【摘要】：微機(jī)電(MEMS)陀螺具有體積小、功耗低、成本低、可集成化等優(yōu)點(diǎn),可嵌入電子、信息與智能控制系統(tǒng)中,使得系統(tǒng)體積和成本大幅下降,整體性能顯著提升,因此其在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。其中,微型半球諧振陀螺(μHRG)因其高對(duì)稱性、高品質(zhì)因數(shù)(Q)及較好的抗沖擊能力等特點(diǎn),獲得了廣泛的關(guān)注,并被認(rèn)為是MEMS陀螺突破至導(dǎo)航級(jí)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。但目前已有的微型半球諧振陀螺在性能上仍然存在一些不足,因此對(duì)其測(cè)控技術(shù)的研究具有重大的意義。鑒于上述背景,本文對(duì)微型半球諧振陀螺的檢測(cè)與控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,設(shè)計(jì)出一種基于FPGA的雙閉環(huán)測(cè)控系統(tǒng),并給出了該系統(tǒng)的等效模型、仿真分析以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先,介紹微型半球諧振陀螺的工作模態(tài)和角速度檢測(cè)原理,說(shuō)明了剛度不對(duì)稱、阻尼不對(duì)稱產(chǎn)生的原因及其對(duì)系統(tǒng)造成的影響,并簡(jiǎn)單介紹了微型半球諧振陀螺的機(jī)械結(jié)構(gòu),尺寸以及工藝流程。其次,提出基于陀螺包絡(luò)模型的雙閉環(huán)系統(tǒng)分析方法。在驅(qū)動(dòng)環(huán)路部分,通過(guò)推導(dǎo)出的包絡(luò)模型,著重分析了計(jì)算驅(qū)動(dòng)環(huán)路的穩(wěn)定時(shí)間、過(guò)沖幅度以及過(guò)沖時(shí)間等時(shí)域參數(shù);檢測(cè)環(huán)路則基于陀螺包絡(luò)模型對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性、帶寬等進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并完成了仿真驗(yàn)證。最后完成電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用虛擬科氏力法對(duì)陀螺開閉環(huán)的幅頻響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試,系統(tǒng)工作帶寬由開環(huán)時(shí)的0.128Hz擴(kuò)展為3.4Hz。在±150°/s量程下,測(cè)得陀螺的標(biāo)度因子為2.25mV/°/s,標(biāo)度因子非線性度為0.081%。零偏穩(wěn)定性和零偏不穩(wěn)定性分別為62.3°/h和21.8°/h,角度隨機(jī)游走為3.1°/√h。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的測(cè)控電路成功完成了微型半球諧振陀螺的功能驗(yàn)證,其性能參數(shù)達(dá)到了理論設(shè)計(jì)目標(biāo),為高性能微型半球諧振陀螺儀的研制提供了有力的技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN96
【圖文】：

各高校研究機(jī)構(gòu)也紛紛投入科研力量，為我國(guó)慣性領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。逡逑２０１５年，東南大學(xué)提出一種將吹制玻璃工藝和化學(xué)發(fā)泡法相結(jié)合的微半球制造逡逑工藝［３１］，研制出了三維酒杯狀的微半球諧振器，如圖１．５所示。該諧振器表面光滑度逡逑高，且具有較好的對(duì)稱性。逡逑１邋丨邐＜ｌＪ邋；■逡逑圖１．５東南大學(xué)研制的微型半球諧振子逡逑中北大學(xué)于２０１６年提出了一種基于吹塑成型的微型半球諧振子的制備方法，同逡逑時(shí)為了獲得較大的電極有效傳導(dǎo)面積，并保證球殼與電極之間的間隙均勻，提出了環(huán)逡逑形玻璃電極結(jié)構(gòu)［３２］，如圖１．６所示。逡逑環(huán)形電篌逡逑引線kr逡逑魏霉逡逑圖１．６中北大學(xué)研制的環(huán)形電極微玻璃半球諧振陀螺逡逑國(guó)防科技大學(xué)于２０１８年提出了一種基于熔融石英材料的帶Ｔ型質(zhì)量塊的微型半逡逑球諧振陀螺［３３］。與加州大學(xué)歐文分校類似，國(guó)防科技大學(xué)采用了平面外電極技術(shù)用逡逑于陀螺的驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)，見(jiàn)圖１．７。該陀螺通過(guò)在邊緣添加Ｔ型質(zhì)量塊，增大了傳導(dǎo)面逡逑積，提高了陀螺的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)效率。測(cè)試結(jié)果表明，該陀螺的酒杯模態(tài)諧振頻率為６．９ｋ，逡逑

各高校研究機(jī)構(gòu)也紛紛投入科研力量，為我國(guó)慣性領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。逡逑２０１５年，東南大學(xué)提出一種將吹制玻璃工藝和化學(xué)發(fā)泡法相結(jié)合的微半球制造逡逑工藝［３１］，研制出了三維酒杯狀的微半球諧振器，如圖１．５所示。該諧振器表面光滑度逡逑高，且具有較好的對(duì)稱性。逡逑１邋丨邐＜ｌＪ邋；■逡逑圖１．５東南大學(xué)研制的微型半球諧振子逡逑中北大學(xué)于２０１６年提出了一種基于吹塑成型的微型半球諧振子的制備方法，同逡逑時(shí)為了獲得較大的電極有效傳導(dǎo)面積，并保證球殼與電極之間的間隙均勻，提出了環(huán)逡逑形玻璃電極結(jié)構(gòu)［３２］，如圖１．６所示。逡逑環(huán)形電篌逡逑引線kr逡逑魏霉逡逑圖１．６中北大學(xué)研制的環(huán)形電極微玻璃半球諧振陀螺逡逑國(guó)防科技大學(xué)于２０１８年提出了一種基于熔融石英材料的帶Ｔ型質(zhì)量塊的微型半逡逑球諧振陀螺［３３］。與加州大學(xué)歐文分校類似，國(guó)防科技大學(xué)采用了平面外電極技術(shù)用逡逑于陀螺的驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)，見(jiàn)圖１．７。該陀螺通過(guò)在邊緣添加Ｔ型質(zhì)量塊，增大了傳導(dǎo)面逡逑積，提高了陀螺的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)效率。測(cè)試結(jié)果表明，該陀螺的酒杯模態(tài)諧振頻率為６．９ｋ，逡逑

各高校研究機(jī)構(gòu)也紛紛投入科研力量，為我國(guó)慣性領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。逡逑２０１５年，東南大學(xué)提出一種將吹制玻璃工藝和化學(xué)發(fā)泡法相結(jié)合的微半球制造逡逑工藝［３１］，研制出了三維酒杯狀的微半球諧振器，如圖１．５所示。該諧振器表面光滑度逡逑高，且具有較好的對(duì)稱性。逡逑１邋丨邐＜ｌＪ邋；■逡逑圖１．５東南大學(xué)研制的微型半球諧振子逡逑中北大學(xué)于２０１６年提出了一種基于吹塑成型的微型半球諧振子的制備方法，同逡逑時(shí)為了獲得較大的電極有效傳導(dǎo)面積，并保證球殼與電極之間的間隙均勻，提出了環(huán)逡逑形玻璃電極結(jié)構(gòu)［３２］，如圖１．６所示。逡逑環(huán)形電篌逡逑引線kr逡逑魏霉逡逑圖１．６中北大學(xué)研制的環(huán)形電極微玻璃半球諧振陀螺逡逑國(guó)防科技大學(xué)于２０１８年提出了一種基于熔融石英材料的帶Ｔ型質(zhì)量塊的微型半逡逑球諧振陀螺［３３］。與加州大學(xué)歐文分校類似，國(guó)防科技大學(xué)采用了平面外電極技術(shù)用逡逑于陀螺的驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)，見(jiàn)圖１．７。該陀螺通過(guò)在邊緣添加Ｔ型質(zhì)量塊，增大了傳導(dǎo)面逡逑積，提高了陀螺的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)效率。測(cè)試結(jié)果表明，該陀螺的酒杯模態(tài)諧振頻率為６．９ｋ，逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2750590