本文選題：轉子式微陀螺 + 電磁驅動��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文

【摘要】：陀螺儀是一種能夠精確測量物體角運動的傳感器,在航空、航天、資源勘探、武器制導等領域被廣泛應用�；谖C電系統(tǒng)(MEMS,Micro-Electro Mechanical Systems)工藝的振動式微陀螺具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點,在消費電子和戰(zhàn)術武器等領域得到了廣泛的應用。振動式微陀螺往復運動的工作原理決定了其質量塊線速度較低,限制了器件性能的提高。近年來,人們希望通過研制轉子式微陀螺來提高質量塊的線速度,以提高器件的性能。但由于轉子的旋轉穩(wěn)定性難以控制,其性能指標還不如振動式微陀螺。針對這一問題,我們提出了一種基于液浮支撐的球碟轉子式微陀螺。該器件具有體積小、重量輕、成本低的特點,并有望實現(xiàn)更高的精度。由于該器件的結構與工作原理均與現(xiàn)有的轉子式陀螺存在很大差異,現(xiàn)有的理論模型已無法支撐新器件的設計和優(yōu)化過程。為此,本文圍繞新器件的旋轉驅動問題進行了理論分析和優(yōu)化設計,實現(xiàn)了該器件的高速穩(wěn)定驅動,并通過實驗進行了驗證。提出了球碟轉子式微陀螺新結構并闡述了其工作原理。根據(jù)麥克斯韋電磁理論分析了該器件的磁場分布情況,建立了球碟轉子式微陀螺的驅動模型,并在此基礎上對氣隙長度和定子外環(huán)寬度進行了優(yōu)化設計。結合驅動模型,以麥克斯韋張量法為理論基礎,得到了該陀螺驅動轉矩與轉子旋轉位置的解析關系。建立了轉子所受電磁轉矩與驅動電流、轉子旋轉位置之間的關系,并通過實驗進行了驗證,為微陀螺驅動系統(tǒng)的設計和優(yōu)化提供了理論基礎。提出了一種適用于球碟轉子式微陀螺的高速、穩(wěn)定電磁驅動方法。通過研究微陀螺穩(wěn)態(tài)旋轉過程中的力矩平衡關系,結合磁路分析和驅動系統(tǒng)結構和驅動策略的優(yōu)化,解決了傳統(tǒng)轉子式微陀螺驅動力矩過小,無法克服液浮支撐結構阻力矩的問題。在此基礎上,根據(jù)磁場儲能原理分析了器件工作過程中的電磁轉矩波動的來源,并以此為依據(jù)對機械結構和驅動策略進行了優(yōu)化設計,降低了電磁轉矩波動。實現(xiàn)了微陀螺的高速、穩(wěn)定驅動。提出了一種適用于球碟轉子式微陀螺的低功耗驅動和快速啟動方法�；邴溈怂鬼f電磁場理論分析了轉子運轉過程中產生的反電動勢信號,實現(xiàn)了轉子瞬時旋轉位置的判定,并根據(jù)轉子的位置動態(tài)設定啟動過程的角加速度和穩(wěn)態(tài)運行過程中的驅動滯后角,從而實現(xiàn)啟動過程的自適應加速和穩(wěn)態(tài)運行過程的功耗控制。有效地縮短了器件的啟動時間,并降低了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)功耗。在上述研究的基礎上,對液浮支撐球碟轉子式微陀螺進行了研制和性能測試,驗證了驅動模型的正確性和驅動方法的有效性。測試結果表明,球碟轉子式微陀螺的轉速控制誤差小于0.03‰;在轉速為10000rpm時,經過驅動方法優(yōu)化,器件的穩(wěn)態(tài)功耗降低了89.86%,總功耗小于0.5W。器件的加速時間縮短了34.00%,其啟動時間小于3.25s。微陀螺的靈敏度為98.3m V/(°/s)、分辨率為0.1°/s、線性度為0.85%FS、偏置穩(wěn)定性為0.5°/h。若能進一步提高機械部件的加工精度和磁路的性能,該器件的性能仍有很大的提升空間。
[Abstract]:This paper presents a new structure of micro - gyroscope with small volume , light weight and low power consumption , which is based on Maxwell ' s electromagnetic theory . The rotating speed control error of the ball - disc rotor type micro - gyroscope is less than 0.03 鈥，

本文編號：1820304