1.本发明涉及半球谐振陀螺仪领域，特别是涉及一种基于主动驱动旋转的全角模式半球谐振陀螺仪在线调谐方法。
背景技术：2.半球谐振陀螺是一种基于哥氏效应的振动陀螺，通过半球壳的径向振动驻波的进动效应来感应基座旋转，具有结构简单、可靠性高、寿命长、精度高等特点，在空间探测、航空航海、精密设备等领域发挥着越来越重要的作用。
3.现阶段，高精度的陀螺对谐振子提出了高各向同性的要求，即要求抑制陀螺工作模态频率裂解误差，否则将直接导致陀螺输出零偏漂移与噪声增大，严重制约陀螺综合性能提升。在谐振子制备过程中有微细超声修调技术、基于激光诱导的金-硅共晶焊接修调方法、研磨修调方案、飞秒激光修调方法等多种频率修调方法。在谐振子制备过程中使用频率修调工艺之后，为了实现陀螺使用过程中残余频差频差的完全抑制，还需要进行电刚度补偿。通过本发明的在线调谐方法，可以达到模态匹配，有利于降低阈值，提高主动驱动旋转的稳定性。
技术实现要素：4.发明目的：本发明的目的是针对高精度全角模式半球谐振陀螺仪的高各向同性要求，使用电调的方式抑制谐振子制备过程中残余的频率裂解误差，提供一种基于主动驱动旋转的全角模式半球谐振陀螺仪在线调谐方法。
5.技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
6.步骤1.让半球谐振陀螺仪数字测控系统工作在稳定状态，在全角控制模式下，使用pir(比例积分+比例谐振控制器)对幅度e和正交误差q进行闭环控制。
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上式中，τ为阻尼，是阻尼失配大小，δω为谐振子的频差，θ为振型的方位角，θ
ω
为谐振子频率裂解主轴的方位角，θ
τ
为谐振子阻尼失配主轴的方位角，e为谐振子振型的振幅，q为正交误差大小，ω为谐振子的谐振频率，是将幅度e控制到基准e0所需的力，是将正交误差q控制到零所需的力。
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对于上式中带有波动项的e和q，由于pi控制器无法做到无静差控制，而且波动频率越高，pi控制器的输出相位误差量越大，会导致半球谐振陀螺仪数字测控系统无法真正工作在稳定状态。因此，我们采用了pir控制器，其谐振参数就是q、e波动量的频率，使用该pir控制器可以完全将上式中的波动量抑制到零。而且，使用pi控制器，会导致后续模态匹
配模块通过解调出的和带有相位误差，导致无法做到真正的模态匹配
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进一步地，理论上，不使用pir控制器，直接将正交误差量q输入后续模态匹配模块也可以进行在线调谐，但是需要通过后续模态匹配模块，先解调再进行刚度控制，控制速度很慢，动态性能差。其次，刚度补偿只会将实际陀螺的q中包含的波动项去除，会导致q有残差，会导致按照下式设计的相位跟踪回路出现波动项，导致相位跟踪精度变差。
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步骤2.构建主动驱动旋转模块：通过匹配直流和谐振频率，保证主动驱动旋转模块输出的驱动力不随谐振频率和模态匹配模块输出的直流变化。
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上式中，为振型进动角速度，k为角增益，ω是外界输入角速度，是主动驱动旋转所需力的大小。在不考虑频差和阻尼造成的波动影响时，为了保证主动驱动旋转的角速度基值稳定，可以得到如下的驱动力大小
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由于在半球谐振陀螺仪数字测控系统工作在稳定状态时，e已经稳定在幅度基准e0，为了保证主动驱动旋转的转速稳定，首先需要匹配谐振频率ω
[0018]
其次，由于谐振子的驱动力是交直流耦合而成的，即最终施加到谐振子电极上的力
[0019]
f＝v
acvdc
[0020]
就是交流量，而直流量是通过模态匹配模块得到的，因此，还需要匹配直流量，来得到真正的
[0021]
步骤3.构建模态匹配模块：首先通过解调算法，包括但不限于乘法解调、最小均方解调、傅里叶解调、全相位fft解调、同步积分解调等解调算法，按照如下公式对正交误差q的pir控制器输出进行解调。
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在半球谐振陀螺仪数字测控系统工作在稳定状态时，q为零，e稳定在幅度基准e0，即
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解调可得和分别将二者作为频率裂解主轴角度θ
ω
和频差δω的控制器输入，使用pi控制器分别闭环控制。
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本发明的有益效果是：针对高精度全角模式半球谐振陀螺仪的高各向同性要求，使用电调的方式抑制谐振子制备过程中残余的频率裂解误差，提供一种基于主动驱动旋转
的全角模式半球谐振陀螺仪在线调谐方法，可以达到模态匹配，有利于降低阈值，提高主动驱动旋转的稳定性；通过闭环控制，能够让陀螺实时达到模态匹配状态，消除环境对陀螺仪频差的影响，有利于降低阈值，提高主动驱动旋转的稳定性，减小角度相关误差，提高全角陀螺仪性能。
附图说明
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图1是本发明采用的电路和控制回路框图。
具体实施方式
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下面结合具体实施例和附图，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0029]
本发明提出基于主动驱动旋转的全角模式半球谐振陀螺仪在线调谐方法，其特征在于：包括以下步骤：
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步骤1.让半球谐振陀螺仪数字测控系统工作在稳定状态，在全角控制模式下，使用pir(比例积分+比例谐振控制器)对幅度e和正交误差q进行闭环控制。
[0031]
步骤2.构建主动驱动旋转模块：通过匹配直流和谐振频率，保证主动驱动旋转模块输出的驱动力不随谐振频率和模态匹配模块输出的直流变化。
[0032]
步骤3.构建模态匹配模块：通过对正交误差控制量进行解调，得到和分别作为频率裂解主轴角度θ
ω
和频差δω的控制器输入，使用pi控制器分别进行闭环控制。
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如图1所示，本方法最终基于fpga实现，嵌入到陀螺测控系统的数字电路中。陀螺测控系统包括陀螺表头、前端放大电路、同步积分解调电路、ad/da转换电路、fpga数字处理平台以及相关的电源及配置电路。其中，fpga数字平台是控制系统的核心模块，pir控制模块、主动驱动旋转模块、模态匹配模块均在此实现。
[0034]
步骤1中，陀螺使用锁相环保证其工作在谐振状态，使用pir控制器作为正交误差q和幅度e的控制器，将陀螺角度差分得到的角速度作为谐振控制器中的谐振参数，可以将e、q控制到零，使半球谐振陀螺仪数字测控系统工作在稳定状态。
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步骤2的目的是得到一个恒定的主动驱动旋转速度，由于半球谐振陀螺仪数字测控系统工作在稳定状态时，e稳定在幅度基准e0，所以只要匹配公式中转速相关的谐振频率ω。其次，陀螺的驱动力是交直流耦合的，而直流量来自步骤3中的模态匹配模块，通过匹配直流量，来得到维持恒定主动驱动旋转速度所需要的
[0036]
步骤3中，由于pir控制器实在fpga中实现的，很容易得到正交误差量q的控制器输出将陀螺两倍角度的正余弦量作为解调参考信号，解调之后，可以得到和分别将二者作为频率裂解主轴角度θ
ω
和频差δω的控制器输入，使用pi控制器分别进行闭环控制。
[0037]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。