劉健寧，蔣軍彪，石順祥，馬家君，郭強(qiáng)

(1.西安電子科技大學(xué) 技術(shù)物理學(xué)院，陜西 西安710071;2.西安北方捷瑞光電科技有限公司，陜西 西安710111 )

0 引言

全反射棱鏡式激光陀螺[1－4](TRPLG)是一種高精度光電式慣性敏感儀表。它采用全反射棱鏡組成光路，避免了反射鏡鍍膜工藝，具備抗空間輻射、性能穩(wěn)定、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，目前已形成多種型號(hào)，獲得了比較成熟的應(yīng)用。TRPLG為了避免壓電元件擠壓使棱鏡產(chǎn)生應(yīng)力雙折射效應(yīng)，采用加熱諧振腔內(nèi)一段氣體改變其折射率，達(dá)到穩(wěn)頻控制的目的。與傳統(tǒng)反射鏡式激光陀螺依靠壓電元件直接改變光路穩(wěn)頻相比，熱過程穩(wěn)頻光路對(duì)稱性好，但由于熱傳遞存在弛豫，穩(wěn)頻系統(tǒng)控制時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，不易穩(wěn)定。而實(shí)驗(yàn)考察瞬態(tài)熱傳導(dǎo)過程難度較大，所以本文采用有限元分析法模擬熱傳導(dǎo)過程，對(duì)跳模瞬時(shí)諧振腔溫度分布和伺服系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析并通過相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，該研究對(duì)該型陀螺穩(wěn)頻系統(tǒng)的穩(wěn)定工作以及數(shù)字化穩(wěn)頻控制回路的研制有參考價(jià)值。

1 TRPLG 穩(wěn)頻系統(tǒng)工作原理

TRPLG 是通過控制毛細(xì)腔內(nèi)穩(wěn)頻氣體的折射率來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻的。對(duì)穩(wěn)頻氣體折射率的控制是通過控制伺服系統(tǒng)內(nèi)部彈性膜片振動(dòng)和實(shí)時(shí)改變加熱絲上的電壓來完成的。穩(wěn)頻氣體溫度控制過程本質(zhì)上是一個(gè)毛細(xì)腔熱傳導(dǎo)過程。

圖1 為棱鏡式激光陀螺的穩(wěn)頻示意圖。其穩(wěn)頻系統(tǒng)的工作過程具體可分為穩(wěn)頻工作過程和跳?？刂七^程。

圖1 棱鏡式激光陀螺穩(wěn)頻示意圖Fig.1 Schematic diagram of prisms laser gyro frequency stabilization

1.1 穩(wěn)頻工作過程

TRPLG 的穩(wěn)頻是依靠穩(wěn)頻系統(tǒng)內(nèi)部的彈性膜片配合加熱絲實(shí)現(xiàn)的。在交流電驅(qū)動(dòng)下彈性膜片振動(dòng)引起腔道內(nèi)空氣密度波動(dòng)，因?yàn)楦稍餁怏w的折射率與氣體密度呈線性關(guān)系，所以膜片振動(dòng)能夠使激光器的光學(xué)腔長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，激光頻率在工作頻率附近游走。光電探測(cè)器檢測(cè)諧振腔輸出光強(qiáng)的穩(wěn)頻參考信號(hào)，如圖2(a)所示。

如果外界環(huán)境改變，諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)變化，工作縱模偏離增益曲線中心位置，則穩(wěn)頻參考信號(hào)的相位、幅值將同步發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為參考信號(hào)頻率降低，幅值增大，如圖2(a)中穩(wěn)頻參考信號(hào)曲線2所示。此時(shí)，穩(wěn)頻電路實(shí)時(shí)地檢測(cè)出穩(wěn)頻參考信號(hào)的改變，并通過控制電路產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)，控制伺服系統(tǒng)發(fā)熱，使該單縱模重新回到介質(zhì)增益曲線中心振蕩，當(dāng)單縱模位于介質(zhì)增益曲線中心處振蕩時(shí)，穩(wěn)頻參考信號(hào)的頻率升高，幅值降低，如圖2(a)中穩(wěn)頻參考信號(hào)曲線1 所示，此時(shí)，通過電路低通濾波器濾波，實(shí)際上不改變加熱絲上電壓。圖2(b)、圖2(c)分別描述諧振腔工作縱模向中心位置的低頻端和高頻端偏移的情況。注意這兩種情況下，穩(wěn)頻參考信號(hào)的相位差π/2.由此，通過穩(wěn)頻系統(tǒng)判斷穩(wěn)頻參考信號(hào)的幅度可確定工作縱模是否偏移，以及偏移量;通過穩(wěn)頻參考信號(hào)的相位，可以判定工作縱模相對(duì)中心位置偏移的方向，通過控制加熱絲上電壓的升降，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。

圖2 穩(wěn)頻原理圖Fig.2 Schematic diagram of frequency stabilization

1.2 跳?？刂七^程

當(dāng)環(huán)形激光器工作頻率偏離中心位置較大，超出穩(wěn)頻容限時(shí)，該系統(tǒng)將實(shí)施跳?？刂?。其原理:通過復(fù)位加熱絲上的電壓，即在加熱絲上施加一個(gè)脈沖電壓，使穩(wěn)頻氣體溫度突然升高，引起激光器相鄰的縱模移進(jìn)增益曲線內(nèi)，原工作縱模移出增益曲線，整個(gè)跳模控制過程在幾十毫秒內(nèi)完成，是一個(gè)瞬態(tài)過程。

從以上對(duì)穩(wěn)頻控制過程和跳?？刂七^程的分析可以看出，穩(wěn)頻系統(tǒng)工作的核心是穩(wěn)頻氣體的溫度控制。由于熱傳導(dǎo)存在弛豫過程，因此嚴(yán)格分析穩(wěn)頻系統(tǒng)工作過程時(shí)需考慮:穩(wěn)頻過程中加熱絲電壓的積分速率;跳模時(shí)穩(wěn)頻系統(tǒng)施加脈沖電壓的幅值、寬度;環(huán)形激光器雙縱模交替時(shí)間的長(zhǎng)短;確保一次跳模僅跳過一個(gè)縱模為最佳跳模狀態(tài)等眾多因素。

2 穩(wěn)頻過程溫度場(chǎng)分布理論分析

2.1 穩(wěn)頻工作過程中氣體熱力學(xué)狀態(tài)

穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)的工作方式屬于熱力學(xué)范疇，所以，應(yīng)當(dāng)用熱力學(xué)方法研究。建立如圖3 所示的分析模型。圖中空間Ⅰ內(nèi)充滿穩(wěn)頻氣體，空間Ⅱ?yàn)檎婵铡?/p>

圖3 穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析模型Fig.3 The structure model of frequency stabilization servo system

穩(wěn)頻工作過程是通過加熱絲和彈性膜片的配合實(shí)現(xiàn)的，為了區(qū)分二者的功能，下面分2 步對(duì)其進(jìn)行分析:

1)分析加熱絲上直流電壓變化導(dǎo)致的穩(wěn)頻氣體狀態(tài)的變化規(guī)律。

當(dāng)陀螺開始工作后，由于環(huán)境溫度變化及引燃后的自溫升效應(yīng)，其工作頻率處在緩慢漂移中，為了抵消漂移保持工作頻率穩(wěn)定，穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)的狀態(tài)處于不斷平衡調(diào)整中。因?yàn)殡娭录訜峤z發(fā)熱時(shí)間遠(yuǎn)小于氣體的熱弛豫時(shí)間，所以可以認(rèn)為系統(tǒng)處于準(zhǔn)平衡態(tài)。設(shè)外界環(huán)境導(dǎo)致諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)增加，則穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)需要降低穩(wěn)頻氣體的折射率以減小光學(xué)腔長(zhǎng)，平衡變化。為此，加熱絲上電壓降低，空間Ⅰ內(nèi)氣體溫度隨之逐漸降低。

根據(jù)穩(wěn)頻氣體折射率隨溫度的變化關(guān)系[5]:

式中:n0為θ = 0 ℃時(shí)的折射率;擬合因子α =0.003 68 ℃－1，α 的精度達(dá)到10－5℃－1.可見，利用加熱絲上電壓的變化，進(jìn)而改變環(huán)形光路內(nèi)一段穩(wěn)頻氣體的溫度，可以改變穩(wěn)頻氣體的折射率。設(shè)外界環(huán)境變化導(dǎo)致諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)變?yōu)閘 +Δl.為了抵消光學(xué)腔長(zhǎng)的變化，穩(wěn)頻氣體的折射率受到伺服系統(tǒng)控制變?yōu)閚 +Δn.顯然，為了保持諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)不變，Δn 應(yīng)滿足

式中:lg為充有穩(wěn)頻氣體的毛細(xì)腔幾何長(zhǎng)度。將(1)式帶入并求導(dǎo)數(shù)，得到

根據(jù)環(huán)形激光器工作頻率與諧振腔長(zhǎng)的關(guān)系ν=c/l，c 為光速，可得

(4)式是該型陀螺穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)對(duì)工作頻率漂移的補(bǔ)償方程，其中溫度θ 是可控制量?？梢姡诜€(wěn)頻過程中，穩(wěn)頻氣體的溫度與陀螺工作頻率相關(guān)，證明了依靠熱過程穩(wěn)頻的可行性。

2)分析壓電元件上的交流電壓周期變化導(dǎo)致穩(wěn)頻氣體狀態(tài)改變的規(guī)律。

壓電陶瓷片上的交流電壓周期變化導(dǎo)致空間Ⅰ內(nèi)的氣體密度受到周期性調(diào)制:

式中:Cλ為與入射穩(wěn)頻氣體的光的波長(zhǎng)相關(guān)的系數(shù)，Cλ=77.48(1 +6.063 ×10－3λ－2)×10－6.

光學(xué)腔長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的陀螺工作頻率νq模調(diào)制的諧振頻率為

在陀螺實(shí)際工作中，環(huán)境溫度很少突變，即使環(huán)境溫度突變，溫度梯度傳至諧振腔微晶玻璃材料內(nèi)部也會(huì)經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，使得陀螺工作頻率漂移相對(duì)于現(xiàn)有穩(wěn)頻控制慢得多。所以，這種陀螺在穩(wěn)頻控制過程中精度表現(xiàn)較好。而在跳?？刂七^程中，由于熱弛豫的存在，將延長(zhǎng)陀螺頻率不穩(wěn)定時(shí)間，這將對(duì)陀螺的穩(wěn)定工作造成影響。如果某些參數(shù)設(shè)置不合適，將造成陀螺精度下降，甚至由跳?，F(xiàn)象引起故障，故采用有限元分析法進(jìn)一步分析跳模控制過程。

2.2 跳模控制過程有限元分析

2.2.1 分析模型

本文按照與實(shí)際伺服系統(tǒng)等比例相同結(jié)構(gòu)，建立的有限元分析模型如圖4 所示。

圖4 熱分析模型Fig.4 Thermal analysis model

包括穩(wěn)頻氣體、加熱絲、棱鏡玻璃3 種材料。結(jié)構(gòu)包括加熱絲、絕熱橡膠管、毛細(xì)腔、兩側(cè)保護(hù)罩、棱鏡5 部分。其中，毛細(xì)腔內(nèi)部充有穩(wěn)頻氣體，其直徑僅1 mm，加熱絲直徑僅0.05 mm.在微觀條件下，穩(wěn)頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將決定終態(tài)溫度分布及熱傳遞的速率。

2.2.2 物理理論與數(shù)學(xué)模型

圖4 中模型的溫度分布隨時(shí)間的變化滿足熱傳導(dǎo)通用微分方程[6]

式中:θ 為分析模型的溫度;μ 為導(dǎo)熱系數(shù);qν為熱源的發(fā)熱率密度;ρ 為氣體密度;cp為定壓比熱容。材料導(dǎo)熱系數(shù)、密度以及定壓比熱容如表1 所示。

為得到微分方程(9)式的解，必須根據(jù)所研究的具體問題給出定解條件，即邊界條件。邊界條件分為3 類:1)任意瞬時(shí)物體表面的溫度θt=fx，y，z，t;2)任意瞬時(shí)物體表面的熱流密度;3)物體周圍介質(zhì)的溫度θh，以及周圍介質(zhì)與物體表面間的換熱情況，即給定換熱系數(shù)β.按照公式

表1 材料物理性質(zhì)Tab.1 The physical properties of materials

計(jì)算。在本文中，模型的初始條件設(shè)定為25 ℃，不同區(qū)域的邊界條件為:

1)對(duì)流作為面載荷，施加在加熱器電阻絲及周圍空氣上，以及保護(hù)罩內(nèi)空氣與棱鏡的接觸處。ANSYS 軟件可以通過設(shè)置材料比熱容以及熱導(dǎo)率的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分邊界條件的設(shè)置。

2)熱生成率作為面載荷，將單位面積的熱流率，施加在加熱絲與周圍空氣的接觸面上，即設(shè)置方程(9)式中的qν.運(yùn)算時(shí)，qν的表達(dá)式為

式中:Q 為熱輻射功率;U(t)為加熱絲兩端電壓，為一個(gè)時(shí)變函數(shù);R 為加熱絲阻值;S 為加熱絲與穩(wěn)頻氣體接觸的外表面積。

電壓U(t)的函數(shù)模型參照熱力學(xué)描述熱輻射過程的函數(shù)

式中:t 為時(shí)間;C1、C2為系數(shù)，取不同值對(duì)應(yīng)著穩(wěn)頻過程中所施加的電壓形式不同。

通過大量的模擬、實(shí)驗(yàn)，證明陀螺跳模時(shí)滿足穩(wěn)頻需要的最佳電壓形式是存在的。為了說明簡(jiǎn)單，在此列舉有代表性的3 組U(t)說明計(jì)算結(jié)果。

分別命名為熱源1、熱源2、熱源3，3 種熱源的函數(shù)圖像如圖5 所示。

圖5 3 種熱源函數(shù)圖Fig.5 The three heat source functions graph

熱源1 函數(shù)幅值高，電壓施加時(shí)間短;熱源3 函數(shù)電壓幅值低，電壓施加時(shí)間長(zhǎng);熱源2 函數(shù)相對(duì)于熱源1、熱源3 幅值和時(shí)間寬度適中。3 組熱源功耗基本相等，即它們的電壓曲線與時(shí)間軸(x 軸)所包圍面積保證基本相等，只是能量傳導(dǎo)速率不同。

分析時(shí)選用步進(jìn)式貫序耦合的計(jì)算方式，前一次計(jì)算所得的熱場(chǎng)結(jié)果作為后一次計(jì)算的載荷，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間先后上的熱場(chǎng)耦合。計(jì)算遞進(jìn)時(shí)間步長(zhǎng)選擇為2 ms，總計(jì)算時(shí)間為30 ms.

由于控制系統(tǒng)是利用熱傳導(dǎo)過程實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻控制的，熱效應(yīng)的弛豫時(shí)間、脈沖電壓的幅度、寬度等會(huì)直接影響穩(wěn)頻系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。因此，研究穩(wěn)頻系統(tǒng)的瞬態(tài)熱工作過程，對(duì)了解棱鏡式激光陀螺穩(wěn)頻系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)一步優(yōu)化控制參數(shù)有重要意義。

3 結(jié)果分析

將(11)式、(13)式及相關(guān)材料參數(shù)帶入方程(9)式，用ANSYS 模擬。

3.1 熱源2 模擬結(jié)果

圖6 為有限元分析網(wǎng)格圖，由于加熱絲細(xì)且密繞，模型中不同材料間的交界面多，所以網(wǎng)格劃分細(xì)密。圖7 為計(jì)算得到的加熱絲加熱8 ms 后的溫度分布圖，此時(shí)毛細(xì)腔內(nèi)最高溫度為23.16 ℃，最低溫度為21.89 ℃，與初始溫度20 ℃相比均有一定的溫升。

圖6 模型網(wǎng)格圖Fig.6 The grid chart of model

選取模型上2 個(gè)代表性位置:1)加熱絲;2)穩(wěn)頻氣體。2 個(gè)位置在加熱過程中溫度隨時(shí)間的變化曲線如圖8、圖9 所示。

根據(jù)圖8 溫度與時(shí)間曲線，電壓作用加熱絲19 ms 后，加熱器內(nèi)部基本達(dá)到熱平衡，溫度不再劇烈變化。穩(wěn)頻氣體溫度約24 ms 后平衡，2 個(gè)位置存在約5 ms 的延時(shí)，這是熱傳導(dǎo)時(shí)間。穩(wěn)頻氣體溫度變化較平緩，所達(dá)到的最高溫度較加熱器低1 ℃左右。溫度梯度分布是由穩(wěn)頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的，理想狀態(tài)是適當(dāng)減少熱傳導(dǎo)時(shí)間，同時(shí)保證穩(wěn)頻氣體的溫度變化斜率平緩，避免熱氣體沖擊棱鏡影響光路穩(wěn)定。

圖7 溫度分布圖Fig.7 The temperature distribution of model

圖8 加熱絲溫度變化曲線Fig.8 Temperature change curve of heating wire

圖9 穩(wěn)頻氣體溫度變化曲線Fig.9 Temperature change curve of frequency stabilization gas

利用(1)式結(jié)合任意時(shí)刻穩(wěn)頻氣體軸線上的溫度分布模擬結(jié)果，結(jié)合棱鏡玻璃折射率隨溫度改變的特性數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出在熱源2 作用下，陀螺1 次跳模跳過1.5 個(gè)縱模，如圖10 對(duì)應(yīng)曲線所示。諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)改變來源于2 個(gè)方面:1)穩(wěn)頻氣體受熱折射率變化;2)封閉穩(wěn)頻氣體的2 個(gè)全反射棱鏡通光位置溫度傳入一段距離，由此引起的折射率改變。通過有限元分析，可以定量二者對(duì)跳模過程的貢獻(xiàn)比例為3∶1.也就是如果穩(wěn)頻氣體造成諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)變化474 nm，則棱鏡溫升造成諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)變化158 nm.

3.2 熱源1 和熱源3 模擬結(jié)果

在熱源1 作用下，分析結(jié)果表明陀螺整個(gè)跳模過程最多跳模0.8 次;在熱源3 作用下，分析結(jié)果表明陀螺整個(gè)跳模過程最多跳模2.5 ～3 次。如圖10所示，在3 種熱源作用下，陀螺在30 ms 內(nèi)跳模次數(shù)的對(duì)比統(tǒng)計(jì)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱源2 模擬結(jié)果對(duì)于穩(wěn)頻系統(tǒng)的跳?？刂剖潜容^理想的。

圖10 3 種電壓脈寬對(duì)應(yīng)跳模次數(shù)對(duì)比Fig.10 The numbers of mode jumping for different voltage pulse widths

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了證明上述結(jié)論，在常溫25 ℃環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)同一陀螺分別應(yīng)用上述3 種穩(wěn)頻控制參數(shù)，通過對(duì)比陀螺測(cè)角速度精度情況，衡量3 種控制參數(shù)下穩(wěn)頻系統(tǒng)的工作質(zhì)量。

圖11 為應(yīng)用了熱源1 控制電壓作用下陀螺精度測(cè)試結(jié)果。如圖11(a)所示，陀螺系統(tǒng)每100 s 記錄1 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總測(cè)試時(shí)間超過2 h;如圖11(b)所示，電壓曲線上跳代表陀螺穩(wěn)頻系統(tǒng)進(jìn)行跳模動(dòng)作。除去跳模點(diǎn)，該陀螺單位時(shí)間(每100 s)內(nèi)光電探測(cè)器計(jì)數(shù)表面掃過705 條暗紋，條紋計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)基本上呈現(xiàn)為一條直線，精度良好，但陀螺在跳模過程中精度計(jì)數(shù)突然消失。出現(xiàn)該故障的原因是由于跳模時(shí)施加在跳?？刂茊卧系拿}沖電壓不滿足正常跳過一個(gè)縱模的最低要求，導(dǎo)致穩(wěn)頻系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間失效，原有暗紋消失，隨著穩(wěn)頻系統(tǒng)的自動(dòng)控制補(bǔ)償，陀螺需要相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)完成跳模動(dòng)作，當(dāng)穩(wěn)頻系統(tǒng)恢復(fù)正常工作時(shí)，精度重新正常。

圖11 應(yīng)用熱源1 陀螺樣本精度測(cè)試曲線Fig.11 The accuracy curves of gyro in the use of heat source 1

圖12 為應(yīng)用了熱源2 電壓作用下陀螺精度測(cè)試結(jié)果，該陀螺在整個(gè)測(cè)試階段，精度優(yōu)于0.005(°)/h，跳模過程不影響精度計(jì)數(shù)，滿足要求。

圖12 應(yīng)用熱源2 陀螺樣本精度測(cè)試曲線Fig.12 The accuracy curves of gyro in the use of heat source 2

圖13為應(yīng)用了熱源3 電壓作用下陀螺精度測(cè)試結(jié)果，可以看到跳模前后陀螺精度計(jì)數(shù)基準(zhǔn)發(fā)生了跳變，單位時(shí)間計(jì)數(shù)由770 條變?yōu)?60 條，陀螺單位時(shí)間內(nèi)精度計(jì)數(shù)[7]可以寫為

式中:φ 為陀螺的總轉(zhuǎn)角;A 為環(huán)形腔所包圍面積。根據(jù)(14)式解釋出現(xiàn)圖13 現(xiàn)象的原因是:在熱源3電壓作用下，陀螺1 次跳模過程中跳過了多個(gè)縱模，這將造成諧振腔光學(xué)腔長(zhǎng)變化量過大，尤其因?yàn)橹C振腔光路上的穩(wěn)頻氣體密度、壓強(qiáng)較大幅度上升，導(dǎo)致跳模前后縱模損耗相差大，造成精度計(jì)數(shù)基準(zhǔn)改變。由此引起跳模精度跳臺(tái)階，影響陀螺性能。所以，為了縮短熱弛豫時(shí)間盲目地增加穩(wěn)頻系統(tǒng)跳模過程加熱能量會(huì)造成陀螺嚴(yán)重的功能性故障。

圖13 應(yīng)用了熱源3 陀螺樣本精度測(cè)試曲線Fig.13 The accuracy curves of gyro in the use of heat source 3

有必要指出的是:3 次實(shí)驗(yàn)陀螺單位時(shí)間內(nèi)精度基準(zhǔn)存在差異，這是測(cè)試過程中陀螺儀表沒有徹底消磁造成的，不影響陀螺穩(wěn)頻效果的觀測(cè)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)定熱源2 是這套穩(wěn)頻系統(tǒng)較理想的穩(wěn)頻系統(tǒng)控制參數(shù)。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)3 組熱源參數(shù)的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明:常溫下這種陀螺穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)的最佳控制參數(shù)是存在的，在此最佳參數(shù)基礎(chǔ)上，為了縮短跳?？刂茣r(shí)間，盲目增加幅值、減少加熱時(shí)間，或?yàn)榱耸固？刂浦袦囟葓?chǎng)分布變化平穩(wěn)，增加加熱時(shí)間、減少電壓幅值，所得到的陀螺精度表現(xiàn)均不理想。

實(shí)際中，利用這組優(yōu)化參數(shù)，陀螺穩(wěn)頻控制獲得了很好的效果，陀螺精度普遍提高。

5 結(jié)論

為了克服棱鏡式激光陀螺穩(wěn)頻過程中熱傳導(dǎo)弛豫時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)陀螺精度的影響，本文依據(jù)實(shí)際建立了有限元分析模型，選取有代表性的3 組控制參數(shù)分別模擬計(jì)算，并通過測(cè)試陀螺精度評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)穩(wěn)頻效果，最終得到一組脈沖電壓為系統(tǒng)常溫下較理想的控制參數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明這種優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)提高棱鏡式激光陀螺精度很有幫助。

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