priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-8-693-702pribor-582Research ArticleПРИБОРЫ НАВИГАЦИИNAVIGATION DEVICESПрецизионный поворотный стенд с цифровой системой управления и инерциальными чувствительными элементамиPrecision Rotary Stand with a Digital Control System and Inertial Sensing ElementsДепутатоваЕ. А.DeputatovaE. A.

Екатерина Александровна Депутатова - канд. техн. наук; ПО „Корпус” филиал НПЦАП; ведущий инженер-программист; СГТУ им. Гагарина Ю.А., кафедра технической механики и мехатроники; доцент

Саратов

Ekaterina A. Deputatova - 

PhD; Production Association Korpus – a branch of Acad. N. A. Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrument-Making; Lead Software Engineer; Yuri Gagarin Saratov State Technical University, Department of Technical Mechanics and Mechatronics; Associate Professor

Saratov

КалихманД. М.KalikhmanD. M.

Дмитрий Михайлович Калихман - д-р техн. наук; ПО „Корпус” филиал НПЦАП; начальник лаборатории; СГТУ им. Гагарина Ю.А., кафедра технической механики и мехатроники; профессор

Саратов

Dmitrii M. Kalikhman - Dr. Sci.; Production Association Korpus – a branch of Acad. N. A. Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrument-Making; Head of Laboratory; Yuri Gagarin Saratov State Technical University, Department of Technical Mechanics and Mechatronics; Professor

Saratov

lidkalihman@yandex.ruТаракановН. В.TarakanovN. V.

Николай Викторович Тараканов - ПО „Корпус” филиал НПЦАП; главный конструктор начальник конструкторского бюро; СГТУ им. Гагарина Ю.А., кафедра приборостроения; доцент

Саратов

Nikolai V. Tarakanov - Production Association Korpus – a branch of Acad. N. A. Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrument-Making; Chief Design Engineer – Head of Design Bureau; Yuri Gagarin Saratov State Technical University, Department of Instrumentation Engineering; Associate Professor

Saratov

ТуркинВ. А.TurkinV. A.

Виталий Андреевич Туркин - канд. техн. наук; ПО „Корпус” филиал НПЦАП; ведущий инженер-программист

Саратов

Vitalii A. Turkin - PhD; Production Association Korpus – a branch of Acad. N. A. Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrument-Making; Lead Software Engineer

Saratov

Производственное объединение „Корпус“ филиал НПЦ автоматики и приборостроения им. Н. А. Пилюгина; Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. АРоссияProduction Association Korpus a branch of Acad. N. A. Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrument-Making; Yuri Gagarin Saratov State Technical UniversityRussian FederationПроизводственное объединение „Корпус“ филиал НПЦ автоматики и приборостроения им. Н. А. ПилюгинаРоссияProduction Association Korpus a branch of Acad. N. A. Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrument-MakingRussian Federation202606092026698693702Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/582

Представлена математическая модель работы прецизионного поворотного стенда с цифровой системой управления и гироскопами двух типов. Волновой твердотельный и оптический гироскопы являются инерциальными чувствительными элементами системы. В предлагаемом схемотехническом решении выполняется двойное комплексирование от измерительных датчиков различной физической природы. В качестве первого типа датчиков применены оптические измерители угловой скорости, в основе работы которых лежит вихревой эффект Саньяка лазерный или волоконно-оптический гироскопы. Датчиком второго типа служит волновой твердотельный гироскоп, принцип работы которого базируется на эффекте Брайана. В качестве третьего типа датчика выступает оптический угловой энкодер прецизионный измеритель угла поворота платформы стенда. Оценены точностные и динамические характеристики стенда, в основе обеспечения которых лежат методы синтеза цифровых регуляторов системы автоматического управления стендом.

A mathematical model of the operation of a precision rotary stand with a digital control system and two types of gyroscopes is presented. The wave solidstate and optical gyroscopes are inertial sensing elements of the system. The proposed circuit design implements double integration from measuring sensors of different physical nature. The first type of sensors used are optical angular velocity meters, the operation of which is based on the Sagnac effect laser or fiberoptic gyroscopes. The second type of sensor is a wave solid-state gyroscope, the operating principle of which is based on the Brian effect. The third type of sensor is an optical angular encoder a precision measurement of the rotation angle of the test bench platform. The accuracy and dynamic characteristics of the test bench are evaluated; their provision is based on methods for synthesizing digital controllers in the automatic control system of the test bench.

поворотный стендцифровая система управленияинерциальный чувствительный элементволновой твердотельный гироскопволоконно-оптический гироскопкольцевой лазерный гироскопrotary test benchdigital control systeminertial sensing elementhemispherical resonator gyroscopefiber optic gyroscopering laser gyroscopeReferencesМатвеев В. В., Распопов В. Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2009. 280 с.Matveev V.V., Raspopov V.Ya. Osnovy postroyeniya besplatformennykh inertsial’nykh navigatsionnykh sistem (Fundamentals of Designing Strapdown Inertial Navigation Systems), St. Petersburg, 2009, 280 р. (in Russ.)Измайлов Е. А. Современные тенденции развития технологий инерциальных чувствительных элементов и систем летательных аппаратов // Труды ФГУП „НПЦАП“. Системы и приборы управления. 2010. № 1. С. 30–43.Izmailov E.A. Proceedings of the Federal State Unitary Enterprise “NPTsAP”. Control Systems and Devices, 2010, no. 1, pp. 30–43. (in Russ.)Ривкин Б. С. Аналитический обзор состояния исследований и разработок в области навигации за рубежом. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2017–2024.Rivkin B.S. Analiticheskiy obzor sostoyaniya issledovaniy i razrabo-tok v oblasti navigatsii za rubezhom (Analytical Review of the State of Research and Development in the Field of Navigation Abroad), St. Petersburg, 2017–2024. (in Russ.)Калихман Д. М. Прецизионные управляемые стенды для динамических испытаний гироскопических приборов / Под ред. акад. В. Г. Пешехонова. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2008. 304 с.Kalikhman D.M. Pretsizionnyye upravlyayemyye stendy dlya dinamicheskikh ispytaniy giroskopicheskikh priborov (Precision Controlled Stands for Dynamic Testing of Gyroscopic Instruments), St. Petersburg, 2008, 304 р. (in Russ.)Калихман Д. М., Седышев В. А. Прецизионное управляемое основание с волоконно-оптическим измерителем угловой скорости // Изв. вузов. Приборостроение. 2002. Т. 45, № 5. С. 30–37.Kalikhman D.M., Sedyshev V.A. Journal of Instrument Engineering, 2002, no. 5(45), pp. 30–37. (in Russ.)Депутатова Е. А., Калихман Д. М., Тараканов Н. В. Современная методика анализа динамических характеристик навигационных приборов и поворотных стендов для их контроля: учеб-метод. пособие. Саратов: СГТУ, 2024. 156 с.Deputatova E.A., Kalikhman D.M., Tarakanov N.V. Sovremennaya metodika analiza dinamicheskikh kharakteristik navigatsionnykh priborov i povorotnykh stendov dlya ikh kontrolya (Modern Methodology for Analyzing the Dynamic Characteristics of Navigation Instruments and Rotary Test Stands for Their Monitoring), Saratov, 2024, 156 p (in Russ.).Депутатова Е. А., Калихман Д. М., Никифоров В. М., Садомцев Ю. В. Прецизионные поворотные стенды нового поколения с инерциальными чувствительными элементами и цифровым управлением // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2014. № 2. С. 130–146.Deputatova E.A., Kalikhman D.M., Nikiforov V.M., Sadomtsev Yu.V. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Teoriya i sistemy upravleniya, 2014, no. 2, pp. 130–146. (in Russ.)Калихман Д. М., Депутатова Е. А., Пчелинцева С. В., Горбачев В. О. Концепция проектирования класса прецизионных поворотных стендов с инерциальными чувствительными элементами в цепи обратной связи // Гироскопия и навигация. 2022. № 3(118). С. 41–64.Kalikhman D.M., Deputatova E.A., Pchelintseva S.V., Gorbachev V.O. Gyroscopy and Navigation, 2022, no. 3(13), pp. 155–169.Мельников Р. В., Трутнев Г. А. Твердотельный волновой гироскоп с независимыми каналами измерения угла и угловой скорости // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 4. С. 21–29.Melnikov R.V., Trutnev G.A., Krivov A.V., Kadyrov I.R. Intellekt. Sist. Proizv., 2020, no. 4(18), pp. 21–29, DOI:10.22213/2410-9304-2020-21-29. (in Russ.)Ермаков Р. В. Разработка методов и алгоритмов повышения точности первичных преобразователей поворотных установок для измерения углов и угловых скоростей: дис. … канд. техн. наук. Саратов, 2017. 153 с.Ermakov R.V. Razrabotka metodov i algoritmov povysheniya tochnosti pervichnykh preobrazovateley povorotnykh ustanovok dlya izmereniya uglov i uglo-vykh skorostey (Development of Methods and Algorithms for Improving the Accuracy of Primary Transducers of Rotary Installations for Measuring Angles and Angular Velocities), Candidate’s thesis, Saratov, 2017, 153 р. (in Russ.)Молчанов А. В., Осетров И. В., Чиркин М. В. Проблемы качества в технологии лазерного гироскопа // VIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сб. докл. 2003. С. 207–209.Molchanov A.V., Osetrov I.V., Chirkin M.V. VIII Sankt-Peterburgskaya mezhdunarodnaya konferentsiya po integrirovannym navigatsionnym sistemam (VIII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems), Collection of Papers, St. Petersburg, 2003, рр. 207–209. (in Russ.)Журавлев В. Ф., Климов Д. М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 126 с.Zhuravlev V.F., Klimov D.M. Volnovoy tverdotel’nyy giroskop (Wave solid-state gyroscope), Moscow, 1985, 126 р. (in Russ.)Журавлев В. Ф., Переляев С. Е. Волновой твердотельный гироскоп – инерциальный датчик нового поколения с комбинированным режимом функционирования // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 425–431.Zhuravlev V.F., Perelyaev S.E. Innovatsionnyye, informatsionnyye i kommunikatsionnyye tekhnologii, 2016, no. 1, pp. 425–431. (in Russ.)Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. М.: Машиностроение, 1986. 446 с.Kuo B.C. Digital Control Systems, 1980.Садомцев Ю. В. Конструирование систем управления с обратной связью по критериям точности и грубости. Саратов: СГТУ, 2003. 297 с.Sadomtsev Yu.V. Konstruirovaniye sistem upravleniya s obratnoy svyaz’yu po kriteriyam tochnosti i grubosti (Design of Feedback Control Systems Based on Accuracy and Roughness Criteria), Saratov, 2003, 297 р. (in Russ.)Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 767 с.Besekersky V.A., Popov E.P. Тeoriya sistem avtomaticheskogo regulirovaniya (Theory of Automatic Control Systems), Moscow, 1975, 767 р. (in Russ.)Депутатова Е. А., Калихман Д. М., Полушкин А. В., Садомцев Ю. В. Цифровая стабилизация движений прецизионных управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами. I. Применение поплавкового измерителя угловой скорости // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2011. № 1. С. 120–132.Deputatova E.A., Kalikhman D.M., Polushkin A.V., Sadomtsev Yu.V. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Teoriya i sistemy upravleniya, 2011, no. 1, pp. 120–132. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.