【摘要】：隨著技術(shù)的進步,硅微機械陀螺儀得到了快速的發(fā)展。它具有體積小、重量輕、功耗低、易于智能化、可靠性高、動態(tài)性能好等諸多優(yōu)點,因而在軍用和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要研究振環(huán)硅微陀螺儀的測控技術(shù)和三軸集成技術(shù)。其中,單軸振環(huán)陀螺儀的測控以數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn),作為三軸集成設(shè)計的基礎(chǔ);三軸集成技術(shù)研究主要對集成方法及其耦合誤差進行分析,為陀螺儀的實際應(yīng)用提供依據(jù)。本文以實驗室自行研制的振環(huán)式硅微陀螺儀為對象,對其驅(qū)動檢測技術(shù)、誤差模型與補償、模態(tài)互易技術(shù)等進行深入的研究和分析,并設(shè)計三軸集成方案和分析耦合誤差,主要研究內(nèi)容包括:(1)振環(huán)陀螺儀數(shù)字測控技術(shù)。基于振環(huán)陀螺儀的基本理論,采用平均分析法對驅(qū)動環(huán)路及檢測力反饋環(huán)路進行分析,建立了基于鎖相環(huán)和自動增益控制的驅(qū)動控制模型和力反饋閉環(huán)檢測模型,仿真驗證了整體方案及控制模型的正確性。通過軟硬件設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)字測控系統(tǒng),試驗表明系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足振環(huán)陀螺儀檢測與控制的要求。(2)振環(huán)陀螺儀誤差分析及溫度漂移校正技術(shù)。分析了振環(huán)陀螺儀的主要誤差,針對其結(jié)構(gòu)誤差,建立了誤差模型;通過對誤差模型的分析,揭示了模態(tài)互易時陀螺儀零偏的關(guān)系,提出了基于模態(tài)互易技術(shù)的零偏補償方案。分析了溫度對零偏誤差的影響機理,表明溫度是引起零偏漂移的主要因素。基于最小二乘法建立了零偏溫度漂移補償模型,通過實驗驗證了其補償?shù)挠行浴?3)三軸集成技術(shù)。基于相關(guān)研究,設(shè)計了兩種三軸集成方案,分析了基于模態(tài)互易集成方案的角速度解算方法;理論上分析了集成系統(tǒng)的耦合誤差,建立了耦合誤差模型,設(shè)計了通過標定實驗確定耦合誤差補償系數(shù)的方法。對正交集成的三軸陀螺進行了耦合補償試驗,驗證了補償方法的有效性。(4)振環(huán)硅微陀螺儀測試試驗。參照國產(chǎn)微機械陀螺儀測試細則,對振環(huán)硅微陀螺儀進行了整機試驗與性能測試,結(jié)果表明,本文設(shè)計的數(shù)字化測控系統(tǒng)靈活方便,功能性能滿足要求。振環(huán)陀螺儀的初步性能指標為:標度因數(shù)-0.6761mV/°/s,零偏-5.7304°/s,零偏穩(wěn)定性56.90°/h,角度隨機游走96.33°/h/√Hz,達到了預(yù)期目標。振環(huán)硅微陀螺儀的研究在本實驗室尚處開始階段,因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計、封裝、測控和誤差抑制等多方面的工作尚顯初步,希望本文的工作為后續(xù)研究的進一步深入奠定了一個良好的基礎(chǔ)。
【圖文】：

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文陀螺儀研究開始于上世紀 80 年代，，美國、德國德雷珀（Draper）實驗室、JPL 實驗室、利頓公司的 SAGEM 公司相繼開展微機械陀螺儀的研究。0 年代初，起步相對較晚，先后有清華大學(xué)，東、北京大學(xué)、中電集團第 13 研究所、第 55 研究中北大學(xué)、南京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、。國家自然科學(xué)基金、國防科技部、中國科學(xué)院展，國內(nèi)已在微機械陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、加工了很大的進步。陀螺儀主要有以下幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計：動式硅微陀螺儀 CSDL 公司（Charles Stark Draper Laboratory)率械陀螺——采用平板電容驅(qū)動的雙框架式硅微型示。該陀螺儀性能不理想，1Hz 的帶寬內(nèi)，噪聲水

檢測電極檢測機構(gòu) 哥氏機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu) 耦合彈簧抵消電 1-3 CEALETI 的 3D 電容音叉陀螺結(jié)螺儀究所研制出一種雙線振動硅微陀動與檢測模態(tài)間存在耦合[8]。技大學(xué)提出了一種雙質(zhì)量線振電極，通過殘余正交誤差信號和測量范圍為±100°/s，角度隨機[9]。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH824.3

【參考文獻】

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本文編號：2636969