本文關鍵詞：多功能微機械陀螺及其應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

網(wǎng)友小博士近日為您收集整理了關于機械工程碩士論文精選范文：多功能微機械陀螺及其應用的文檔，希望對您的工作和學習有所幫助。以下是文檔介紹：機械工程碩士論文精選范文:多功能微機械陀螺及其應用第一章緒論1.1研究背景及意義陀螺是慣性系統(tǒng)中一種核心部件,代寫碩士論文在航空、航海、航天、兵器及其它一些民用領域,有著十分廣泛和重要的應用。飛行器控制與穩(wěn)定系統(tǒng)性能的改進,很大程度上取決于飛行器上陀螺的精度和可靠性。陀螺按照框架的數(shù)目和支承的形式分類可分為三自由度陀螺[1-3]和雙自由度陀螺[4-6]。1.1.1三自由度陀螺在飛行器上的應用三自由度支承能使陀螺在空間保持主軸方向不變,這種方法支承,陀螺是自由的。三自由度陀螺應用于飛行器上,其基本功能是敏感角位移,因此三自由度陀螺也稱為自由陀螺或位置陀螺。根據(jù)三自由度陀螺在飛行器上安裝方式的不同,可分為垂直陀螺[7.12]和水平陀螺(1)垂直陀螺垂直陀螺的功能是測量飛行器的偏航角度和滾轉(zhuǎn)角度。垂直陀螺測量角度的原理:飛行器發(fā)射的瞬間,陀螺轉(zhuǎn)子軸與飛行器坐標系0Z軸重合,內(nèi)環(huán)軸與飛行器縱軸0X軸重合,外環(huán)軸與飛行器坐標系0Y軸重合,如圖1-1所示。飛行器在飛行過程中,由于陀螺的定軸性,其轉(zhuǎn)子軸在空間的方向不變,轉(zhuǎn)子軸繞陀螺內(nèi)、外環(huán)軸的轉(zhuǎn)角皆為零。當飛行器發(fā)生滾轉(zhuǎn)或偏航運動時,轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)環(huán)軸或外環(huán)軸轉(zhuǎn)角不為零,輸出電壓幅值與飛行器轉(zhuǎn)動角度呈線性關系。陀螺的內(nèi)環(huán)測量滾轉(zhuǎn)角度,外環(huán)測量偏航角度。(2)水平陀螺水平陀螺的功能是測量或控制飛行器的俯仰角度。水平陀螺測量的原理與垂直陀螺相同,只是在安裝方式上不同,陀螺轉(zhuǎn)子軸與飛行器坐標系0X軸重合,內(nèi)環(huán)軸與飛行器縱軸0Z軸重合,外環(huán)軸與飛行器坐標系0Y軸重合,如圖1-2所示。陀螺的外環(huán)測量俯仰角度,并將角度轉(zhuǎn)換為電壓。水平陀螺控制原理與測量原理相反,將電壓值轉(zhuǎn)換為角度,控制飛行器程序轉(zhuǎn)彎。1.1.2二自由度陀螺在飛行器上的應用將二自由度陀螺安裝在帶機座的支架上,轉(zhuǎn)子繞0Z軸旋轉(zhuǎn)的動量矩為H,如圖1-3所示。當基座繞陀螺轉(zhuǎn)子軸或內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動時,陀螺轉(zhuǎn)子軸方向仍穩(wěn)定在原來的方向不變。但當基座以角速度CO繞0Y軸轉(zhuǎn)動時,由于陀螺繞0Y軸沒有自由度,所以基座0Y軸轉(zhuǎn)動時將通過內(nèi)環(huán)軸的一對軸承帶動內(nèi)環(huán)框架、轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動,稱為“強迫進動”,這時陀螺轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生0X軸方向的陀螺力矩Mg,其大小為Hco,在陀螺力矩作用下,陀螺將繞內(nèi)環(huán)軸進動,進動角速度與基座的轉(zhuǎn)動角速度成正比,這表明,二自由度陀螺具有敏感繞其缺少自由度軸方向的角運動的特性。1.1.3本文研究意義由于傳統(tǒng)的陀螺體積大,重量重,成本高,功耗高等特點,大大限制了其應用。20世紀90年代,微機電系統(tǒng)加工技術日趨成熟,相繼出現(xiàn)各種樣式的微機械陀螺。盡管存在多種微機械陀螺設計方案,但是絕大多數(shù)方案是利用驅(qū)動結構起振,引起質(zhì)量塊振動,通過敏感結構敏感角速度。此類微機械陀螺一般只能夠敏感一個方向上的角速度。相對上述陀螺,本文研究的多功能微機械陀螺利用旋轉(zhuǎn)載體繞縱軸滾轉(zhuǎn)作為驅(qū)動,可以敏感旋轉(zhuǎn)載體縱軸方向的滾轉(zhuǎn)角速度和垂直于旋轉(zhuǎn)載體縱軸方向的橫向角速度。此外,配合地理坐標基準,可以將橫向角速度分解為偏航角速度和俯仰角速度。因此,多功能微機械陀螺能夠敏感三個方向上的角速度,陀螺信號可以解算出橫向角速度、方位角、偏航角速度、俯仰角速度和滾轉(zhuǎn)頻率,具有三個垂直安裝的一般速率陀螺的功能,適用于旋轉(zhuǎn)飛行器姿態(tài)控制。通過對多功能微機械陀螺運動學方程研究,分析單個多功能微機械陀螺敏感偏航、俯仰和滾轉(zhuǎn)的角速度機理。針對旋轉(zhuǎn)飛行器飛行過程中出現(xiàn)圓錐運動問題,研宄建立地理坐標系,判別陀螺敏感橫向角速度的方向。研究利用單個陀螺信號解算出旋轉(zhuǎn)飛行器的偏航、俯仰和絕對滾轉(zhuǎn)角速度和角度,研究利用兩個垂直安裝的陀螺信號解算旋轉(zhuǎn)飛行器絕對滾轉(zhuǎn)角速度和角度的快速算法。研宄陀螺在旋轉(zhuǎn)飛行器姿態(tài)控制的用法。通過陀螺制作工藝優(yōu)化,解決陀螺芯片基準問題,提高芯片生產(chǎn)的一致性。經(jīng)過上述研宄,從理論和應用兩方面,解決了部分多功能微機械陀螺生產(chǎn)和使用中遇到的問題。第二章多功能微機械陀螺的原理與設計2.1陀螺原理陀螺的質(zhì)量振動可通過如圖2-2所示的坐標系來描述。坐標分析:OXYZ(Z方向為娃的厚度方向)為固定于質(zhì)量塊上的質(zhì)量塊坐標系、OXiYiZi為旋轉(zhuǎn)體偏航或俯仰坐標系、0X2Y2Z2為旋轉(zhuǎn)體滾轉(zhuǎn)坐標系、OXoYoZo為慣性坐標系(固定坐標系)。質(zhì)量塊坐標系隨Coriolis力相對OXqYqZg坐標系、OXiYiZi坐標系和OX2Y2Z2坐標系而變化。2.2陀螺芯片結構仿真在多功能微機械陀螺芯片的設計過程中,采用SolidWorks仿真功能得到了陀螺擺片3階振動模態(tài),有限元分析參數(shù)見表2-1。一階模態(tài)中擺片繞扭轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動,擺片左右兩側(cè)振動方向相反,這是陀螺的檢測彳吳態(tài),固有頻率為313.5Hz,如圖2-4(b)所示。二階模態(tài)中擺片兩側(cè)同向振動,固有頻率為2227Hz,如圖2-4(c)所示。三階模態(tài)中擺片上下兩側(cè)反向振動,固有振動頻率為3496.3Hz,如圖2-4(d)所示。由于旋轉(zhuǎn)飛行器的滾轉(zhuǎn)頻率小于40Hz,因此陀螺主要為一階振動模態(tài)起作用。第三章多功能微機械陀螺的性能特征.....................67-943.1單方向運動中多功能微機械....................67-703.2圓錐運動中多功能微機械....................70-763.3坐標系的建立和偏航俯仰方向判別....................76-833.4變滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運動中多功能....................83-883.5陀螺靜態(tài)性能測試....................88-923.6本章小結....................92-94第四章多功能微機械陀螺的信號解算94-1284.1理論基礎....................944.2算法推導....................94-954.3算法實現(xiàn)....................95-1004.4信號解算試驗....................100-1174.5雙陀螺快速解算滾轉(zhuǎn)角速....................117-1194.6雙陀螺信號解算試驗....................119-1224.7微機械陀螺姿態(tài)解算程序V1.0....................122-1264.8本章小結....................126-128第五章多功能微機械陀螺在旋轉(zhuǎn)....................128-1505.1多功能微機械陀螺用于多通....................128-1345.2多功能微機械陀螺用于單通道....................134-1385.3線振動對陀螺信號的影響....................138-1405.4陀螺抗沖擊性研究....................140-1495.5本章小結....................149-150結論本文對多功能微機械陀螺及其應用進行了深入地探討。研究內(nèi)容

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