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

【摘要】：基于MEMS技術的微陀螺(microgyro)具有體積小、重量輕、價格低、壽命長和易于批量生產等諸多優(yōu)點,具有廣闊的應用前景。然而,由于工藝、檢測電路等條件的限制,目前微陀螺的精度普遍較低,制約了其在高端領域的應用,國內更是與國外有較大的差距。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的MEMS虛擬陀螺系統(tǒng),一方面從硬件改進角度設計一款常壓下具有高品質因數(shù)(Q值)的微陀螺;另一方面從軟件補償角度,通過卡爾曼濾波器將多個該類陀螺組成的陀螺陣列融合成一個高精度的虛擬陀螺。 論文的主要研究內容包括: (1)闡述了科氏效應振動式微陀螺的理論基礎、分類、關鍵部件,清晰地提出了以設計指標為目標,以設計準則為原則,以工藝和電路水平為約束的微陀螺集成設計方法。 (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)大學的MEMS Garden集成設計平臺上設計出了一款結構上對稱解耦且驅動模態(tài)和檢測模態(tài)均為滑膜阻尼的微陀螺。測試結果表明該款陀螺在常壓下具有較高的檢測品質因數(shù)。 (3)詳細研究了常見的微陀螺隨機誤差模型和Allan方差建模方法;并將Allan方差建模結果直接應用到微陀螺的隨機誤差模型中。 (4)國內首次提出基于多個同類傳感器數(shù)據(jù)融合的虛擬陀螺概念;采用卡爾曼濾波算法設計了虛擬陀螺的最優(yōu)估計濾波器;在Simulink仿真平臺上實現(xiàn)了該濾波器并結合三個微陀螺的零漂數(shù)據(jù)進行了濾波實驗。實驗結果表明,三個偏置穩(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虛擬陀螺技術研究,對于提高微陀螺的設計水平、促進微陀螺在高端領域的應用具有非常重要的參考價值。
【關鍵詞】：微陀螺 虛擬陀螺 集成設計 高品質因數(shù) 隨機誤差模型 Allan方差 卡爾曼濾波
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：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 國內外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 高Q值陀螺的設計12-13
• 1.2.2 陀螺軟件補償技術13-15
• 1.3 本論文的技術方案15-16
• 1.4 論文的主要研究內容16-17
• 第2章 微陀螺理論基礎17-31
• 2.1 科氏效應振動式陀螺基本原理17-19
• 2.2 振動式微陀螺分類19-22
• 2.2.1 驅動模態(tài)在平面內、檢測模態(tài)在平面外(X、Y軸陀螺)19-21
• 2.2.2 驅動模態(tài)和檢測模態(tài)均在平面內(Z軸陀螺)21-22
• 2.3 微陀螺關鍵部件22-28
• 2.3.1 電容器22-26
• 2.3.2 撓性粱26-27
• 2.3.3 解耦結構27-28
• 2.4 微陀螺的設計方法28-30
• 2.4.1 設計準測28
• 2.4.2 集成設計方法28-29
• 2.4.3 MEMS Garden集成設計平臺29-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第3章 虛擬陀螺硬件設計31-53
• 3.1 陀螺結構方案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)級分析33-37
• 3.2.1 頻域分析34-35
• 3.2.2 時域分析35-36
• 3.2.3 Pull-in驗證36
• 3.2.4 陀螺結構參數(shù)確定36-37
• 3.3 器件級分析37-44
• 3.3.1 諧振頻率和剛度系數(shù)37-39
• 3.3.2 阻尼和品質因數(shù)(Q)39-42
• 3.3.3 檢測模態(tài)中心電容42-43
• 3.3.4 機械靈敏度43-44
• 3.3.5 性能參數(shù)總結44
• 3.4 工藝級分析44-51
• 3.4.1 加工工藝簡介45-46
• 3.4.2 陀螺版圖制作46-48
• 3.4.3 工藝級幾何仿真48-51
• 3.5 陀螺測試結果51-52
• 3.6 本章小結52-53
• 第4章 微陀螺隨機誤差建模53-66
• 4.1 誤差源分類53-54
• 4.2 隨機誤差模型與常見的建模方法54-56
• 4.2.1 隨機誤差模型54-55
• 4.2.2 隨機誤差建模方法55-56
• 4.3 Allan方差建模方法56-59
• 4.3.1 Allan方差計算方法56-57
• 4.3.2 陀螺各項隨機誤差的辨識57-59
• 4.3.3 Allan方差計算時的注意事項59
• 4.4 隨機誤差建模實驗59-65
• 4.4.1 隨機誤差模型和建模平臺的驗證59-63
• 4.4.2 微陀螺隨機誤差建模實驗63-65
• 4.5 本章小結65-66
• 第5章 虛擬陀螺軟件濾波器設計66-79
• 5.1 濾波算法和仿真平臺選型66-67
• 5.2 卡爾曼濾波理論基礎67-71
• 5.2.1 最小方差估計理論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 濾波器設計71-74
• 5.4 虛擬陀螺實驗74-78
• 5.5 本章小結78-79
• 第6章 總結與展望79-81
• 參考文獻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 學位論文知識產權聲明書91
• 西北工業(yè)大學學位論文原創(chuàng)性聲明91

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吉訓生;王壽榮;;硅微陀螺陣列信號處理技術研究[J];宇航學報;2009年01期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 夏全喜;車載組合導航系統(tǒng)關鍵技術研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

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

3 張文博;導引頭伺服機構工作特性與先進測控方法研究[D];國防科學技術大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 趙靜;基于粒子濾波的陀螺誤差建模及補償技術研究[D];中北大學;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;2012年

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

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

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本文編號：255090