RU2691551C1 - Method of measuring angular velocity of aircraft and device for its implementation - Google Patents
Method of measuring angular velocity of aircraft and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691551C1 RU2691551C1 RU2018120379A RU2018120379A RU2691551C1 RU 2691551 C1 RU2691551 C1 RU 2691551C1 RU 2018120379 A RU2018120379 A RU 2018120379A RU 2018120379 A RU2018120379 A RU 2018120379A RU 2691551 C1 RU2691551 C1 RU 2691551C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- analog
- output
- angular velocity
- signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N Atorvastatin Chemical group C=1C=CC=CC=1C1=C(C=2C=CC(F)=CC=2)N(CC[C@@H](O)C[C@@H](O)CC(O)=O)C(C(C)C)=C1C(=O)NC1=CC=CC=C1 XUKUURHRXDUEBC-KAYWLYCHSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения - микромеханическим гироскопам и акселерометрам авиационно-космических пилотажных систем управления [1, 2].The invention relates to the field of instrumentation - micromechanical gyroscopes and accelerometers aerospace flight control systems [1, 2].
Известны способы и устройства для измерения угловых скоростей и линейных ускорений, в которых для компенсации внешних вибрационных воздействий в виде помех, искажающих выходной аналоговый сигнал, используются аналоговые или цифровые фильтры [3, 4].Known methods and devices for measuring angular velocities and linear accelerations, in which to compensate for external vibration effects in the form of noise, distorting the output analog signal, using analog or digital filters [3, 4].
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ уменьшения погрешности измерений инерциальными датчиками при вибрационных воздействиях путем фильтрации выходного аналогового сигнала, включающий прием первичного сигнала в цифровом виде, формирование масштабного коэффициента на заданный максимальный уровень выходного аналогового сигнала цифро-аналогового преобразователя, преобразование цифровой информации в аналоговый сигнал по патенту RU 2598145 С1 [5] с последующей его фильтрацией по [6].The closest technical solution, selected as a prototype, is a method of reducing the measurement error of inertial sensors with vibration effects by filtering the output analog signal, which includes receiving the primary signal in digital form, the formation of the scale factor at a given maximum level of the output analog signal of the digital-analog converter, conversion digital information in the analog signal according to the patent RU 2598145 C1 [5] with its subsequent filtering according to [6].
Реализация такого способа уменьшения погрешности измерений инерциальными датчиками достигается устройством, содержащим микромеханический датчик первичной информации, выдающий сигнал в цифровом виде, микроконтроллер, цифро-аналоговый преобразователь [5] и аналоговый фильтр [6].The implementation of this method of reducing the measurement error with inertial sensors is achieved by a device containing a micromechanical sensor of primary information, producing a digital signal, a microcontroller, a digital-to-analog converter [5] and an analog filter [6].
Основной недостаток такого способа и устройства заключается в том, что в результате формирования масштабного коэффициента на заданный максимальный уровень выходного сигнала цифро-аналогового преобразователя положительная полуволна амплитуды напряжения от вибрационных помех «срезается» на его выходе из-за того, что превышает допустимый для цифро-аналогового преобразователя уровень выходного сигнала, а отрицательная полуволна пропускается.The main disadvantage of this method and device is that, as a result of the formation of a scale factor for a given maximum output level of a D / A converter, the positive half-wave voltage amplitude from vibration interference is “cut off” at its output because it exceeds the allowable An analog transducer output level, and a negative half wave is skipped.
В результате, после фильтрации среднее значение выходного аналогового сигнала Ucp уменьшается по сравнению с заданным номинальным Uн, что приводит к ошибке измерений ΔU=Uн-Ucp. При разложении в ряд отрицательной полуволны и учете только первого коэффициента ряда ее отрицательная постоянная составляющая, соответствующая ошибке измерения, будет равна (-ΔU)=(-Uв/π) [7]. А погрешность измерения номинальной угловой скорости в относительных единицах может быть рассчитана по формуле: Где: ωв - амплитуда вибрационных помех; ωн - номинальная измеряемая угловая скорость; kн - номинальный масштабный коэффициент; Uн - номинальное напряжение, соответствующее номинальной угловой скорости; Uв - амплитуда напряжения, обусловленная вибрационной помехой.As a result, after filtering, the average value of the output analog signal U cp decreases as compared with the nominal nominal U n , which leads to measurement errors ΔU = U n –U cp . When a negative half-wave is decomposed into a series and only the first coefficient of the series is taken into account, its negative DC component corresponding to the measurement error will be (-ΔU) = (- U в / π) [7]. And the measurement error of the nominal angular velocity in relative units can be calculated by the formula: Where: ω in - the amplitude of vibration noise; ω n - nominal measured angular velocity; k n - nominal scale factor; U n - rated voltage corresponding to the nominal angular velocity; U in - the amplitude of the voltage due to vibration interference.
Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение погрешности измерений, вызванных фильтрацией помех от внешних вибрационных воздействий при ограниченном верхнем уровне выходного сигнала цифро-аналогового преобразователя.The technical result of the claimed invention is to reduce the measurement error caused by filtering interference from external vibration effects with a limited upper level of the output signal of the digital-to-analog converter.
Заявленный технический результат достигается способом измерения угловой скорости летательного аппарата, включающим прием первичного сигнала в цифровом виде, формирование масштабного коэффициента на заданный максимальный уровень выходного аналогового сигнала цифро-аналогового преобразователя, уменьшение сформированного масштабного коэффициента на величину, пропорциональную амплитуде вибрационного воздействия, преобразование цифровой информации в аналоговый сигнал, усиление преобразованного в аналоговый вид сигнала на величину, пропорциональную уменьшению масштабного коэффициента, и последующую его фильтрацию.The claimed technical result is achieved by measuring the angular velocity of an aircraft, including receiving a primary signal in digital form, forming a scale factor at a predetermined maximum level of the output analog signal of a D / A converter, reducing the generated scale factor by an amount proportional to the amplitude of vibration exposure, converting digital information to analog signal, amplification of a signal converted into analog signal Proportional reduction scaling factor, and its subsequent filtration.
Также заявленный технический результат достигается устройством для измерения угловой скорости летательного аппарата, содержащим микромеханический датчик первичной информации, выдающий сигнал в цифровом виде, микроконтроллер, цифро-аналоговый преобразователь, усилитель аналогового сигнала и аналоговый фильтр, при этом выход датчика первичной информации соединен со входом микроконтроллера, выход микроконтроллера соединен со входом цифро-аналогового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя соединен со входом усилителя аналогового сигнала, а выход усилителя аналогового сигнала соединен со входом аналогового фильтра.Also, the claimed technical result is achieved by a device for measuring the angular velocity of an aircraft containing a micromechanical sensor of primary information, producing a digital signal, a microcontroller, a digital-to-analog converter, an analog signal amplifier and an analog filter, while the output of the primary information sensor is connected to the input of a microcontroller, the output of the microcontroller is connected to the input of the digital-to-analog converter, the output of the digital-analog converter is connected to the input of the force ator analog signal, and analog signal output of the amplifier is connected to the analog input of the filter.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурно-функциональная блок-схема реализующего предложенный способ устройства,The invention is illustrated in the drawing, which shows the structural-functional block diagram of the proposed method that implements the device
где:Where:
1 - микромеханический датчик первичной информации;1 - micromechanical sensor of primary information;
2 - микроконтроллер;2 - microcontroller;
3 - цифро-аналоговый преобразователь;3 - digital-to-analog converter;
4 - усилитель аналогового сигнала;4 - analog signal amplifier;
5 - аналоговый фильтр;5 - analog filter;
ω∑(t)=ωн+Δωв(t) - измеряемая угловая скорость, где: ωн - номинальная угловая скорость летательного аппарата, Δωв(t) - переменная составляющая от вибрационных воздействий;ω ∑ (t) = ω n + Δω in (t) is the measured angular velocity, where: ω n is the nominal angular velocity of the aircraft, Δω in (t) is the variable component from vibration effects;
- первичная информация от микромеханического гироскопа в цифровом виде; - the primary information from the micromechanical gyroscope in digital form;
- максимальное напряжение в цифровом виде, передаваемое из микроконтроллера в цифро-аналоговый преобразователь; - the maximum voltage in digital form, transmitted from the microcontroller to a digital-to-analog converter;
Uцап - максимальное напряжение в аналоговом виде, передаваемое из ЦАП в усилитель 4; Uy - выходной аналоговый сигнал после усиления;U DAC - the maximum voltage in analog form transmitted from the DAC to the
Uн - номинальное выходное напряжение в аналоговом виде после фильтрации.U n - the nominal output voltage in analog form after filtering.
В соответствии с чертежом устройство, реализующее предложенный способ, представляет собой инерциальный датчик (например, микромеханический гироскоп), который содержит микромеханический датчик первичной информации 1 (микромеханический гироскоп), выдающий сигнал в цифровом виде, микроконтроллер 2, цифро-аналоговый преобразователь 3, аналоговый фильтр 5, а также дополнительно введенный усилитель аналогового сигнала 4. При этом выход датчика 1 соединен со входом микроконтроллера 2, который выходом соединен со входом цифро-аналогового преобразователя 3. При этом выход последнего соединен со входом усилителя аналогового сигнала 4, который своим выходом соединен со входом аналогового фильтра 4.In accordance with the drawing, the device implementing the proposed method is an inertial sensor (for example, a micromechanical gyroscope), which contains a micromechanical sensor of primary information 1 (micromechanical gyroscope), producing a digital signal, a
Заявленный способ и устройство работают следующим образом.The claimed method and device operate as follows.
При вращении летательного аппарата с номинальной угловой скоростью ωн первичная информация о ее величине вместе с помехой от вибрационных воздействий выдается чувствительным микромеханическим датчиком 1 в микроконтроллер 2 в цифровом виде - , Где: амплитуда вибрационных помех; ƒв - частота вибрационных помех. Максимальная амплитуда суммарной угловой скорости будет равна: В микроконтроллере 2 номинальный масштабный коэффициент kн=Uн/ωн, устанавливающий связь между измеряемой номинальной угловой скоростью ωн и соответствующей ей величиной номинального напряжения Uн уменьшается на величину пропорциональную амплитуде вибрационного воздействия. Тогда уменьшенный масштабный коэффициент будет равен - Значение максимального напряжения ЦАП, равное номинальному напряжению в цифровом виде передается в цифро-аналоговый преобразователь 3.During the rotation of the aircraft with a nominal angular velocity ω n the primary information about its value together with interference from vibration effects issued by the sensitive
Такое преобразование масштабного коэффициента необходимо для того, чтобы напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя, величина которого для обеспечения максимального масштабного коэффициента выбирается равной выходному номинальному напряжению Uцап=Uн, могло обеспечить измерение угловой скорости, превышающей номинальную на величину амплитуды помех от вибрационных воздействий - Где: - значение номинального напряжения в цифровом виде; - напряжение от вибрационных помех в цифровом виде.Such a conversion of the scale factor is necessary so that the voltage at the output of the digital-to-analog converter, the value of which, to ensure the maximum scale factor, is chosen to be equal to the output nominal voltage U tsap = U n , could provide an angular velocity measurement exceeding the nominal one from vibration effects - Where: - the value of the nominal voltage in digital form; - voltage from vibration interference in digital form.
В цифро-аналоговом преобразователе напряжение из цифрового вида преобразуется в аналоговый и передается в усилитель аналогового сигнала 4, где оно увеличивается с помощью коэффициента ky, равного коэффициенту kо:Uy=Uцапky=(Uн+ΔUв)ky /kо=Uн+ΔUв.In digital-to-analog converter voltage from digital converted to analog and is transmitted to the
Напряжение из аналогового усилителя передается в аналоговый фильтр 5. И поскольку переменная составляющая от вибрационных помех ΔUв имеет знакопеременное значение, то в процессе фильтрации среднее значение напряжения, соответствующее номинальной угловой скорости, передается без потери точности Uср=Uн и, следовательно, ΔU=Ucp-Uн=0.The voltage from the analog amplifier is transmitted to the
Таким образом, применение заявленного изобретения позволяет измерять угловую скорость, превышающую номинальную на величину помех, обусловленных вибрационными воздействиями, и при осуществлении фильтрации вибрационных помех обеспечивать повышение точности измерений.Thus, the application of the claimed invention allows to measure the angular velocity exceeding the nominal by the amount of interference due to vibration effects, and when filtering vibration interference to provide an increase in measurement accuracy.
Источники информации:Information sources:
1. Гироскопические системы, ч. II. Гироскопические приборы и системы. Под ред. Д.С. Пельпора. Учебное пособие для вузов по специальности «Гироскопические приборы и устройства». М., «Высшая школа», 1971, с. 488.1. Gyroscopic systems, part II. Gyroscopic instruments and systems. Ed. D.S. Pelpore Textbook for universities in the specialty "Gyroscopic devices and devices." M., "High School", 1971, p. 488.
2. Кузнецов А.Г., Галкин В.И., Молчанов А.В., Портнов Б.И., Якубович A.M. Результаты разработки и летных испытаний микромеханического блока // Сб. трудов XIX Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, 2012, с. 16-26.2. Kuznetsov A.G., Galkin V.I., Molchanov A.V., Portnov B.I., Yakubovich A.M. The results of the development and flight tests of the micromechanical unit // Proc. Proceedings of the XIX St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2012, p. 16-26.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, Из-во «Бином», 2014, с. 704.3. Horowitz P., Hill U. The Art of Circuit Engineering, From “Binom”, 2014, p. 704.
4. Мизин И.А., Матвеев А.А. Цифровые фильтры. М., «Связь», 1979, с. 240.4. Mizin, IA, Matveev, A.A. Digital filters. M., "Communication", 1979, p. 240
5. Патент на изобретение РФ №2598145 «Способ формирования выходной информации в блоке гироскопов и трехосный блок демпфирующих гироскопов», МПК G05D 1/00, опубл. 20.09.2016 г. 5. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2598145 "Method of generating output information in a gyroscopes block and a triaxial block of damping gyroscopes", IPC
6. Микромеханический гироскоп LY510ALH, www.st.com.6. Micromechanical gyroscope LY510ALH, www.st.com.
7. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров), Из-во «Наука», М., 1978 г., с. 831.7. G. Korn, T. Korn. Handbook of mathematics (for scientists and engineers), from "Science", M., 1978, p. 831.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120379A RU2691551C1 (en) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | Method of measuring angular velocity of aircraft and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120379A RU2691551C1 (en) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | Method of measuring angular velocity of aircraft and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2691551C1 true RU2691551C1 (en) | 2019-06-14 |
Family
ID=66947601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120379A RU2691551C1 (en) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | Method of measuring angular velocity of aircraft and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2691551C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU38976U1 (en) * | 2004-03-02 | 2004-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова | ANALOG-DIGITAL CONVERTER OF ANGULAR COORDINATES WITH DEVICE FOR CORRECTION OF SYSTEMATIC ERROR |
RU131489U1 (en) * | 2013-03-29 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | PRIMARY INERTIAL INFORMATION SENSOR |
RU154196U1 (en) * | 2015-03-18 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (АО "ЦНИИ "Курс") | ANGULAR SPEED SENSOR ON THE BASIS OF MICROMECHANICAL GYROSCOPES |
RU162343U1 (en) * | 2016-01-20 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Геофизика-НВ" | ANGULAR SPEED METER |
-
2018
- 2018-06-01 RU RU2018120379A patent/RU2691551C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU38976U1 (en) * | 2004-03-02 | 2004-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова | ANALOG-DIGITAL CONVERTER OF ANGULAR COORDINATES WITH DEVICE FOR CORRECTION OF SYSTEMATIC ERROR |
RU131489U1 (en) * | 2013-03-29 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | PRIMARY INERTIAL INFORMATION SENSOR |
RU154196U1 (en) * | 2015-03-18 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (АО "ЦНИИ "Курс") | ANGULAR SPEED SENSOR ON THE BASIS OF MICROMECHANICAL GYROSCOPES |
RU162343U1 (en) * | 2016-01-20 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Геофизика-НВ" | ANGULAR SPEED METER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11092618B2 (en) | Offset cancellation device for micro-electromechanical system | |
JP2004526942A (en) | Method and apparatus for processing an analog output signal of a capacitive sensor | |
EP2762894B1 (en) | Acceleration sensor circuit | |
JP2016189515A (en) | Circuit device, electronic equipment, and mobile body | |
US7694561B2 (en) | Rate-of-turn sensor | |
US20210130164A1 (en) | Mems sensor detection device and mems sensor system | |
RU2691551C1 (en) | Method of measuring angular velocity of aircraft and device for its implementation | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
JP2017050664A (en) | Analog reference voltage generating circuit, circuit device, physical quantity sensor, electronic device and moving object | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2301970C1 (en) | Micro-mechanical vibration gyroscope | |
CN114184192B (en) | Method for acquiring angular velocity measurement channel transfer function of inertial measurement device | |
RU2411522C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2676217C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2654941C1 (en) | Method of digital filtration of noise component in inertial sensors | |
RU2690367C1 (en) | Accelerometer | |
RU2688880C1 (en) | Accelerometer | |
RU2697031C1 (en) | Micromechanical gyro control system | |
RU2316731C1 (en) | Method for adjusting resonance frequency of mobile mass suspension of micro-mechanical gyroscope with deep check connection on basis of speed of movement of mobile mass along secondary oscillations axis and a micro-mechanical gyroscope | |
RU2585792C1 (en) | Method for independent compensation instrumentation errors of strapdown inertial navigation systems and device therefor | |
RU2809588C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2688878C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
George et al. | Drive Mode of MEMS Rate Sensors with Software Phase Locked Loop | |
JP2003515117A (en) | Inertial measurement system | |
RU2801620C2 (en) | Method for increasing the precision characteristics of an autonomous strapdown vertical gyroscope with integral correction and apparatus for implementation thereof |