновременное регулирование и фазы колебаний возбуждения обеспечивает удовлетворительную динамику процесса регулирования.

В варианте 2 предложено для измерения воздействия использовать компенсационный принцип, когда отклик на воздействие обратной связью около выбранного значения, а мерой воздействия является сигнал, необходимый для удержания. Для этой цели в схем ММВГ введен блок обратной связи по измерительной оси. Его основными функциями является: получение выходной информации об измеряемой угловой скорости и линейного ускорения; стабилизация параметров колебаний по измерительной оси ().

Формирование момента обратной связи осуществляется короткими импульсами, амплитуда которых пропорциональна отклонению амплитуды колебаний _o от установившегося значения При этом величина импульсов служит мерой входной угловой скорости. Предложено для улучшения динамики кроме регулирования амплитуды регулировать и фазу колебаний по отношению к импульсам возбуждения, как и в схеме с регулированием амплитуды колебаний возбуждения.

Поясним изложенное более подробно.

В идеальном случае на резонансе в установившемся режиме сигнал от возбуждения (t) переходит через ноль в моменты прихода импульсов возбуждения по . Воздействие на контур b меняется как скорость Следовательно, сигнал (t) находится в фазе с сигналом (t) Иллюстрация указанных фазовых соотношений приведена на фиг. 8, где также последовательности импульсов, описанные далее.

Система импульсов напряжения U1, U2 подаваемых на пару датчиков момента должна быть в фазе с системой импульсов U1, U2 Но в переходном процессе в отличие от фиг. 8 движение b(t) не будет переходить через ноль в моменты прихода импульсов U1, U2 Переходный процесс по b примет характер изменения его фазы относительно импульсов возбуждения U1, U2_/ при постоянной амплитуде b_o Очевидно, что величина импульсов U1, U2 попадающих все время в разные моменты времени внутри периода колебаний b(t) будет изменяться вместе с изменением фазы. При добротности контура по порядка 10⁶ время переходного процесса достигает десятка минут, что недопустимо.

Для разрешения данного вопроса предложено использовать вторую систему импульсов U1, U2 подаваемых на дополнительную пару датчиков момента или на ту же пару датчиков, на которую подаются импульсы U1, U2 т.к. импульсы U1, U2 сдвинуты по отношению к импульсам U1, U2 на четверть периода фиг. 8, а амплитуда их пропорциональна разности фаз колебаний b(t) и импульсов возбуждения U1, U2 т.е. отклонению dt времени перехода через ноль процесса (t) и момента подачи импульсов по .

В результате действия двух указанных систем импульсов