[发明专利]一种适用于宽量程的陀螺仪控制方法和控制系统

摘要

本发明提供了一种适用于宽量程应用下的振动结构陀螺仪的控制方法和控制系统，选定能够满足要求的振动结构陀螺仪的第一模态振幅的设定值V₀，作为零角速率输入时第一模态的目标振幅；选定角速率阈值Ω_th；依据输入角速率的大小选择不同的工作模式。使其能够满足大量程工作时的性能需求，同时又不降低小量程应用时的精度。本发明满足了众多应用领域中对于宽量程工作的需求，提供的振动结构陀螺仪控制系统具有同样的技术效果。

主权项

1.一种振动结构陀螺仪的控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)选定能够满足要求的振动结构陀螺仪的第一模态振幅的设定值对应的电压量V₀，作为零角速率输入时第一模态的目标振幅；(2)选定角速率阈值Ω_th让第一模态在步骤(1)中给定的第一模态振幅设定值V₀的对应目标振幅下稳幅振动，同时输入角速率，且使角速率不断增大，监测第二模态闭环控制环路中用于抵消哥氏力引起的第二模态振幅的抵消力，当该抵消力即将达到极限值附近时，选定此时的输入角速率为角速率阈值Ω_th；(3)依据输入角速率的大小选择不同的工作模式当输入角速率低于步骤(2)选定的角速率阈值Ω_th时，第一模态振幅设定值V₀保持不变，即第一模态工作于稳幅状态，此时输出的角速率正比于第二模态抵消力的大小，即在第二模态工作于闭环控制系统下，输入角速率就正比于第二模态运动振幅对应的实分量的大小，其中，V₀为第一模态振幅设定值，ω为振动结构陀螺仪的谐振频率；k为包括质量、模态耦合、电路放大倍数在内的常数，其值依振动结构和控制电路特性决定；V_SSr为第二模态运动振幅对应的实分量；m为陀螺敏感结构质量，v为第一模态的有效振速，F_C为哥氏力；当角速率高于步骤(2)选定的角速率阈值Ω_th时，维持第二模态抵消力在小于其极限值附近保持不变，此时监测到的V_SSr基本维持不变，同时按比例的实时调整降低第一模态的振幅，即第一模态工作于变振幅状态，此时输出的角速率与第一模态的振幅成反比关系，输入角速率越大，第一模态振幅越小；此时角速率输出由下式得出：其中，V_AGC为第一模态检测的振幅值，ω为振动结构陀螺仪的谐振频率，k为包括质量、模态耦合、电路放大倍数在内的常数，V_SSr为第二模态运动检测的实分量，V_SSr基本维持在一定值附近，变化的是依据输入角速率调整的第一模态检测的振幅值V_AGC；在输入角速率大于角速率阈值Ω_th和小于角速率阈值Ω_th的两种工作模态下，输出的角速率刻度因子会发生改变，需要在角速率输出环节对刻度因子进行标定，以使系统达到一致的角速率刻度因子。