本文選題：半球諧振陀螺　切入點：動力學(xué)模型　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：半球諧振陀螺是一種新型的高精度、高穩(wěn)定性、長壽命的固體振動陀螺,非常適合在空間飛行器、深空探測等長航時工作場合使用,為此發(fā)展半球諧振陀螺技術(shù)對于我國導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展具有十分重要的意義。目前,陀螺的結(jié)構(gòu)誤差以及環(huán)境因素是影響陀螺精度的重要原因。所以本文以諧振子動力學(xué)模型為基礎(chǔ),分析加速度、偏心誤差導(dǎo)致陀螺漂移機理,提出相應(yīng)的誤差補償方法,最終達(dá)到提高陀螺精度的目的。本文的主要研究內(nèi)容概述如下:1.建立了諧振子二階諧振狀態(tài)動力學(xué)模型�；趶椥粤W(xué)薄殼理論,提出了一種諧振子動力學(xué)建模方法。針對整個諧振子進(jìn)行動力學(xué)分析,推導(dǎo)了半球殼諧振子的變形幾何方程、物理方程、平衡微分方程,建立了諧振子動力學(xué)方程。詳細(xì)推導(dǎo)了諧振子的外載荷形式,利用布勃諾夫-伽遼金法求解諧振子動力學(xué)模型,給出了諧振子的比例系數(shù)和二階諧振頻率的表達(dá)式,計算值與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比驗證。2.基于加速度作用下諧振子動力學(xué)方程,并綜合考慮加速度對諧振子的影響,給出了加速度作用下諧振子變形解析解表達(dá)式。提出了動力學(xué)建模解析解與有限元仿真數(shù)值解對比驗證的方法,給出了解析解與有限元仿真解的擬合誤差結(jié)果。3.分析了加速度導(dǎo)致的陀螺漂移機理。建立了多電極激勵下諧振子動力學(xué)模型,結(jié)合該模型提出了增加并合理配置激勵電極的控制方法,分析了不同控制方式下加速度對半球諧振陀螺控制系統(tǒng)的影響。進(jìn)一步分析了加速度導(dǎo)致的陀螺漂移機理,建立了陀螺漂移誤差模型。完成了陀螺儀在三軸轉(zhuǎn)臺上的位置翻滾實驗,對陀螺漂移進(jìn)行了測試,進(jìn)行了誤差補償并給出了補償結(jié)果。4.分析了偏心誤差導(dǎo)致的陀螺漂移機理。推導(dǎo)了偏心誤差模型,結(jié)合多電極激勵諧振子動力學(xué)特性,分析了采用不同激勵電極控制方式下,偏心誤差對HRG振幅、速率控制系統(tǒng)的影響。給出了偏心誤差引起的陀螺漂移仿真算法,分析了仿真結(jié)果,提出了陀螺制造及裝配工藝過程中的改進(jìn)措施。
[Abstract]:Hemispherical resonator gyroscope is a new type of solid vibration gyroscope with high precision, high stability and long life. Therefore, the development of hemispherical resonant gyroscope technology is of great significance for the rapid development of navigation technology in China. The structure error and environmental factors of gyroscope are the important reasons that affect the precision of gyroscope. Therefore, based on the harmonic oscillator dynamics model, the mechanism of gyro drift caused by acceleration and eccentricity error is analyzed in this paper, and the corresponding error compensation method is put forward. Finally, the purpose of improving the precision of gyroscope is achieved. The main research contents of this paper are summarized as follows: 1. The second order resonant state dynamic model of harmonic oscillator is established. Based on the thin shell theory of elasticity, A dynamic modeling method for harmonic oscillator is presented. The deformation geometric equation, physical equation and equilibrium differential equation of the hemispherical shell harmonic oscillator are derived for the dynamic analysis of the whole harmonic oscillator. The dynamic equation of harmonic oscillator is established, the form of external load of harmonic oscillator is deduced in detail, and the dynamic model of harmonic oscillator is solved by using the Boubonov Galerkin method. The expressions of the proportional coefficient and the second order resonance frequency of the harmonic oscillator are given. 2. Based on the dynamic equation of harmonic oscillator under the action of acceleration, the effect of acceleration on harmonic oscillator is considered synthetically. The analytical solution expression of harmonic oscillator deformation under acceleration is given, and the method of comparing the analytical solution of dynamic modeling with the numerical solution of finite element simulation is proposed. The fitting error between the analytical solution and the finite element simulation solution is given. 3. The mechanism of gyro drift induced by acceleration is analyzed, and the dynamic model of harmonic oscillator under multi-electrode excitation is established. Combined with the model, the control method of increasing and reasonably configuring the excitation electrode is proposed, and the influence of acceleration on the control system of hemispherical resonant gyroscope is analyzed under different control modes. The mechanism of gyroscope drift caused by acceleration is further analyzed. The gyroscope drift error model is established, and the gyroscope drift is tested by the gyroscope position tumbling experiment on the three-axis turntable, and the gyroscope drift error model is established. The mechanism of gyro drift caused by eccentricity error is analyzed. The eccentricity error model is derived. Combining with the dynamic characteristics of multi-electrode excited harmonic oscillator, the different excitation electrode control methods are analyzed. The effect of eccentricity error on HRG amplitude and speed control system is presented. The simulation algorithm of gyro drift caused by eccentricity error is presented, the simulation results are analyzed, and the improvement measures in the process of manufacturing and assembling gyroscope are put forward.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN96

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1611776