【摘要】：隨著技術(shù)的進(jìn)步,硅微機(jī)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(dòng)態(tài)性能好等諸多優(yōu)點(diǎn),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(cè)控技術(shù)和三軸集成技術(shù)。其中,單軸振環(huán)陀螺儀的測(cè)控以數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn),作為三軸集成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ);三軸集成技術(shù)研究主要對(duì)集成方法及其耦合誤差進(jìn)行分析,為陀螺儀的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。本文以實(shí)驗(yàn)室自行研制的振環(huán)式硅微陀螺儀為對(duì)象,對(duì)其驅(qū)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、誤差模型與補(bǔ)償、模態(tài)互易技術(shù)等進(jìn)行深入的研究和分析,并設(shè)計(jì)三軸集成方案和分析耦合誤差,主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)振環(huán)陀螺儀數(shù)字測(cè)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(duì)驅(qū)動(dòng)環(huán)路及檢測(cè)力反饋環(huán)路進(jìn)行分析,建立了基于鎖相環(huán)和自動(dòng)增益控制的驅(qū)動(dòng)控制模型和力反饋閉環(huán)檢測(cè)模型,仿真驗(yàn)證了整體方案及控制模型的正確性。通過軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字測(cè)控系統(tǒng),試驗(yàn)表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足振環(huán)陀螺儀檢測(cè)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(duì)其結(jié)構(gòu)誤差,建立了誤差模型;通過對(duì)誤差模型的分析,揭示了模態(tài)互易時(shí)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(bǔ)償方案。分析了溫度對(duì)零偏誤差的影響機(jī)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(bǔ)償模型,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其補(bǔ)償?shù)挠行浴?3)三軸集成技術(shù)。基于相關(guān)研究,設(shè)計(jì)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(jì)了通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定耦合誤差補(bǔ)償系數(shù)的方法。對(duì)正交集成的三軸陀螺進(jìn)行了耦合補(bǔ)償試驗(yàn),驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的有效性。(4)振環(huán)硅微陀螺儀測(cè)試試驗(yàn)。參照國(guó)產(chǎn)微機(jī)械陀螺儀測(cè)試細(xì)則,對(duì)振環(huán)硅微陀螺儀進(jìn)行了整機(jī)試驗(yàn)與性能測(cè)試,結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的數(shù)字化測(cè)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(biāo)為:標(biāo)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(jī)游走96.33°/h/√Hz,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。振環(huán)硅微陀螺儀的研究在本實(shí)驗(yàn)室尚處開始階段,因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)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(jìn)一步深入奠定了一個(gè)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(jì) 80 年代，，美國(guó)、德國(guó)德雷珀（Draper）實(shí)驗(yàn)室、JPL 實(shí)驗(yàn)室、利頓公司的 SAGEM 公司相繼開展微機(jī)械陀螺儀的研究。0 年代初，起步相對(duì)較晚，先后有清華大學(xué)，東、北京大學(xué)、中電集團(tuán)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)防科技部、中國(guó)科學(xué)院展，國(guó)內(nèi)已在微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、加工了很大的進(jìn)步。陀螺儀主要有以下幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：動(dòng)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(dòng)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(cè)電極檢測(cè)機(jī)構(gòu) 哥氏機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)硅微陀動(dòng)與檢測(cè)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(hào)和測(cè)量范圍為±100°/s，角度隨機(jī)[9]。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH824.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636969