专利名称：一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法
技术领域：
本发明属于角速率陀螺技术领域，具体涉及一种钟形振子式角速率陀螺的振子控制回路仿真方法。
背景技术：
陀螺作为敏感载体角运动的惯性器件，是惯性导航、制导的核心部件。基于哥氏力原理的振动陀螺具有所有的惯性品质，其在惯性技术领域的地位越来越重要，已被人们当作新一代的惯性仪表受到广泛的关注。在科学技术发展和市场需求的推动下，各种振动陀螺相继出现。专利号为ZL201010215745. 1，发明名称为钟形振子式角速率陀螺的专利申请提供了一种钟形振子式角速率陀螺，该钟形振子式角速率陀螺是一种基于哥氏力原理的振动陀螺。目前，基于该钟形振子式角速率陀螺的控制回路设计，是依靠经验判断法和试凑法得来的，这两种方法研发成本高，研制周期长。
发明内容
本发明的目的是为了克服经验判断法和试凑法设计的钟形振子式角速率陀螺振子的研发成本高、研制周期长等缺点，提供一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，该方法为实际控制回路设计提供有效依据，缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺的开发时间。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，包括以下步骤
步骤1，分析钟形振子式角速率陀螺的振动机理，确定状态变量，建立状态空间模型； 步骤2，确定状态空间模型参数和仿真参数；
步骤3，设计控制回路，搭建控制回路仿真框 步骤4，观察仿真效果，调节设计参数，使其达到理想效果。与现有技术相比，本发明的有益效果是
(O本发明提供的钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，利用利用仿真手段模拟真实钟形振子工作，从而设计控制回路，为实际控制回路设计提供设计依据；
(2)本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子控制回路仿真方法提高了验证分析能力和准确性，为钟形振子的合理设计提供了依据；
(3)本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子控制回路仿真方法，通过对钟形振子的振动分析，得出钟形振子的状态变量和状态空间模型，优化了钟形振子式角速率陀螺控制回路的设计方案；
(4)本发明提供的钟形振子式角速率陀螺振子控制回路仿真方法可以得到指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出结构设计的经验，从而归纳形成设计的规范和标准。
图1为钟形振子式角速率陀螺振子结构设计方法流程图； 图2为振子边缘质点振动形式示意 图3为控制回路仿真框图。
具体实施例方式钟形振子式角速率陀螺的原理是利用发生谐振的钟形振子旋转时引起的振型角度的进动，来确定陀螺基座绕惯性空间旋转的角度。根据钟形振子式角速率陀螺的运行原理与振动理论可知，钟形振子的正常工作，需要维持振动幅值与频率的稳定，同时需要对钟形振子工作产生的误差进行有效抑制。为使钟形振子能产生环向波数的理想振型，必须准确地控制钟形振子的激振频率、振动振型，并在有角速率输入情况下维持振子的正常工作，提供控制力矩，解算输入角速率。因此我们就要对钟形振子的控制回路进行合理设计，使得到的钟形振子能产生理想振型，从而敏感输入角速率。本发明提供的钟形振子式角速率控制回路仿真方法的流程如图1所示，具体如下
步骤1，分析钟形振子式角速率陀螺的振动机理，确定状态变量，建立状态空间模型；振子壳式振动陀螺，如圆杯形、半球形、圆环形振子等，其振动的最终目的均为使振子唇缘呈现四波腹振动，用于敏感输入角速率。BVG也是这样一种陀螺，振动的最终目的与其它振动陀螺一致。所以BVG唇缘振动的等效动力学模型可用通用的CVG (CoriolisVibratory Gyroscope)动力学模型进行表述。理想情况下，当BVG没有受到外力影响时,谐振子振型的波腹轴应保持在固定的方位角，只有振幅逐渐衰减。但是由于谐振子在制造和加工过程中的缺陷，使谐振子上谐振频率以及振元衰减时间常数不一致，从而导致谐振子上振型发生变化。在分析建模时，引入了与制造缺陷有关的相关系数。当BVG正常工作时，谐振子处于四波腹振动状态，谐振子上的振型可以沿相距45°的两个电极轴进行正交分解和合成，振子边缘质点(2-3)振动形式如图2所示。其中z轴为0°电极轴(2-1)方向，_7轴为45°电极轴(2-4)方向，沒为主波波腹轴与O。电极轴(2-1)的夹角，振型偏转角为2沒(2-2)。综上所述，钟形振子式角速率陀螺振子唇缘的振动微分方程描述如下
权利要求
1.一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，其特征在于包括以下步骤， 步骤1，分析钟形振子式角速率陀螺的振动机理，确定状态变量，建立状态空间模型； 步骤2，确定状态空间模型参数和仿真参数； 步骤3，设计控制回路，搭建控制回路仿真框图； 步骤4，观察仿真效果，调节设计参数，使其达到理想效果。
2.根据权利要求I所述的一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，其特征在于钟形振子式角速率陀螺的振动原理是利用发生谐振的钟形振子旋转时引起的振型角度的进动，来确定陀螺基座绕惯性空间旋转的角度，钟形振子式角速率陀螺振子唇缘的振动微分方程为
3.根据权利要求I所述的一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，其特征在于状态空间模型如下
全文摘要
一种钟形振子式角速率陀螺控制回路仿真方法，该方法包括下列步骤(1)分析钟形振子式角速率陀螺的振动机理，确定状态变量，建立状态空间模型；(2)确定状态空间模型参数和仿真参数；(3)设计控制回路，搭建控制回路仿真框图；(4)观察仿真效果，调节设计参数，使其达到理想效果。本发明采用仿真方法取代传统的经验判断和参数试凑法，提高了验证分析的能力和准确性，大大缩短了钟形振子的设计周期，从而缩短了整个钟形振子式角速率陀螺开发的时间，为钟形振子式角速率陀螺的合理设计提供了依据。
文档编号G06F17/50GK102982211SQ201210509900
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者苏中, 付梦印, 李擎, 刘宁, 刘洪 , 邓志红 申请人:北京信息科技大学, 北京理工大学