[发明专利]一种速率积分型振动陀螺的误差补偿方法和装置

说明书

本申请涉及一种速率积分型振动陀螺的误差补偿方法和装置，所述误差补偿方法针对速率积分型陀螺中刚度误差、电极角度误差、电极间隙误差以及阻尼误差这四项严重制约陀螺性能的误差进行辨识和补偿，实现速率积分型振动陀螺性能的提升。与传统的方法相比，本方法不拘泥于陀螺谐振子的类型，均可实现高效率和高精度的误差补偿。

技术领域

本申请涉及陀螺误差补偿技术领域，特别是涉及一种速率积分型振动陀螺的误差补偿方法和装置。

背景技术

陀螺仪是测量载体相对惯性空间旋转运动的传感器，是运动测量、惯性导航、制导控制等领域的核心器件，在航空航天、智能机器人、制导弹药等高端工业装备和精确打击武器中具有非常重要的应用价值。由于陀螺仪的性能直接决定了武器装备的打击精度，因此实现高性能陀螺仪是当前工业装备和国防力量发展的战略需求。随着微小型无人作战平台、小型化精确制导弹药、单兵导航的自主导航与制导，智能机器人以及微型航天器的姿态测量等新兴领域的发展，对高性能、低功耗、低成本的陀螺仪提出了迫切需求。传统的陀螺仪，例如机械转子陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等，虽然满足精度高的需求，但体积、功耗、质量、价格等制约了其的应用。而振动陀螺作为一种无转子陀螺，具有高稳定性，低功耗，体积小，结构简单等优点，在大批量和小体积的装备中具有广泛的应用前景。

振动陀螺主要有两种类型，速率型和速率积分型。相比于速率型，速率积分型振动陀螺可直接角度输出，避免了角速度积分带来的累积误差，并且理论具有无限的带宽和量程，其标度因数即为角度增益，仅与谐振子结构相关，不受外界环境影响，因此该类型陀螺具有广阔的发展前景。然而速率积分型振动陀螺的性能极度受限于谐振子的完美程度，当前加工和装配的技术水平难以满足其要求，会带来各种误差，对陀螺产生不利的影响，例如谐振子的刚度误差会带来正交误差，阻尼误差会引起角度漂移，电极角度和间隙误差会导致振型角估计误差和控制环路间的耦合，这些均限制了陀螺性能的提升。

当前的误差模型主要考虑了刚度误差和阻尼误差的影响，对电极误差的研究较少；且刚度误差抑制主要通过质量修调方式进行，效率较低；阻尼误差抑制主要依赖于提升谐振子品质因数，精度有限，均难以满足高性能速率积分型振动陀螺的指标要求。因此亟需一种可以快速辨识误差和精准补偿误差的方法。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够快速辨识误差和精准补偿速率积分型振动陀螺误差的一种速率积分型振动陀螺的误差补偿方法和装置。

一种速率积分型振动陀螺的误差补偿方法，所述方法包括：

构建陀螺运动方程；所述陀螺运动方程包括幅值控制环路动态方程、正交控制环路动态方程、角度控制环路动态方程以及相位控制环路动态方程。

根据陀螺运动方程采用速率积分控制策略使陀螺工作在速率积分模式。

通过正交控制环路将正交误差抑制为0，当正交控制环路稳定时，得到正交控制力输出，并在不同特定振型角下通过检测正交控制力，得到刚度误差信号；通过调节调频电压和调轴电压，使所述正交控制力输出为零，实现对刚度误差的补偿。

将振型角控制在90°并保持，通过改变幅值控制环路动态方程的目标值，并检测振型角，得到陀螺的电极角度误差信号；调节信号偏转器的补偿角度值，使得改变幅值控制环路动态方程的目标控制值时振型角不发生抖动，则实现对电极角度误差的补偿。

在电极角度误差补偿完成后，通过检测陀螺在恒速自进动下角速度输出，得到陀螺的电极间隙误差信号；通过调节增益控制器的增益配比使陀螺角速度输出的波动幅值不随陀螺自进动角速度的变化而变化时，则实现对电极间隙误差的补偿。

在相同外界角速度输入情况下，检测一对速率积分型振动陀螺的角速度输出以及角度输出，根据角度增益和检测得到的角速度输出和角度输出，采用最小二乘法，得到陀螺的阻尼误差系数；根据阻尼误差系数以及实时测得的振型角，得到与振型角相关的角度控制力；将所述角度控制力输入到控制力合成器中，实现对阻尼误差的补偿。