半球谐振陀螺仪温控系统的设计
2021年电子技术应用第5期
秦 琴1，姜景科1，陈振宇1，吕沁元1，李 强2
1.上海第二工业大学 工学部，上海201209；2.上海思晋智能科技有限公司，上海201209
摘要： 热漂移是影响半球谐振陀螺使用精度的重要因素之一。为了保证半球谐振陀螺的输出精度，设计了一种半球谐振陀螺温控系统，为陀螺提供一个恒温环境，减小温度变化带来的影响，避免热漂移的产生，进而保证半球谐振陀螺的使用精度。该系统采用硬件结构设计结合软件编程，运用PID控制算法结合继电反馈法自整定参数，实现了整个温控系统的设计。硬件设计了恒温箱和控制柜，其中恒温箱内置金属托盘，用于放置半球谐振陀螺仪；控制柜内置油循环系统和数据采集设备，用于系统的加热、冷却和数据采集；软件采用LabVIEW完成整个系统程序设计，并在上位机提供可视化界面。整个系统通过反复实验，结果表明，该温控系统能够达到预期的设计效果，温控精度可以达到±0.05 ℃。
中图分类号： TN06
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201180
中文引用格式： 秦琴，姜景科，陈振宇，等. 半球谐振陀螺仪温控系统的设计[J].电子技术应用，2021，47(5)：64-68，72.
英文引用格式： Qin Qin，Jiang Jingke，Chen Zhenyu，et al. Design of temperature control system of hemispherical resonant gyroscope[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：64-68，72.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201180
中文引用格式： 秦琴，姜景科，陈振宇，等. 半球谐振陀螺仪温控系统的设计[J].电子技术应用，2021，47(5)：64-68，72.
英文引用格式： Qin Qin，Jiang Jingke，Chen Zhenyu，et al. Design of temperature control system of hemispherical resonant gyroscope[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：64-68，72.
Design of temperature control system of hemispherical resonant gyroscope
Qin Qin1，Jiang Jingke1，Chen Zhenyu1，Lv Qinyuan1，Li Qiang2
1.Engineering Department of Shanghai Polytechnic University，Shanghai 201209，China； 2.Shanghai Synergy Technology Intelligence Co.，Ltd.，Shanghai 201209，China
Abstract： Thermal drift is a key factor in gyroscope precision. To ensure the output accuracy of the hemispherical resonant gyroscope, a temperature control system for the hemispherical resonant gyroscope has been designed in this article. It provides gyroscope with constant temperature to reduce the influence of temperature and inhibit the thermal drift. This system combines hardware design and software programming. The relay-type self-tuning PID control algorithm is applied so that the design of hemispherical resonant gyroscope temperature control system can be completed.An incubator and a control cabinet has been designed as hardware. A metal tray is placed in the incubator to hold the hemispherical resonant gyroscope. Oil circulate system and data acquisition equipment in the control cabinet play the role of heating, cooling and data acquiring. From the aspect of software, the whole system is programmed by LabVIEW, a visual interface is also developed in the master. The experimental results show that the temperature control system can achieve the expected design effect, and the temperature control accuracy can reach±0.05 ℃.
Key words : thermal drift；hemispherical resonant gyroscope；PID；relay feedback method;self-tuning parameter
0 引言
半球谐振陀螺仪(HRG)是利用哥式效应工作的谐振式惯性敏感器件，它不具备传统陀螺仪的活动支撑和转子，而是采用半球谐振子来替代转动部件，所以具有精度高、功率低、启动快、可靠性高、寿命长等特点。如今，国内外半球谐振陀螺已经作为产品在导航系统、宇宙飞船、空间望远镜、卫星探测等空间领域和军事战争领域上得到广泛应用[1-2]。
半球谐振子是半球谐振陀螺仪的核心部件，它是一个半球形的薄壳弹性体，并且带有中心支撑杆，支撑杆是与半球形薄壳一体加工而成的。国内外所研制的半球谐振子,其材料大多为熔融的石英晶体，直径一般为15～60 mm，壁厚一般为0.3～1.0 mm。半球谐振子石英晶体材料的密度、泊松比、弹性模量、膜层应力及半球谐振子球面半径和厚度等受温度变化的影响较大。温度的变化会导致半球谐振子物理参数发生变化，半球谐振子参数的变化会造成谐振子固有频率的变化及半球谐振陀螺仪的时间常数差异，致使半球谐振陀螺仪在使用时出现漂移现象[3]。
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作者信息:
秦 琴1，姜景科1，陈振宇1，吕沁元1，李 强2
(1.上海第二工业大学 工学部，上海201209；2.上海思晋智能科技有限公司，上海201209)
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