锁相环相位误差对半球谐振陀螺零偏影响分析与校准

针对两件套半球谐振陀螺力平衡模式闭环控制系统中的锁相环相位误差问题,开展了锁相环相位误差对陀螺影响分析,并提出了一种锁相误差校准方法。基于带阻尼和弹性耦合的动力学方程,推导了存在锁相误差情况下的各控制力表达式,对谐振频率、标度因数和零偏的影响进行了理论分析和仿真验证。发现锁相误差对谐振频率的影响可以忽略,仅为1.35 ppb/°;对标度因数具有一定影响,锁相误差1°处,为152 ppm/°;而对陀螺零偏影响较大,频差0.001 Hz时,为10.8704°/h/°。提出了一种基于幅度控制量极小值的锁相误差校准方法,实验结果表明,校准后零偏减小了54%,验证了所提方法的有效性。     

半球谐振陀螺电路增益非对称分析及抑制方法

全角模式半球谐振陀螺具有测量动态范围大,不存在速率积分误差等优点,应用场景广泛,但驻波检测和驱动电路的增益非对称会对其标度因数的线性度和稳定性产生影响。针对上述问题,推导了含有检测驱动电路增益和相移的陀螺动力学模型,明确电路增益和相移不对称对陀螺标度因数的影响机理,提出一种检测驱动电路单路复用的方法,并通过仿真验证了所提方法的有效性。最后开展单路复用实验,实验结果表明单路复用将全角模式下的角速度漂移降低了82%,并将标度因数非线性从6%降低到了1.3%,基本消除了电路的增益非对称对标度因数的影响。     

科氏振动陀螺全角模式阻尼误差与补偿

工作在全角模式的科氏振动陀螺具有直接输出角度信息、大动态范围、高测量带宽及稳定的标度因数等优势,但其性能易受谐振子刚度不对称、极板间距不一致、阻尼误差等因素影响,其中阻尼误差缺乏有效的补偿方案。针对科氏振动全角陀螺的阻尼误差,提出在阻尼主轴坐标系中采用能量衰减法对阻尼误差的影响进行分析,确定了全角陀螺的速率死区指标,并得到了在不同外界角速率下全角陀螺的进动特性。最终采用自适应阻尼补偿法对全角陀螺阻尼误差进行抑制,将MEMS多环陀螺的速率漂移从2°/s降低至0.25°/s。