發(fā)布時(shí)間：2017-03-18 22:06

  本文關(guān)鍵詞：基于陣列技術(shù)的MEMS虛擬陀螺技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于MEMS技術(shù)的微陀螺(microgyro)具有體積小、重量輕、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)和易于批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于工藝、檢測(cè)電路等條件的限制,目前微陀螺的精度普遍較低,制約了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)更是與國(guó)外有較大的差距。因而研究如何有效提高微陀螺的精度具有十分重要的理論和戰(zhàn)略意義。 本文提出了基于陣列技術(shù)的MEMS虛擬陀螺系統(tǒng),一方面從硬件改進(jìn)角度設(shè)計(jì)一款常壓下具有高品質(zhì)因數(shù)(Q值)的微陀螺;另一方面從軟件補(bǔ)償角度,通過(guò)卡爾曼濾波器將多個(gè)該類陀螺組成的陀螺陣列融合成一個(gè)高精度的虛擬陀螺。 論文的主要研究?jī)?nèi)容包括: (1)闡述了科氏效應(yīng)振動(dòng)式微陀螺的理論基礎(chǔ)、分類、關(guān)鍵部件,清晰地提出了以設(shè)計(jì)指標(biāo)為目標(biāo),以設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為原則,以工藝和電路水平為約束的微陀螺集成設(shè)計(jì)方法。 (2)基于現(xiàn)有的需求分析、工藝條件和電路水平,在西北工業(yè)大學(xué)的MEMS Garden集成設(shè)計(jì)平臺(tái)上設(shè)計(jì)出了一款結(jié)構(gòu)上對(duì)稱解耦且驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)均為滑膜阻尼的微陀螺。測(cè)試結(jié)果表明該款陀螺在常壓下具有較高的檢測(cè)品質(zhì)因數(shù)。 (3)詳細(xì)研究了常見(jiàn)的微陀螺隨機(jī)誤差模型和Allan方差建模方法;并將Allan方差建模結(jié)果直接應(yīng)用到微陀螺的隨機(jī)誤差模型中。 (4)國(guó)內(nèi)首次提出基于多個(gè)同類傳感器數(shù)據(jù)融合的虛擬陀螺概念;采用卡爾曼濾波算法設(shè)計(jì)了虛擬陀螺的最優(yōu)估計(jì)濾波器;在Simulink仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了該濾波器并結(jié)合三個(gè)微陀螺的零漂數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,三個(gè)偏置穩(wěn)定性為35deg/hr的微陀螺,濾波后偏置穩(wěn)定性最低降至0.15deg/hr,即漂移性能提高了約233倍。 本文基于軟件和硬件相融合的MEMS虛擬陀螺技術(shù)研究,對(duì)于提高微陀螺的設(shè)計(jì)水平、促進(jìn)微陀螺在高端領(lǐng)域的應(yīng)用具有非常重要的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：微陀螺 虛擬陀螺 集成設(shè)計(jì) 高品質(zhì)因數(shù) 隨機(jī)誤差模型 Allan方差 卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目錄5-8
• 插圖8-10
• 表格10-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 高Q值陀螺的設(shè)計(jì)12-13
• 1.2.2 陀螺軟件補(bǔ)償技術(shù)13-15
• 1.3 本論文的技術(shù)方案15-16
• 1.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 微陀螺理論基礎(chǔ)17-31
• 2.1 科氏效應(yīng)振動(dòng)式陀螺基本原理17-19
• 2.2 振動(dòng)式微陀螺分類19-22
• 2.2.1 驅(qū)動(dòng)模態(tài)在平面內(nèi)、檢測(cè)模態(tài)在平面外(X、Y軸陀螺)19-21
• 2.2.2 驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)均在平面內(nèi)(Z軸陀螺)21-22
• 2.3 微陀螺關(guān)鍵部件22-28
• 2.3.1 電容器22-26
• 2.3.2 撓性粱26-27
• 2.3.3 解耦結(jié)構(gòu)27-28
• 2.4 微陀螺的設(shè)計(jì)方法28-30
• 2.4.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)測(cè)28
• 2.4.2 集成設(shè)計(jì)方法28-29
• 2.4.3 MEMS Garden集成設(shè)計(jì)平臺(tái)29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 虛擬陀螺硬件設(shè)計(jì)31-53
• 3.1 陀螺結(jié)構(gòu)方案31-33
• 3.1.1 需求分析31-32
• 3.1.2 方案制定32-33
• 3.2 系統(tǒng)級(jí)分析33-37
• 3.2.1 頻域分析34-35
• 3.2.2 時(shí)域分析35-36
• 3.2.3 Pull-in驗(yàn)證36
• 3.2.4 陀螺結(jié)構(gòu)參數(shù)確定36-37
• 3.3 器件級(jí)分析37-44
• 3.3.1 諧振頻率和剛度系數(shù)37-39
• 3.3.2 阻尼和品質(zhì)因數(shù)(Q)39-42
• 3.3.3 檢測(cè)模態(tài)中心電容42-43
• 3.3.4 機(jī)械靈敏度43-44
• 3.3.5 性能參數(shù)總結(jié)44
• 3.4 工藝級(jí)分析44-51
• 3.4.1 加工工藝簡(jiǎn)介45-46
• 3.4.2 陀螺版圖制作46-48
• 3.4.3 工藝級(jí)幾何仿真48-51
• 3.5 陀螺測(cè)試結(jié)果51-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第4章 微陀螺隨機(jī)誤差建模53-66
• 4.1 誤差源分類53-54
• 4.2 隨機(jī)誤差模型與常見(jiàn)的建模方法54-56
• 4.2.1 隨機(jī)誤差模型54-55
• 4.2.2 隨機(jī)誤差建模方法55-56
• 4.3 Allan方差建模方法56-59
• 4.3.1 Allan方差計(jì)算方法56-57
• 4.3.2 陀螺各項(xiàng)隨機(jī)誤差的辨識(shí)57-59
• 4.3.3 Allan方差計(jì)算時(shí)的注意事項(xiàng)59
• 4.4 隨機(jī)誤差建模實(shí)驗(yàn)59-65
• 4.4.1 隨機(jī)誤差模型和建模平臺(tái)的驗(yàn)證59-63
• 4.4.2 微陀螺隨機(jī)誤差建模實(shí)驗(yàn)63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第5章 虛擬陀螺軟件濾波器設(shè)計(jì)66-79
• 5.1 濾波算法和仿真平臺(tái)選型66-67
• 5.2 卡爾曼濾波理論基礎(chǔ)67-71
• 5.2.1 最小方差估計(jì)理論67-68
• 5.2.2 連續(xù)系統(tǒng)的離散化68-69
• 5.2.3 離散型卡爾曼濾波基本方程69-71
• 5.3 濾波器設(shè)計(jì)71-74
• 5.4 虛擬陀螺實(shí)驗(yàn)74-78
• 5.5 本章小結(jié)78-79
• 第6章 總結(jié)與展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-84
• 附錄 虛擬陀螺濾波器Simulink流程圖84-89
• 碩士期間發(fā)表的論文及參與的課題89-90
• 致謝90-91
• 西北工業(yè)大學(xué) 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明書(shū)91
• 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明91

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 吉訓(xùn)生;王壽榮;;硅微陀螺陣列信號(hào)處理技術(shù)研究[J];宇航學(xué)報(bào);2009年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 夏全喜;車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

2 梁海波;基于陀螺冗余的微慣性系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

3 張文博;導(dǎo)引頭伺服機(jī)構(gòu)工作特性與先進(jìn)測(cè)控方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 趙靜;基于粒子濾波的陀螺誤差建模及補(bǔ)償技術(shù)研究[D];中北大學(xué);2010年

2 王瑜;數(shù)字化鐵餅的硬件電路系統(tǒng)研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2012年

3 王翔宇;基于MEMS慣性器件的分布式導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D];上海交通大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于陣列技術(shù)的MEMS虛擬陀螺技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：255090