A new digitized decoupled dual-axis micro dynamically tuned gyroscope with three equilibrium rings (TMDTG) is proposed which can eliminate the constant torque disturbance (CTD) caused by the double rotation frequency of a driving shaft with a micro dynamically tuned gyroscope with one equilibrium ring (MDTG). A mechanical and kinematic model of the TMDTG is theoretically analyzed and the structure parameters are optimized in ANSYS to demonstrate reliability. By adjusting the thickness of each equilibrium ring, the CTD can be eliminated. The digitized model of the TMDTG system is then simulated and examined using MATLAB. Finally, a digitized prototype based on FPGA is created. The gyroscope can be dynamically tuned by adjusting feedback voltage. Experimental results show the TMDTG has good performance with a scale factor of $283LSB/^{\circ}/s$ in X-axis and $220LSB/^{\circ}/s$ in Y-axis, respectively. The scale factor non-linearity is 0.09% in X-axis and 0.13% in Y-axis. Results from analytical models, simulations, and experiments demonstrate the feasibility of the proposed TMDTG.
The gyroscope is the sensor for detecting the rotation in inertial reference frame and constitute the navigation system together an accelerometer. As the inertial reference equipment for attitude determination and control in the satellite, the mechanical gyroscope has been used but it bring the disturbance for mass unbalance so the disturbance give a bad influence to the observation satellite mission because the mechanical gyroscope has the rotation parts. During the launch, The mechanical gyroscope is weak in vibration, shock and has the defect of narrow operating temperature range so it need the special design in integration. Recently the low orbit observation satellite for seeking the high pointing accuracy of image camera payload accept the FOG(Fiber Optic Gyro) or RLG(Ring Laser Gyro) for the attitude determination and control. The Ring Laser Gyro makes use of the Sanac effect within a resonant ring cavity of a He-Ne laser and has more accuracy than the other gyros. It need the 1000V DC to create the He-Ne plasma in discharge tube. In this paper, the design process of the High Voltage Power Supply for RLG(Ring Laser Gyroscope) is described. The specification for High Voltage Power Supply(HVPS) is proposed. Also, The analysis of flyback converter topology is explained. The Design for the HVPS is composed of the inverter circuit, feedback control circuit, high frequency switching transformer design and voltage doubler circuit.
Gyroscope is a very important core sensor, as a rotation sensor in inertial space, in inertial guidance and navigation system on aeronautics, plane, vessel and so on for civilian and millitary applications. Mechnical gyroscopes, adopting a principle of spinning a top, have been used in many application system. These mechnical gyroscopes need high power consumption, long warming time and complicated peripheral devices. But fiber-optic gyroscopes, based on the Sagnac effect, have novel advantages as small volume. simple scheme, low power consumption and high reliability. So we have developed a Intermediate grade All-fiber Optic Gyroscope, which has open-loop and minimum reciprocal configuration scheme. We have designed feedback circuits for stability of amplitude and phase using four lock-in amplifier(LIA) circuits and also used for noise limitation. This paper describes the scheme of optical part and electronic part and also test results of this all-fiber optic gyroscope. The performance have been achieved as long-term bias drift of $9.54^{\circ}/h$, random walk of $0.0317^{\circ}/\sqrt{h}$ and dynamic range of ${\pm}150\;deg/s$.
We have constructed and characterized a depolarized fiber-optic gyroscope that uses a length of single-mode fiber as a sensing loop fiber. We have also calculated the noise characteristics of the gyroscope and have found an optimum phase modulation depth that gives the highest signal-to-noise ratio in the gyroscope. The random walk coefficient as small as 0.7$\times$10$^{-3}$ deg/√hr was obtained at the modulation depth of around 2.4 rad. The random walk coefficients measured at various modulation depths were found to be in reasonable agreement with the calculation.
We proposed and demonstrated a new scheme for subtracting the source excess noise from the output of the fiber-optic gyroscope. Unlike the previous methods, this scheme has an advantage of not requiring a delaying fiber for source noise detection and can be simply applied to fiber gyroscope operating at the proper frequency. By usmg this scheme. the proper frequency component of the source excess noise was subtracted from the gyroscope output. As a result, we obtained the reduction of noise by 12 dB (electrical) which was measured from the noise floor spectrum in the fiber gyroscope modulated at the proper frequency. We also obtarned !be random walk coefficient of thc gyro output reduced by a factor of 3.5. f 3.5.
Erbium 첨가 광섬유를 광원겸 광증폭기로 사용하는 방식으로 개회로 형태의 광섬유 gyroscope를 구성하였다. Erbium 첨가 광섬유를 거쳐 5mW 이상의 gyro 출력광 power와 7nm의 파장선폭을 얻었다. Loop 광섬유로부터 광증폭기형 광원으로의 feedback으로 인하여 회전속도에 따라 scale factor가 변화함을 관찰할 수 있었다. 그러나 변조된 gyro 출력신호광의 평균 power가 회전속도에 무관하도록 위상차의 변조진폭을 $\PHI_m=2.405 rad$으로 한 경우에 회전속도와 무관한 일정한 scale factor를 얻을 수 있었다.
Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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1999.08a
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pp.226-227
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1999
In the fiber-optic gyroscope employing the erbium-doped fiber source, the source excess noise was subtracted through a signal processing to improve the gyroscope sensitivity . As the result, we obtained the improvement of 14 dB(electrical) at the proper frequency, which was measured from the noise floor spectrum . In addition the random walk coefficient in the gyro output was reduced by about factor of three.
This paper presents an application of LQR(Linear Quadratic Regulator) for experimental control moment gyroscope. To be specific, mathematical model is first derived based on the quaternion and Lagrange's equation, state feedback controller using LQR scheme is designed, and to show the stability of the scheme, experimental results are given.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.8
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pp.669-672
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2004
This paper considers the implementation and experiments of an open-loop Cylindrical Vibratory Gyroscope(CGV). An open-loop CGV composed of thin cylindrical vibrating element, electromagnetic drive and pick-off element with open-loop control was designed and fabricated. The experimental performance tests of the open-loop CGV were done using a temperature chambered rate table. Also, the limitations of open-loop CGV were analyzed and the solution for the limitations was proposed.
A dead reckoning navigation system is developed for autonomous mobile robot localization. The navigation system was implemented by novel sensor fusion using a Kalman filter. A differential encoder and the gyroscope error models are developed for the filter. An indirect Kalman filter scheme is adopted to reduce the computational burden and to enhance the navigation system reliability. The filter mutually compensates the encoder errors and the gyroscope errors. The experimental results show that the proposed mobile . robot navigation algorithm provides the reliable position and heading angle of the mobile robot without any help of the external positioning systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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