Маслов Дмитрий Александрович
111250, Россия, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Bibliometric IDs:
ScopusПубликации:
Маслов Д. А.
Nonlinear Dynamics of a Wave Solid-State Gyroscope Taking into Account the Electrical Resistance of an Oscillation Control Circuit
2023, vol. 19, no. 3, с. 409-435
Подробнее
This article is concerned with investigating the nonlinear dynamics of the cylindrical resonator
of a wave solid-state gyroscope. The nonlinearity of oscillations caused by the nonlinear
properties of electrostatic control sensors is considered. This nonlinearity is derived by taking
into account the finite ratio of resonator flexure to the small gap of electrostatic control sensors.
The equations of the electromechanical system that in interconnected form describe the nonlinear
mechanical oscillations of the gyroscope resonator and electrical oscillations in the control circuit
are derived. The resulting differential equations belong to the class of Tikhonov systems, since
the equation of electrical processes in the control circuit is singularly perturbed. By taking into
account the low electrical resistance of the oscillation control circuit, which determines a small
parameter at the derivative in the singularly perturbed equation of electrical processes, the nonlinear
oscillations of the wave solid-state gyroscope resonator are studied. The small parameter
method is used to obtain a mathematical model of the resonator dynamics, which jointly takes
into account the nonlinearity of the resonator oscillations and the electrical resistance of the
oscillation control circuit. A special method is proposed to reduce the nonlinear equations of the
resonator dynamics to the standard form of the system of differential equations for averaging
and the equations of the dynamics of the wave solid-state gyroscope resonator are averaged. It is
shown that, in the case of nonlinear oscillations, consideration of the electrical resistance of the
oscillation control circuit does not affect the angular velocity of the gyroscope drift, but causes
slight dissipation of the oscillations, which also leads to an insignificant correction of the resonant
frequency.
|
Маслов Д. А., Меркурьев И. В.
Increase in the Accuracy of the Parameters Identification for a Vibrating Ring Microgyroscope Operating in the Forced Oscillation Mode with Nonlinearity Taken into Account
2018, vol. 14, no. 3, с. 377-386
Подробнее
The dynamics of a vibrating ring microgyroscope operating in the forced oscillation mode
is investigated. The elastic and viscous anisotropy of the resonator and the nonlinearity of oscillations
are taken into consideration. Additional nonlinear terms are suggested for the mathematical
model of resonator dynamics. In addition to cubic nonlinearity, nonlinearity of the fifth
degree is considered. By using the Krylov – Bogolyubov averaging method, equations containing
parameters characterizing damping, elastic and viscous anisotropy, as well as coefficients of
oscillation nonlinearity are deduced. The parameter identification problem is reduced to solving
an overdetermined system of algebraic equations that are linear in the parameters to be
identified. The proposed identification method allows testing at large oscillation amplitudes
corresponding to a sufficiently high signal-to-noise ratio. It is shown that taking nonlinearities
into account significantly increases the accuracy of parameter identification in the case of large
oscillation amplitudes.
|
Маслов Д. А., Меркурьев И. В.
Линеаризация колебаний резонатора волнового твердотельного гироскопа и сил электростатических датчиков управления
2017, том 13, № 3, с. 413-421
Подробнее
Рассматривается волновой твердотельный гироскоп с цилиндрическим резонатором и электростатическими датчиками управления. Используется математическая модель динамики гироскопа, описывающая нелинейные колебания резонатора при наличии напряжения на электродах. Опорное напряжение вызывает кубическую нелинейность, а переменные напряжения — квадратичную нелинейность сил управления.
Исследуются различные режимы подачи напряжения на датчики гироскопа. Приведен вид формируемых напряжений электродов, предназначенных для линеаризации колебаний. Заданные напряжения компенсируют не только нелинейные колебания резонатора, вызванные электростатическими датчиками, но и нелинейные колебания, обусловленные другими физическими и геометрическими факторами. Показано, что силы управления имеют нелинейность, которая устраняется напряжением, подаваемым на систему электродов по специальному закону.
Предложенная методика может быть использована для устранения нелинейных колебаний и линеаризации силовых характеристик датчиков управления волновых твердотельных гироскопов с полусферическими, цилиндрическими и кольцевыми резонаторами.
|
Маслов Д. А., Меркурьев И. В.
Компенсация погрешностей и учет нелинейности колебаний вибрационного кольцевого микрогироскопа в режиме датчика угловой скорости
2017, том 13, № 2, с. 227-241
Подробнее
Исследуется динамика резонатора вибрационного кольцевого микрогироскопа в разомкнутом и в компенсационном режимах функционирования датчика угловой скорости. Используется математическая модель вынужденных колебаний тонкого упругого резонатора, учитывающая разночастотность, разнодобротность, параметры управляющих воздействий на резонатор и коэффициент нелинейности. При помощи метода усреднения Крылова–Боголюбова исследована динамика резонатора в медленных переменных, измеряемых электронным контуром прибора. Получены формулы для определения угловой скорости при нелинейных колебаниях резонатора с алгоритмической компенсацией указанных дефектов при работе гироскопа в разомкнутом режиме функционирования датчика угловой скорости. Приведены управляющие сигналы, учитывающие дефекты гироскопа при работе гироскопа в компенсационном режиме датчика угловой скорости. Проведено численное моделирование процесса определения угловой скорости в рассматриваемых режимах функционирования гироскопа.
|
Маслов Д. А.
Подробнее
This paper develops the holomorphic regularization method of the Cauchy problem for
a special type of Tikhonov system that arises in the mathematical modeling of wave solidstate
gyroscope dynamics. The Tikhonov system is a system of differential equations a part of
which is singularly perturbed. Unlike other asymptotic methods giving approximations in the
form of asymptotically converging series, the holomorphic regularization method allows one to
obtain solutions of nonlinear singularly perturbed problems in the form of series in powers of
a small parameter converging in the usual sense. Also, as a result of applying the holomorphic
regularization method, merged formulas for an approximate solution are deduced both in the
boundary layer and outside it. These formulas allow a qualitative analysis of the approximate
solution on the entire time interval including the boundary layer.
This paper consists of two sections. In Section 1, the holomorphic regularization method
of the Cauchy problem for a special type of Tikhonov system is developed. The special type of
Tikhonov system means the following: singularly perturbed equations are linear in the variables
included in them with derivatives, the matrix of the singularly perturbed part of the system is
diagonal, the remaining equations have separate linear and nonlinear parts. An algorithm for
deriving an approximate solution to the Cauchy problem for the Tikhonov system of special type
by using the holomorphic regularization method is presented. In Section 2, the mathematical
model describing in interconnected form the mechanical oscillations of the gyroscope resonator
and the electrical processes in the oscillation control circuit is considered. The algorithm for
deriving an approximate solution proposed in Section 1 is used. Formulas for an approximate
solution taking into account the structure of the Tikhonov system are deduced.
|