四频差动激光陀螺中水晶片在应力作用下的光学性质

建立了四频差动激光陀螺水晶片弹光效应和旋光性交互作用的理论模型,并指出了该模型的求解方法和步骤。首先,计算在应力作用下新旧主轴坐标系的变换矩阵以及在新主轴坐标系中水晶片的逆介电张量和旋光张量,然后计算实验室坐标系与新主轴坐标系之间的变换矩阵,求出实验室坐标系下水晶片的逆介电张量和旋光张量,根据水晶片的简正模方程和物质方程就可以求出其应力作用下沿波矢方向的简正模和相应的折射率。通过数值实例计算了四频差动激光陀螺中波矢与主轴不同位置关系时水晶片在波矢方向简正模椭圆度和相应折射率随应力的变化,对分析四频差动陀螺温变零漂的产生机理和水晶片的安装具有一定的指导意义。     

谐波减速器的非线性摩擦建模及补偿

针对带有谐波减速器的双框架控制力矩陀螺框架伺服系统中的非线性摩擦问题,提出了非线性摩擦建模及补偿方法。首先,根据框架伺服系统数学模型导出摩擦力矩与角加速度和电机电流的关系;然后,通过光电码盘测得的角位置计算角速率并设计估计器来估计电机端和负载端的角加速度,利用采样电流和估计的角加速度计算摩擦力矩,建立库伦+粘滞+Stribeck摩擦模型;最后,设计基于摩擦模型的前馈补偿控制器抑制非线性摩擦以提高系统控制精度。实验结果显示,与传统PID控制方法相比,伺服系统加入基于摩擦模型的前馈补偿之后,角速率误差曲线峰峰值减小28.2%,角速率误差均方值减小25.7%;表明通过基于摩擦模型的前馈补偿可以有效抑制非线性摩擦引起的角速率误差,提高伺服系统的控制精度。     

基于改进径向基函数神经网络的激光陀螺温度补偿

传统的径向基神经网络(RBFNN)在激光陀螺零偏的温度补偿过程中会由于随机选取中心不合适而导致算法效率降低和数值病态,故本文提出了一种基于Kohonen网络和正交最小二乘(OLS)算法的RBFNN温度补偿方法。介绍了该方法的原理及建模步骤,设计了常温和变温环境下激光陀螺的数据采集试验及其温度补偿试验。由于结合了Kohonen网络的模式分类能力和OLS的优化选择能力,该方法可以快速、准确地辨识出受温度影响的激光陀螺零偏。利用逐步回归法、RBFNN法及其改进方法对多种温变环境影响的激光陀螺零偏进行了辨识与补偿试验,试验结果表明,在常温环境下,三者的辨识能力相当;随着温变速率的上升,改进RBFNN法不仅节省了时间,其补偿后的零偏也均小于5×10^-4(°)/h(1σ),提高精度均能达86%以上。得到的结果表明改进RBFNN法提高了辨识精度且稳定、有效,适用于多种温度变化环境下激光陀螺零偏的温度补偿。     

某液浮陀螺仪浮子在不同偏心下启动时受力仿真

针对单自由度液浮陀螺仪浮子在启动时的位置可能偏离几何中心的现象,首次研究了浮子在不同偏心程度下启动时液浮陀螺仪中浮子的受力情况。基于流体力学中球面Couette流的有关理论,结合计算流体力学并采用数值方法研究了浮子的受力情况。结果表明:浮子的偏心位置对压力与切应力大小分布有显著影响,且浮子两侧的压力差会随浮子偏心程度增加而增加。当浮子启动时偏心程度越大,浮子所受的合力也越大,极易造成浮子运动的不稳定,从而影响液浮陀螺仪的精度。     

磁悬浮控制力矩陀螺锁紧机构可靠性设计及优化

鉴于传统确定性优化方法没有考虑结构参数的随机性对结构性能的影响,本文提出了一种基于可靠性灵敏度的锁紧弹片结构优化方法。首先,以某磁悬浮控制力矩陀螺锁紧弹片为研究对象,研究了有限元建模和失效模式;然后,考虑弹片结构尺寸和材料参数的随机性,结合响应面法与一次二阶矩法,研究了串联失效模式下弹片的可靠度计算方法,进而推导了可靠性关于设计变量均值和方差的灵敏度计算公式;最后,根据灵敏度分析结果,研究确定了弹片结构优化策略,构建了弹片可靠性优化模型。分析了安全系数法和可靠性法优化结果的差异,结果表明:与安全系数法相比,可靠性法的优化结果更好;在保证弹片可靠度的前提下,采用可靠性优化方法不仅使弹片质量下降了23.71%,使锁紧机构更加优化,而且使陀螺房质量也下降了0.98kg,有利于磁悬浮控制力矩陀螺整机结构的轻量化。     

光纤陀螺温度误差自适应神经模糊补偿方法

依据Shupe热致非互易性理论,研究光纤陀螺温度漂移产生机理,设计了-15 ℃～50 ℃温度范围内实验。将自适应神经模糊推理系统和分段建模思想相结合,以实测数据构建训练样本,建立光纤陀螺温度误差自适应神经模糊补偿模型。该模型解决了传统建模方法中模型适配性较差的问题,并有助于缩短陀螺进入稳态的时间。数据计算表明,用所建立的模型进行误差补偿后,温度漂移标准差降低了75.55%,补偿效果明显。     

水下航行器试验航路设计与仿真

水下航行器的导航精度试验与航路的设计关系密切,为了找出最佳的试验航路,以得到真实可信的导航精度,该文通过对导航系统采用多普勒计程仪加光纤陀螺罗盘或惯导系统的仿真,分别计算直线航路、闭环航路和开环航路情况下的导航精度,以确定不同航路设计对导航精度的影响。仿真结果表明,由于导航系统的误差在环形航路中会互相抵消,使得环形航路试验得到的导航精度偏小,这与试验的本意相违背;而直线航路试验不受此影响,得到的导航精度较环形航路的大,是最接近真值的。本文首次提出了用仿真计算确定水下航行器试验航路的方法,可为水下航行器试验航路的选择提供依据。     

小波域中值滤波在激光陀螺信号处理中的应用

各种随机噪声是导致激光陀螺产生误差的主要因素,且其性质特殊,很难用传统的滤波方法去除。为了减小激光陀螺的随机误差,提高测量精度,提出了小波域的中值滤波器滤波方法,对激光陀螺零漂数据进行了滤波,并采用Allan方差法对滤波效果进行了定量分析。结果表明,此方法的滤波效果优于中值滤波和小波软阈值滤波效果,能有效地减小激光陀螺零漂信号中的角度随机游走、角速度随机游走、速率斜坡、零偏不稳定性和量化噪声,提高激光陀螺零漂输出的稳定性。     

车载捷联惯导系统陀螺漂移在线自标定方法研究

为提高车载捷联惯导系统标定效率,提出了一种基于卡尔曼滤波的陀螺漂移在线自标定方法,该方法利用北向陀螺漂移的完全可观测性,在近似水平条件下,通过卡尔曼滤波估计出两个不同位置的等效北向陀螺漂移,然后利用该估计值和解算出的方位角计算出陀螺漂移实际值,实现陀螺漂移的在线自标定。仿真结果表明,该方法简单可行,标定精度能够满足车辆导航要求。     

基于弱可观状态分离估计的机载灵巧弹药快速传递对准方法

为了解决机载灵巧弹药微机电系统(MEMS)惯性导航传递对准时间过长、严重制约载机安全的问题,提出了MEMS陀螺零偏两点估计算法和弱可观测状态分离估计的快速传递对准算法。该方法基于对Kain等^［1］提出的速度+姿态匹配快速传递算法的可观测度分析,解决了陀螺零偏弱可观测状态的分离估计。采用系统噪声变分贝叶斯-卡尔曼滤波自适应算法处理快速传递对准算法中分离估计器参数对滤波器收敛的影响。仿真和靶场试验结果表明,在2.5 s内两点估计法估计准确度至少达到88%,对应的传递对准时间缩短到8 s.