Ссылка для цитирования : Лукин К. О., Кривошеев С. В. Графоаналитический метод оптимального синтеза контура маятниковой коррекции гироскопических вертикалей // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 8. С. 660—670. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-8-660-670.

Аннотация. Представлен графоаналитический метод оптимального синтеза контура маятниковой (позиционной) коррекции гироскопических вертикалей на подвижном основании, модель которого сводится к комплементарному фильтру. В качестве критерия оптимальности используется дисперсия ошибки комплементарного фильтра. Характеристики дрейфа гироскопа в виде белого шума и нестабильности нуля определяются из вариации Аллана, а ошибки маятника — по спектральной плотности мощности горизонтального ускорения, определенной с учетом предполагаемых условий эксплуатации. Определение оптимальной постоянной времени коррекции и максимально допустимого значения параметра дрейфа гироскопа при заданной точности гировертикали с учетом динамики подвижного объекта осуществляется при помощи специально формируемого графика с осями „постоянная времени коррекции— параметр дрейфа гироскопа“. Предложенный метод может использоваться как для аналитических, так и для силовых гировертикалей.

Ключевые слова: комплексирование, комплементарный фильтр, гировертикаль, маятниковая коррекция, оптимальный синтез, гироскоп, маятниковый чувствительный элемент, акселерометр

Список литературы:

1. Mahony R., Hamel T., Pflimlin J.-M. Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group // IEEE Trans. on Automatic Control. 2008. Vol. 53, N 5. P. 1203—1218. DOI: 10.1109/TAC.2008.923738.
2. Valenti R. G., Dryanovski I., Xiao J. Keeping a good attitude: a quaternion-based orientation filter for IMUs and MARGs // Sensors. 2015. Vol. 15, N 8. P. 19302—19330. DOI: 10.3390/s150819302.
3. Kang D., Jang C., Park F. C. Unscented Kalman filtering for simultaneous estimation of attitude and gyroscope bias // IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. 2019. Vol. 24, N 1. P. 350—360. DOI: 10.1109/TMECH.2019.2891776.
4. Sabatini A.M. Kalman-filter-based orientation determination using inertial/magnetic Sensors: Observability Analysis and Performance Evaluation // Sensors. 2011. Vol. 11, N 10. P. 9182—9206. DOI: 10.3390/s111009182.
5. Ассад А., Халиф В., Шуаиб И. Новый адаптивный нечеткий обобщенный фильтр Калмана для оценивания ориентации при отсутствии GPS-сигналов // Гироскопия и навигация. 2019. Т. 27, № 2(105). С. 3—27. DOI: 10.17285/0869-7035.2019.27.2.003-027.
6. Madgwick S. O. H., Harrison A. J. L., Vaidyanathan R. Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm // IEEE Intern. Conf. on Rehabilitation Robotics. Switzerland, Zurich, 2011. P. 1—7. DOI: 10.1109/ICORR.2011.5975346.
7. Brown R. G., Hwang P. Y. C. Introduction to random signals and applied Kalman filtering. John Wiley & Sons, 1997.
8. Матвеев В. В. Анализ комплементарных фильтров при построении бескарданной гировертикали // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2019. № 8. С. 153—164.
9. Yoo T. S., Hong S. K., Yoon H. M., Park S. Gain-scheduled complementary filter design for a MEMS based attitude and heading reference system // Sensors. 2011. Vol. 11 4. P. 3816—3830. DOI: 10.3390/s110403816.
10. Качанов Б. О., Гришин Д. В., Ахмедова С. К. и др. Адаптация маятниковой коррекции бесплатформенной гировертикали летательного аппарата к условиям полета // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24, № 4(95). С. 25—34. DOI: 10.17285/0869-7035.2016.24.4.025-034.
11. Poddar S., Narkhede P., Kumar V. et al. PSO Aided Adaptive Complementary Filter for Attitude Estimation // J. Intel. Robot. Syst. 2017. Vol. 87. P. 531—543. DOI: 10.1007/s10846-017-0507-8.
12. Ривкин С. С. Статистический синтез гироскопических устройств. Л.: Судостроение, 1970. 422 с.
13. Аль-Мансур А., Шуаиб И., Джафар А., Потапов А. А. Аналитический алгоритм оценки пространственного положения и курса объекта // Гироскопия и навигация. 2019. Т. 27, № 1(104). С. 72—92. DOI 10.17285/0869-7035.2019.27.1.072-092.
14. Пат. 2253091 РФ. Способ коррекции аналитических гировертикалей усеченного состава / А. М. Боронахин, В. И. Гупалов, А. В. Мочалов. Заявл. 30.12.2002; опубл. 27.05.2005. Бюл. № 15.
15. Пат. 2719241 РФ. Гироскопический маятник / С. В. Кривошеев, К. О. Лукин. Заявл. 13.06.2019; опубл. 17.04.2020. Бюл. № 11.
16. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1966. 992 с.
17.  IEEE Std 952-2020. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros. DOI: 10.1109/IEEESTD.2021.9353434
18. Бесекерский В. А., Фабрикант Е. А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. Л.: Судостроение, 1968. 351 с.
19. IEEE Std 1293-2018. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Linear Single-Axis, Nongyroscopic Accelerometers. DOI: 10.1109/IEEESTD.2019.8653544.