Розглянуто класифікацію, конструкцію та принцип роботи мікромеханічних осьових і маятникових акселерометрів. Наведено основні технічні характеристики й особливості конструкції та монтажу акселерометрів фірм Analog Devices, Motorola, STMicroelectronics та VTI Texhnologies. Запропоновано методи експериментального дослідження акселерометрів, випробувань і калібрування одно- та двовісних акселерометрів.

Рассмотрены классификация, конструкция и принцип работы микромеханических осевых и маятниковых акселометров. Приведены основные технические характеристики и особенности конструкции и монтажа акселометров фирм Analog Devices, Motorola, STMicroelectronics и VTI Texhnologies. Предложены методы экспериментального исследования акселерометров, испытаний и калибровки одно- и двухосевых акселерометров.

Описан косвенный метод определения коэффициента трения скольжения для механических систем. Рассмотрено поступательное движение тела по наклонной плоскости. В отличие от известного способа, когда коэффициент трения скольжения определяют по величине тангенса угла наклона, предложен способ определения трения по времени движения при различных углах наклона. Данный метод можно использовать при механических испытаниях различных материалов, а также при расчете и проектировании приборов.

Рассмотрены основные особенности скалярного метода калибровки блока гироскопов и акселерометров, который позволяет определять нулевые сигналы, погрешности масштабных коэффициентов и углы неортогональностей датчиков, не предъявляя жестких требований к угловой выставке испытательного оборудования и выставке датчиков на испытательном оборудовании. Однако, необходимо иметь достаточно высокую точность измерения нормированных выходных сигналов датчиков - алгоритм нормально работает при числе цифр не менее восьми после запятой в выходных сигналах акселерометров.

Описаны результаты работ, проводимых на кафедре приборов и систем ориентации и навигации НТУУ "КПИ", по исследованию скалярного способа калибровки блока гироскопов и акселерометров, который позволяет определять нулевые сигналы, погрешности масштабных коэффициентов и углов неортогональностей датчиков, не предъявляя жестких требований к угловой выставке испытательного оборудования. Однако при этом, как показано в работе, на точность скалярной калибровки влияют ошибки задания углов поворотов испытательного оборудования. Для решения проблемы сингулярности, возникающей при работе с матричными вычислениями, предложено перейти при расчетах от углов Эйлера-Крылова к кватернионам. Численное моделирование на ЭВМ подтвердило правильность предложенного способа.

Описаны результаты исследования воздействия акустического шума на поведение осевого навигационного акселерометра, который входит в качестве чувствительного элемента в состав бортовых приборов ракет и самолетов с реактивными двигателями. Получены полные аналитические выражения для переходной характеристики акселерометра. Анализ полученных выражений показал, что акустический шум приводит к появлению на выходе акселерометра дополнительного затухающего гармонического сигнала с амплитудой, зависящей от частоты шума. Основное влияние акустическое воздействие оказывает на длительность переходного процесса. Численные расчеты на ЭВМ подтвердили правильность полученных выводов.

Приведено описание макета инерциального измерительного модуля, предназначенного для проверки и отработки вычислительных алгоритмов бесплатформенной системы ориентации, построенной по MEMS технологии. Макет модуля состоит из трех одноосных микромеханических гироскопов, трех двухосных микромеханических акселерометров и двух магнитометров, а также двух микроконтроллеров, предназначенных для оцифровки сигналов гироскопов и магнитометров. Питание модуля, связь с компьютером и выполнение вычислительных алгоритмов ориентации, осуществляется посредством одного и того же USB-порта. Представлены результаты вычислений вариаций Аллана для исследования шумовых составляющих выходных сигналов акселерометров и гироскопов, которые позволяют оценить значения шумов и в дальнейшем применить их при цифровой фильтрации.

Описан косвенный метод определения угловой скорости вращения объекта, использующий измерение разности сопротивлений двух одинаковых круглых контуров с обратной схемой подключения. Данный метод может быть использован при создании электрических контурных гироскопов. В основе метода лежит гипотеза об инвариантности скорости распространения электрического тока в одном контуре. Если выходной сигнал макета пропорционален угловой скорости основания, то масштабный коэффициент зависит от величины тока, числа витков и радиуса контура, удельного сопротивления материала проводника, а также площади поперечного сечения проводника и скорости распространения электрического тока. Расчеты показывают реальность изготовления электрических контурных гироскопов.

Рассмотрен скалярный метод контроля и диагностики блока гироскопов и акселерометров, входящих в состав бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС). В основе метода лежит скалярный способ калибровки. Согласно методу, строятся алгоритмы контроля и диагностики. В результате проверки алгоритма контроля осуществляется контроль работоспособности всего блока гироскопов или акселерометров, а на основании алгоритма диагностики происходит определение отказавшего элемента и выясняется причина его отказа. Процесс проверок состоит в сравнении вычисленных оценок значений нулевых сигналов, погрешностей масштабных коэффициентов и углов неортогональностей датчиков с их соответствующими паспортными параметрами с учетом допусков к этим параметрам, хранящимися во внутренней памяти БИНС. В результате сравнения делается вывод о работоспособности датчиков, а также определяется, в каком датчике БИНС произошел отказ.

Виставка інерціальної навігаційної системи (ІНС) є важливим та складним етапом роботи системи, тому що від точності виставки та часу процесу виставки залежить точність її роботи. Мета роботи - дослідження можливості використання ПІД-регулятора для початкової виставки ІНС. Описано стандартний процес горизонтування за схемою "акселерометр-гіроскоп-платформа". Досліджено можливість використання ПІД-регулятора в режимі горизонтування платформи за схемою "акселерометр-платформа". Одержано розрахункові формули для визначення коефіцієнтів ПІД-регулятора, динамічні та точнісні характеристики режиму гірокомпасування для пропорційного закону керування гіроскопом. Наведено результати числового моделювання процесу горизонтування для кількох критеріїв вибору коефіцієнтів ПІД-регулятора. Висновки: використання стандартної форми Баттерворта і критерію мінімуму інтеграла від зваженого модуля помилки надає змогу зменшити час приведення і забезпечити необхідну точність. Використання ПІД-регулятора для режиму грубого горизонтування надає можливість забезпечити необхідну якість процесу регулювання.

Наведено новий метод калібрування інерціальних вимірювальних блоків для безплатформової інерціальної технології. Інерціальний вимірювальний блок складається з акселерометрів, гіроскопів і системи обробки сигналів. Як правило, для калібрування інерціального вимірювального блоку використовують метод тестових поворотів та обертання на поворотному столі. Новий метод калібрування основано на вимірюванні повного кута повороту або кінцевого обертання. Фактично пропонується повертати інерціальний вимірювальний блок навколо одної осі кінцевого повороту. Для розв'язання рівняння калібрування необхідно забезпечити рівність рангу основної матриці порядку базової матриці. Результати змодельованих даних ІВБ представлено для демонстрації ефективності нового методу калібрування.

Калібрування є важливим етапом роботи при введенні в експлуатацію таких навігаційних датчиків, як акселерометри. Мета роботи - дослідження можливості використання методу калібрування та корекції вихідних сигналів тривісного акселерометра (ТВАМ). Для роботи з моделями вихідних сигналів застосовуються матричні методи лінійної алгебри. Зокрема, для визначення невідомих параметрів моделі використано метод найменших квадратів. Алгоритм корекції вихідних сигналів представлено у вигляді матричного запису розв'язку системи лінійних рівнянь. Для оцінки ефективності корекції вихідних сигналів використано такі методи математичної статистики, як середньоквадратичне відхилення та математичне сподівання. Одержано розрахункові формули для визначення параметрів калібрування, розроблено коректувальну ланку для вихідних сигналів ТВАМ. Організовано експериментальні калібрування та опрацьовано одержані дані за допомогою алгоритму калібрування та коректувальної ланки. Наведено результати досліджень для кількох дослідних зразків ТВАМ. Зроблено висновки, що використання калібрувальних коефіцієнтів, що поєднують в собі похибки масштабних коефіцієнтів і неортогональності осей надає змогу значно зменшити обчислювальне навантаження на електронні блоки обробки сигналів та отримувати вихідні сигнали з задовільною точністю.

Запропоновано новий метод визначення широти місця для нерухомої основи. Метод базується на безплатформовій інерціальній технології, для чого використовується інерціально-вимірювальний модуль. Цей модуль складається з трьох акселерометрів, трьох гіроскопів та плати обробки сигналів. Показано, що постійні нахили основи не впливають на визначення широти. Проведені експерименти підтвердили справедливість нового методу визначення широти місця. Експериментальне устаткування складалося з інерціально-вимірювального модуля з лазерних гіроскопів та навігаційних акселерометрів. Розроблено математичну модель похибки визначення широти місця, яка залежить від похибок акселерометрів та гіроскопів. Приведено результати обчислень, які демонструють вимоги до характеристик чутливих елементів.