在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法及系统

本发明属于智能化仪器仪表，具体涉及在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法及系统。

背景技术：

1、在半球谐振陀螺的控制回路中，使用了数模转换器(dac)、模数转换器(adc)、锁相环路(pll)以及滤波放大电路等进行信号的传输和处理。由于各种元器件存在非理想因素，因而信号会在半球谐振陀螺的控制回路传输中产生相位误差，具体体现在陀螺的驱动回路相位误差与检测回路相位误差，进而对陀螺的控制系统稳定性、零偏稳定性、标度因数非线性等指标产生重要影响。

2、半球谐振陀螺控制回路中的相位误差可以通过扫频的方式进行测量，测量结果被用于pll跟踪半球谐振子振动信号的相位变化，进而跟踪频率变化。但是扫频法存在局限性，它不仅需要特定的仪器进行操作，并且只能在离线情况下测量出电路中的相位误差，而且结果中不包括由adc和dac等元器件引起的相位误差。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中相位误差测量校准困难的问题，提出一种在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，用以获取精确的相位误差，并能够自动校准相位误差。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，包括以下步骤：

4、构建半球谐振陀螺驱动模态传递函数，并基于所述驱动模态传递函数绘制幅频特性曲线和相频特性曲线；

5、基于所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线对半球谐振陀螺的所述驱动模态传递函数进行频域分析，得到分析结果；

6、基于所述分析结果，在线校准相位误差参数，完成对控制回路相位误差的补偿。

7、优选地，构建半球谐振陀螺的所述驱动模态传递函数的方法包括：

8、构建半球谐振陀螺在开环模式下，半球谐振子的运动方程；

9、基于所述运动方程构建所述驱动模态传递函数。

10、优选地，半球谐振子的所述运动方程包括：

11、

12、式中，x，y分别为驱动模态与检测模态的振幅位移，ωx，ωy分别为驱动模态与检测模态的谐振频率，qx，qy分别为驱动模态与检测模态品质因数，fx为驱动模态的驱动力，m为谐振子质量，ρxy，ωxy分别为阻尼耦合系数和刚度耦合系数，n为陀螺振型阶数，γ为进动因子，ω为外界输入角速度。

13、优选地，驱动模态的所述传递函数包括：

14、

15、式中，m为谐振子质量，fx为驱动模态的驱动力，x(s)为x(t)的拉普拉斯变换，s＝jω为复频域变量，j为虚数单位，ωx为驱动模态的谐振频率，qx为驱动模态品质因数。

16、优选地，所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线的绘制方法包括：

17、基于所述驱动模态传递函数获得稳定状态下驱动模态的振动位移和第一相位；

18、获得驱动信号与驱动模态谐振频率相等时的振动幅值与第二相位；

19、基于所述振动位移、所述第一相位、所述振动幅值和所述第二相位绘制所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线。

20、优选地，稳定状态下驱动模态的振动位移和相位包括：

21、

22、式中，x0为振动幅值，ωd为驱动信号频率，t为时间，x表示稳定状态下驱动模态的振动位移，表示稳定状态下驱动模态的相位，ωx为驱动模态的谐振频率，qx为驱动模态品质因数。

23、优选地，得到所述分析结果的方法包括：

24、基于参考信号的初始相位角与驱动信号的初始相位，获得相位差；

25、对所述相位差进行调制，采集振动幅值的控制量；

26、基于所述控制量得到相位误差。

27、本发明还提供一种在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的系统，包括：

28、绘制单元、分析单元和补偿单元；

29、所述绘制单元用于构建半球谐振陀螺驱动模态传递函数，并基于所述驱动模态传递函数绘制幅频特性曲线和相频特性曲线；

30、所述分析单元用于基于所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线对半球谐振陀螺的所述驱动模态传递函数进行频域分析，得到分析结果；

31、所述补偿单元用于基于所述分析结果，在线校准相位误差参数，完成对控制回路相位误差的补偿。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、现有技术通过一次扫频的方式测量陀螺控制回路中产生的相位误差，需要使用特定的仪器，并且只能离线使用，导致现有的相位误差的补偿方法只能一次离线校准，应用局限性较大。而本发明则具有以下优点：首先，该本发明操作简单，无需外接仪器设备，只需要将半球谐振陀螺正常运行，其余解算均由程序完成。其次，本发明具有适用性，元器件非一致性不会影响测试过程。因此，本发明适用于闭环控制陀螺中驱动、检测信号相位误差的测定。最后，本发明能在线校准相位误差，能够反映陀螺的实时相位误差，准确性较高，可以直接用于补偿。

技术特征：

1.在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，构建半球谐振陀螺的所述驱动模态传递函数的方法包括：

3.根据权利要求2所述在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，半球谐振子的所述运动方程包括：

4.根据权利要求2所述在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，驱动模态的所述传递函数包括：

5.根据权利要求1所述在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线的绘制方法包括：

6.根据权利要求1所述在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，稳定状态下驱动模态的振动位移和相位包括：

7.根据权利要求1所述在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法，其特征在于，得到所述分析结果的方法包括：

8.在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了在线校准半球谐振陀螺的控制回路相位误差的方法及系统，方法包括以下步骤：构建半球谐振陀螺驱动模态传递函数，并基于所述驱动模态传递函数绘制幅频特性曲线和相频特性曲线；基于所述幅频特性曲线和所述相频特性曲线对半球谐振陀螺的所述驱动模态传递函数进行频域分析，得到分析结果；基于所述分析结果，在线校准相位误差参数，完成对控制回路相位误差的补偿。本发明操作简单，无需外接仪器设备，只需要将半球谐振陀螺正常运行，其余解算均由程序完成。还具有适用性，元器件非一致性不会影响测试过程。因此，本发明适用于闭环控制陀螺中驱动、检测信号相位误差的测定。

技术研发人员：郜中星,韩莹冰,张勇刚,李德民,武辉煌,孙千然,林建新,王华川
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13