[发明专利]一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法

说明书

本发明提供了一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，包括：将扰动信号引入全角半球谐振陀螺的幅值控制回路中，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数a的幅值信号；基于若干组所述幅值信号，获取扰动‑输出闭环传递函数的幅频特性模型；识别所述幅频特性模型中预设位置对应的频率，获取输入‑输出控制系统的带宽频率，基于所述带宽频率获得所述控制回路带宽。本发明克服了在实际应用过程中全角半球谐振陀螺的控制回路带宽难以测量的问题。

技术领域

本发明属于惯性仪表控制技术领域，尤其涉及一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法。

背景技术

半球谐振陀螺是一种基于科氏效应的固体波动陀螺。目前，半球谐振陀螺具有两种控制方法，分别为力平衡模式与全角模式。力平衡模式需要通过驱动力抑制驻波方位角进动，其动态测量范围会受到驱动力的限制，为闭环模式；而全角模式下驻波方位角能够自由进动，陀螺仪具有无限大的带宽和动态测量范围，为开环模式。

尽管以全角模式工作的陀螺仪为开环模式，但是其内部的幅值、正交控制回路仍为闭环控制。因此，需要考虑闭环控制回路的带宽。控制回路的带宽取决于PID控制器参数以及半球谐振子特征参数，而半球谐振子具有的高品质因数会导致较大的时间常数，进而引起闭环控制回路的滞后。尽管其不会限制全角陀螺仪的测量范围，但是当外界输入转速较大时，控制系统的滞后会使得幅值控制回路与正交控制回路无法快速跟踪椭圆参量a与q的变化。而当椭圆参量a与q存在较大波动时，解算角度的变化量中的阻尼误差项与刚度误差项均会增大，这将会直接降低陀螺仪的量测精度。

在实际应用过程中，以现有技术测量控制回路带宽的方法如下：将闭环控制回路中的常值设定改为正弦信号输入，通过输入多个频率的正弦信号并测量相应的响应信号幅值，并绘制出控制系统的幅频特性曲线，进而得到控制系统带宽。该方法不仅需要对陀螺仪的运行程序进行较大的修改，并且需要消耗较多的芯片资源来生成正弦信号，还需要分别测试幅值、正交控制回路的带宽，因此实施起来有诸多不便。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，克服了在实际应用过程中全角半球谐振陀螺的控制回路带宽难以测量的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于测量全角半球谐振陀螺的控制回路带宽的方法，包括：

将扰动信号引入全角半球谐振陀螺的幅值控制回路中，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数的幅值信号；

基于若干组所述幅值信号，获取扰动-输出闭环传递函数的幅频特性模型；

识别所述幅频特性模型中预设位置对应的频率，获取输入-输出控制系统的带宽频率，基于所述带宽频率获得所述控制回路带宽。

可选地，获取所述幅值控制回路中若干组椭圆参数的幅值信号包括：

将半球谐振陀螺固联在单轴转台上，以全角模式运行所述半球谐振陀螺，获取全角半球谐振陀螺的所述幅值控制回路；

调整所述幅值控制回路中检测通道增益系数，获取此时的幅值信号；

将所述扰动信号引入所述幅值控制回路中，基于预设转台转速运行所述半球谐振陀螺，获取若干组所述幅值信号。

可选地，所述幅值信号的表达式为：

其中，a_c为解算得到的幅值信号，a为椭圆参量，g_x与g_y均为检测通道增益系数，θ为驻波方位角。

可选地，所述扰动-输出闭环传递函数基于所述扰动信号引入所述幅值控制回路中获得；

所述扰动-输出闭环传递函数的表达式为：