【摘要】：微機電(MEMS)陀螺具有體積小、功耗低、成本低、可集成化等優(yōu)點,可嵌入電子、信息與智能控制系統(tǒng)中,使得系統(tǒng)體積和成本大幅下降,整體性能顯著提升,因此其在現(xiàn)代軍事領域中具有廣泛的應用前景。其中,微型半球諧振陀螺(μHRG)因其高對稱性、高品質因數(Q)及較好的抗沖擊能力等特點,獲得了廣泛的關注,并被認為是MEMS陀螺突破至導航級性能的關鍵技術之一。但目前已有的微型半球諧振陀螺在性能上仍然存在一些不足,因此對其測控技術的研究具有重大的意義。鑒于上述背景,本文對微型半球諧振陀螺的檢測與控制系統(tǒng)進行了深入研究,設計出一種基于FPGA的雙閉環(huán)測控系統(tǒng),并給出了該系統(tǒng)的等效模型、仿真分析以及實驗結果。首先,介紹微型半球諧振陀螺的工作模態(tài)和角速度檢測原理,說明了剛度不對稱、阻尼不對稱產生的原因及其對系統(tǒng)造成的影響,并簡單介紹了微型半球諧振陀螺的機械結構,尺寸以及工藝流程。其次,提出基于陀螺包絡模型的雙閉環(huán)系統(tǒng)分析方法。在驅動環(huán)路部分,通過推導出的包絡模型,著重分析了計算驅動環(huán)路的穩(wěn)定時間、過沖幅度以及過沖時間等時域參數;檢測環(huán)路則基于陀螺包絡模型對環(huán)路穩(wěn)定性、帶寬等進行了詳細的分析,并完成了仿真驗證。最后完成電路系統(tǒng)實現(xiàn)并進行實驗驗證。利用虛擬科氏力法對陀螺開閉環(huán)的幅頻響應進行測試,系統(tǒng)工作帶寬由開環(huán)時的0.128Hz擴展為3.4Hz。在±150°/s量程下,測得陀螺的標度因子為2.25mV/°/s,標度因子非線性度為0.081%。零偏穩(wěn)定性和零偏不穩(wěn)定性分別為62.3°/h和21.8°/h,角度隨機游走為3.1°/√h。該實驗結果表明,本文所設計的測控電路成功完成了微型半球諧振陀螺的功能驗證,其性能參數達到了理論設計目標,為高性能微型半球諧振陀螺儀的研制提供了有力的技術支撐。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN96
【圖文】：

各高校研究機構也紛紛投入科研力量，為我國慣性領域做出了巨大的貢獻。逡逑２０１５年，東南大學提出一種將吹制玻璃工藝和化學發(fā)泡法相結合的微半球制造逡逑工藝［３１］，研制出了三維酒杯狀的微半球諧振器，如圖１．５所示。該諧振器表面光滑度逡逑高，且具有較好的對稱性。逡逑１邋丨邐＜ｌＪ邋；■逡逑圖１．５東南大學研制的微型半球諧振子逡逑中北大學于２０１６年提出了一種基于吹塑成型的微型半球諧振子的制備方法，同逡逑時為了獲得較大的電極有效傳導面積，并保證球殼與電極之間的間隙均勻，提出了環(huán)逡逑形玻璃電極結構［３２］，如圖１．６所示。逡逑環(huán)形電篌逡逑引線kr逡逑魏霉逡逑圖１．６中北大學研制的環(huán)形電極微玻璃半球諧振陀螺逡逑國防科技大學于２０１８年提出了一種基于熔融石英材料的帶Ｔ型質量塊的微型半逡逑球諧振陀螺［３３］。與加州大學歐文分校類似，國防科技大學采用了平面外電極技術用逡逑于陀螺的驅動與檢測，見圖１．７。該陀螺通過在邊緣添加Ｔ型質量塊，增大了傳導面逡逑積，提高了陀螺的驅動和檢測效率。測試結果表明，該陀螺的酒杯模態(tài)諧振頻率為６．９ｋ，逡逑

各高校研究機構也紛紛投入科研力量，為我國慣性領域做出了巨大的貢獻。逡逑２０１５年，東南大學提出一種將吹制玻璃工藝和化學發(fā)泡法相結合的微半球制造逡逑工藝［３１］，研制出了三維酒杯狀的微半球諧振器，如圖１．５所示。該諧振器表面光滑度逡逑高，且具有較好的對稱性。逡逑１邋丨邐＜ｌＪ邋；■逡逑圖１．５東南大學研制的微型半球諧振子逡逑中北大學于２０１６年提出了一種基于吹塑成型的微型半球諧振子的制備方法，同逡逑時為了獲得較大的電極有效傳導面積，并保證球殼與電極之間的間隙均勻，提出了環(huán)逡逑形玻璃電極結構［３２］，如圖１．６所示。逡逑環(huán)形電篌逡逑引線kr逡逑魏霉逡逑圖１．６中北大學研制的環(huán)形電極微玻璃半球諧振陀螺逡逑國防科技大學于２０１８年提出了一種基于熔融石英材料的帶Ｔ型質量塊的微型半逡逑球諧振陀螺［３３］。與加州大學歐文分校類似，國防科技大學采用了平面外電極技術用逡逑于陀螺的驅動與檢測，見圖１．７。該陀螺通過在邊緣添加Ｔ型質量塊，增大了傳導面逡逑積，提高了陀螺的驅動和檢測效率。測試結果表明，該陀螺的酒杯模態(tài)諧振頻率為６．９ｋ，逡逑

各高校研究機構也紛紛投入科研力量，為我國慣性領域做出了巨大的貢獻。逡逑２０１５年，東南大學提出一種將吹制玻璃工藝和化學發(fā)泡法相結合的微半球制造逡逑工藝［３１］，研制出了三維酒杯狀的微半球諧振器，如圖１．５所示。該諧振器表面光滑度逡逑高，且具有較好的對稱性。逡逑１邋丨邐＜ｌＪ邋；■逡逑圖１．５東南大學研制的微型半球諧振子逡逑中北大學于２０１６年提出了一種基于吹塑成型的微型半球諧振子的制備方法，同逡逑時為了獲得較大的電極有效傳導面積，并保證球殼與電極之間的間隙均勻，提出了環(huán)逡逑形玻璃電極結構［３２］，如圖１．６所示。逡逑環(huán)形電篌逡逑引線kr逡逑魏霉逡逑圖１．６中北大學研制的環(huán)形電極微玻璃半球諧振陀螺逡逑國防科技大學于２０１８年提出了一種基于熔融石英材料的帶Ｔ型質量塊的微型半逡逑球諧振陀螺［３３］。與加州大學歐文分校類似，國防科技大學采用了平面外電極技術用逡逑于陀螺的驅動與檢測，見圖１．７。該陀螺通過在邊緣添加Ｔ型質量塊，增大了傳導面逡逑積，提高了陀螺的驅動和檢測效率。測試結果表明，該陀螺的酒杯模態(tài)諧振頻率為６．９ｋ，逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

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本文編號：2750590