name: Информационно-измерительные системы ориентации, стабилизации и навигации на кориолисовых вибрационных гироскопах
keyword_list: бескарданная инерциальная навигационная система индикаторный гиростабилизатор бескарданная система ориентации бескарданная гировертикаль информационно-измерительная система кориолисовый вибрационный гироскоп
abstract: Решена задача верификации математической модели кориолисового вибрационного гироскопа (КВГ), предложенной докт. Линчем, с учетом перекрестной связи, следующей от контура первичных колебаний к вторичному, которая часто пренебрегается при исследовании динамики КВГ. Показана недопустимость пренебрежения перекрестной связью в уравнении первичных колебаний для угловой скорости основания, составляющей более 5–10 °/с (в зависимости от типа резонатора КВГ). Это связано с тем, что при больших угловых скоростях начинает проявляться нелинейная зависимость амплитуд первичных и вторичных колебаний резонатора КВГ в зависимости от угловой скорости основания. Нелинейность теоретически установлена на основе частных решений уравнений колебаний резонатора с учетом перекрестной обратной связи. Данный вывод экспериментально подтвержден на волновом твердотельном гироскопе с металлическим резонатором прямого измерения. При функционировании КВГ без обратной связи нелинейность характеристики может быть устранена, если выходной сигнал КВГ формировать в виде отношения амплитуд вторичных колебаний к первичным. Разработана структурная схема КВГ для огибающих первичных и вторичных колебаний, позволяющая анализировать КВГ без высокочастотной несущей колебаний резонатора с учетом перекрестной связи. Структурная схема позволяет осуществлять анализ КВГ для любой угловой скорости основания и выполнять синтез регулятора. Установлено, что интегральная часть ПИ-регулятора позволяет устранить нелинейную зависимость амплитуды вторичных колебаний компенсационного КВГ от угловой скорости основания. 
        Проанализированы способы комплексирования КВГ с акселерометрами при построении бескарданной гировертикали (БГ) с использованием классического комплементарного фильтра, фильтра Маджвика, фильтра Винера, Калмана и фильтра на основе уравнения Бортца. Разработана методика испытаний БГ, включающая исследования погрешностей БГ, вызванных случайными погрешностями КВГ и акселерометров методом вариаций Аллана, баллистических погрешностей при ускоренном движении объекта и погрешностей при синусоидальных колебаниях основания. Показано, что при анализе БГ методом Аллана должна отсутствовать процедура предварительного интегрирования сигнала, так как выходной информацией БГ являются углы. Установлено, что при белошумных погрешностях КВГ и акселерометров кривая отклонения Аллана имеет асимптоты с наклонами –0,5 и –1. В результате исследования установлено, что описанные в литературе фильтры связи КВГ и акселерометров при построении БГ дают близкие результаты с точки зрения случайных и баллистических погрешностей. С точки зрения гармонических погрешностей лучшие результаты дает фильтр на основе уравнения Бортца. 
     Показано, что для вращающегося по крену носителя целесообразным является реализация информационно- измерительной системы (ИИС) ориентации, вырабатывающей не три параметра ориентации, как в классических системах, а четыре: синус, косинус угла крена и традиционные углы рыскания и тангажа. Такой подход к построению системы ориентации упрощает решение задачи управления вращающимся подвижным объектом. Решена задача измерения угловой скорости крена при ограниченном диапазоне измерения КВГ, путем специальной ориентации измерительных осей КВГ. Предложена расщепленная схема алгоритма ориентации, в которой задача формирования синуса и косинуса угла крена решается независимо от углов рыскания и тангажа. Разработан алгоритм ориентации вращающегося носителя, основанный на измерениях только двух КВГ, что позволяет снизить экономические затраты на изготовление инерциального измерительного модуля. 
      Решена задача построения аналитической вертикали волномерных информационно-измерительных систем на основе совместной обработки информации КВГ и акселерометров в частотной области. Фильтрация в частотной области позволяет реализовывать практические идеальные частотные характеристики фильтров, что приводит к выигрышу в точности при оценивании углов дифферента и бортовой качки волномерного буя (ВБ). На основе обработки экспериментальных данных подтверждена целесообразность применения данных способов. Решена задача построения устойчивого вертикального канала ИИС ВБ, позволяющего измерять ординату морской волны инерциальным методом. Решение задачи основано на спектральном анализе сигнала акселерометра, выделения участка спектра, содержащего полезный сигнал с последующим интегрированием в частотной области. Результаты исследований показали более высокую точность измерения по сравнению с методами интегрирования с обратной связью.
        Решена задача анализа синхронных погрешностей ИИС сопровождения на базе индикаторного гиростабилизатора с КВГ в контуре стабилизации. Разработана методика оценивания синхронных погрешностей на основе спектрального анализа выходного сигнала КВГ в составе индикаторного гиростабилизатора, имеющая более высокую точность по сравнению с методом непосредственной оценки. Получены аналитические соотношения для оценивания синхронных погрешностей на этапе проектирования новых образцов ИИС. Показана возможность оценивания модуля момента сил сухого трения по третьей гармонике спектральной характеристики выходного сигнала КВГ. Получены аналитические соотношения для оценки влияния случайных инструментальных погрешностей КВГ на точность стабилизации и выработки угловой скорости линии визирования. Показана перспективность анализа случайных погрешностей ИИС, как измерителя угловой скорости линии визирования, методом вариаций Аллана, который обычно применяется только для анализа выходных сигналов датчиков первичной информации.
      Разработана и систематизирована совокупность аналитических соотношений, позволяющая получать быструю экспресс-оценку точности решения задач ориентации и навигации ИИС с учетом инструментальных погрешностей КВГ и акселерометров без моделирования полного алгоритма БИНС или модели погрешностей БИНС высокого порядка. Полученные аналитические соотношения представлены на различных интервалах функционирования БИНС.
chairman_dissertation_council.name: Евгений
chairman_dissertation_council.surname: Минаков
chairman_dissertation_council.patronymic: Иванович
chairman_dissertation_council.position: Председатель совета
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Доцент
chairman_dissertation_council.wos_research_id: G-9858-2017
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=8875403000
chairman_dissertation_council.rinc_id: 698913
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0002-3234-9907
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Михаил
organization_supervisor.surname: Грязев
organization_supervisor.patronymic: Васильевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 59.31.31
rubrics.name: Приборы для измерения параметров движения
rubrics.code: 59.03.05
rubrics.name: Теория расчета и оценки точности, погрешностей приборов
rubrics.code: 59.01.77
rubrics.name: Методы исследования и моделирования. Математические и кибернетические методы
oecds.code: 02.02.AC
oecds.name: AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS
speciality_codes.name: Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)
speciality_codes.code: 05.11.16
supervisors.fio: Распопов Владимир Яковлевич
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Приборы навигации
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Калихман Дмитрий Михайлович
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Приборы навигации
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Бабиченко Андрей Викторович
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Приборы навигации
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Мельников Валерий Ефимович
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Приборы навигации
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ТулГУ, Тульский государственный университет, ФГБОУ ВО "ТулГУ", ФГБОУ ВО "Тульский государственный университет"
protection_organization.name: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет"
protection_organization.ogrn: 1027100753360
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ТулГУ, Тульский государственный университет, ФГБОУ ВО "ТулГУ", ФГБОУ ВО "Тульский государственный университет"
author_organization.name: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет"
author_organization.ogrn: 1027100753360
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения