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 ℃。
中圖分類號： TN06
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201180
中文引用格式： 秦琴，姜景科，陳振宇，等. 半球諧振陀螺儀溫控系統的設計[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201180
中文引用格式： 秦琴，姜景科，陳振宇，等. 半球諧振陀螺儀溫控系統的設計[J].電子技術應用，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
半球諧振陀螺儀(HRG)是利用哥式效應工作的諧振式慣性敏感器件，它不具備傳統陀螺儀的活動支撐和轉子，而是采用半球諧振子來替代轉動部件，所以具有精度高、功率低、啟動快、可靠性高、壽命長等特點。如今，國內外半球諧振陀螺已經作為產品在導航系統、宇宙飛船、空間望遠鏡、衛星探測等空間領域和軍事戰爭領域上得到廣泛應用[1-2]。
半球諧振子是半球諧振陀螺儀的核心部件，它是一個半球形的薄殼彈性體，并且帶有中心支撐桿，支撐桿是與半球形薄殼一體加工而成的。國內外所研制的半球諧振子,其材料大多為熔融的石英晶體，直徑一般為15～60 mm，壁厚一般為0.3～1.0 mm。半球諧振子石英晶體材料的密度、泊松比、彈性模量、膜層應力及半球諧振子球面半徑和厚度等受溫度變化的影響較大。溫度的變化會導致半球諧振子物理參數發生變化，半球諧振子參數的變化會造成諧振子固有頻率的變化及半球諧振陀螺儀的時間常數差異，致使半球諧振陀螺儀在使用時出現漂移現象[3]。
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作者信息:
秦 琴1，姜景科1，陳振宇1，呂沁元1，李 強2
(1.上海第二工業大學 工學部，上海201209；2.上海思晉智能科技有限公司，上海201209)
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