高精度微機械陀螺是無人系統(tǒng)、自主導(dǎo)航、智能裝備等領(lǐng)域的核心器件,具有迫切的需求和廣闊的應(yīng)用前景。嵌套環(huán)MEMS陀螺是一種基于科里奧利效應(yīng)的振動陀螺,該陀螺除具有微陀螺所共有的體積小、成本低、可批量生產(chǎn)等優(yōu)勢外,還具有全對稱的諧振結(jié)構(gòu)、中心固定的錨點以及大量的內(nèi)部孔洞,使其具有更強的加工魯棒性、更好的溫度穩(wěn)定性以及更為靈活的電極配置和更大的電容面積,因此該陀螺是目前最具性能潛力的微陀螺方案。目前嵌套環(huán)MEMS陀螺的性能仍有待提高,在性能提升等方面尚缺乏系統(tǒng)的研究。本文針對嵌套環(huán)MEMS陀螺開展提升其零偏穩(wěn)定性的相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究,實現(xiàn)高精度的陀螺樣機。本文主要的研究內(nèi)容如下:1.建立了嵌套環(huán)MEMS陀螺的基礎(chǔ)理論模型,為陀螺的優(yōu)化設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。根據(jù)嵌套環(huán)MEMS陀螺的結(jié)構(gòu)特性與工作原理,利用綜合模態(tài)法建立了陀螺的分布參數(shù)動力學(xué)模型,解決了復(fù)雜嵌套環(huán)諧振結(jié)構(gòu)振動模態(tài)理論分析的難題,同時基于集中參數(shù)等效方法建立了該陀螺理想情況以及帶結(jié)構(gòu)誤差的集中參數(shù)動力學(xué)模型,并對陀螺結(jié)構(gòu)誤差以及電路相位誤差的影響進行了研究。2.提出了嵌套環(huán)MEMS陀螺零偏穩(wěn)定性提升的基本理論以及需要實現(xiàn)的關(guān)鍵技... 

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 嵌套環(huán)MEMS振動陀螺研究進展
        1.2.1 固體波動陀螺從三維立體結(jié)構(gòu)到二維平面結(jié)構(gòu)的演化
        1.2.2 二維平面結(jié)構(gòu)固體波動陀螺由單環(huán)結(jié)構(gòu)到嵌套環(huán)結(jié)構(gòu)的演化
        1.2.3 嵌套環(huán)MEMS陀螺的發(fā)展
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 嵌套環(huán)MEMS陀螺工作原理與基礎(chǔ)理論模型
    2.1 嵌套環(huán)MEMS陀螺簡介
        2.1.1 基本結(jié)構(gòu)
        2.1.2 工作原理
    2.2 嵌套環(huán)MEMS陀螺分布參數(shù)動力學(xué)模型
    2.3 嵌套環(huán)MEMS陀螺等效集中參數(shù)動力學(xué)模型
        2.3.1 理想情況下集中參數(shù)動力學(xué)方程
        2.3.2 集中參數(shù)等效方法
        2.3.3 理想情況下的陀螺靈敏度模型
    2.4 引入誤差后的嵌套環(huán)MEMS陀螺理論模型
        2.4.1 帶結(jié)構(gòu)誤差的陀螺集中參數(shù)動力學(xué)模型
        2.4.2 閉環(huán)工作模式中結(jié)構(gòu)誤差的影響分析
        2.4.3 閉環(huán)工作模式中電路相位誤差的影響分析
    2.5 本章小結(jié)
第三章 嵌套環(huán)MEMS陀螺零偏穩(wěn)定性提升基本理論
    3.1 陀螺零偏穩(wěn)定性評價方法
        3.1.1 基于標(biāo)準差方法的MEMS陀螺性能分析
        3.1.2 基于Allan方差的MEMS陀螺性能分析
    3.2 嵌套環(huán)MEMS陀螺噪聲分析與抑制理論
        3.2.1 陀螺噪聲分析
        3.2.2 噪聲抑制理論
    3.3 嵌套環(huán)MEMS陀螺零偏漂移模型與抑制理論
        3.3.1 零偏漂移數(shù)學(xué)模型
        3.3.2 阻尼軸偏角的辨識
        3.3.3 溫度對陀螺頻率的影響規(guī)律
        3.3.4 溫度對陀螺品質(zhì)因數(shù)的影響規(guī)律
        3.3.5 零偏漂移抑制理論
    3.4 本章小結(jié)
第四章 嵌套環(huán)MEMS陀螺有效位移比提升技術(shù)研究
    4.1 嵌套環(huán)MEMS陀螺非線性效應(yīng)及對有效位移比的限制
        4.1.1 諧振結(jié)構(gòu)振動非線性效應(yīng)
        4.1.2 嵌套環(huán)MEMS陀螺非線性理論建模
        4.1.3 嵌套環(huán)MEMS陀螺非線性效應(yīng)測試
    4.2 基于振動放大效應(yīng)的嵌套環(huán)MEMS陀螺非線性抑制
        4.2.1 嵌套環(huán)MEMS陀螺中的振動放大效應(yīng)
        4.2.2 基于振動放大效應(yīng)的非線性抑制方法
        4.2.3 靜電驅(qū)動非線性抑制實驗驗證
        4.2.4 電容檢測非線性抑制實驗驗證
    4.3 有效位移比提升對陀螺性能的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 嵌套環(huán)MEMS陀螺品質(zhì)因數(shù)提升技術(shù)研究
    5.1 基于質(zhì)量剛度解耦的品質(zhì)因數(shù)提升理論
    5.2 基于剛度分布優(yōu)化的品質(zhì)因數(shù)提升技術(shù)
        5.2.1 特殊環(huán)間隙分布對陀螺品質(zhì)因數(shù)的影響
        5.2.2 基于粒子群算法的環(huán)間隙分布優(yōu)化
        5.2.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對最優(yōu)環(huán)間隙分布的影響
        5.2.4 最優(yōu)環(huán)間隙分布規(guī)律及簡化尋優(yōu)方法
    5.3 基于質(zhì)量分布優(yōu)化的品質(zhì)因數(shù)提升技術(shù)
    5.4 品質(zhì)因數(shù)提升技術(shù)實驗驗證
    5.5 本章小結(jié)
第六章 嵌套環(huán)MEMS陀螺頻率和阻尼匹配技術(shù)研究
    6.1 基于靜電修調(diào)的頻率匹配技術(shù)研究
        6.1.1 頻率匹配修調(diào)理論基礎(chǔ)
        6.1.2 修調(diào)電極角度誤差的影響
        6.1.3 基于多電極協(xié)同的調(diào)頻電極角度誤差補償方法
        6.1.4 基于干擾法的頻率修調(diào)
    6.2 基于可調(diào)能量損耗的阻尼匹配修調(diào)技術(shù)研究
        6.2.1 基于可調(diào)能量損耗的阻尼修調(diào)理論
        6.2.2 阻尼匹配修調(diào)理論
    6.3 本章小結(jié)
第七章 嵌套環(huán)MEMS陀螺樣機測試
    7.1 嵌套環(huán)MEMS陀螺樣機與測試系統(tǒng)
    7.2 樣機測試結(jié)果
        7.2.1 測試依據(jù)
        7.2.2 室溫標(biāo)度因數(shù)及非線性度測試
        7.2.3 零偏穩(wěn)定性和重復(fù)性測試結(jié)果
        7.2.4 分辨率測試結(jié)果
        7.2.5 性能匯總
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 全文總結(jié)
    8.2 研究展望
致謝
參考文獻
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3703808