半球諧振陀螺是在傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)子式陀螺和光學(xué)陀螺的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代高精度陀螺,是主流高精度慣性器件之一,已廣泛應(yīng)用在航空、航天、航海等領(lǐng)域。國內(nèi)傳統(tǒng)的半球諧振陀螺的工作模式為力反饋模式,該模式下半球諧振陀螺精度高,但動態(tài)范圍較小、應(yīng)用范圍有限。針對上述問題,本文本文對速率積分模式半球諧振陀螺進(jìn)行研究,通過對其進(jìn)行理論建模及控制方法的研究,可以將半球諧振陀螺應(yīng)用在有大動態(tài)范圍需求的環(huán)境中。本文主要研究內(nèi)容如下:1.依據(jù)經(jīng)典薄殼理論,建立速率積分模式半球諧振陀螺的動力學(xué)模型。通過使用力學(xué)中變分法及虛功原理,將抽象的駐波二階振動模態(tài)轉(zhuǎn)化為一集中質(zhì)量在二維空間的彈簧簡諧振動,推導(dǎo)了二維空間集中質(zhì)點的振動微分方程。2.針對平板電極實際幾何結(jié)構(gòu)造成建模困難的問題,引入等效間距角概念,建立等效電容器模型,并給出近似解析解。依據(jù)誤差平方和最小原則,提出電容模型參數(shù)辨識方法,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了先電極平均間距、后安裝傾角及傾角方位角的裝配參數(shù)辨識方案。進(jìn)行仿真實驗。3.對半球諧振陀螺諧振子的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對諧振模態(tài)的影響進(jìn)行仿真。根據(jù)模態(tài)變化規(guī)律結(jié)合實際工程實現(xiàn)需要,給出選擇諧振子結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。同時對變... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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NorthropGrumman公司mHRG結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文其比例因子能夠?qū)崿F(xiàn)自補償技術(shù)。大量的實驗數(shù)據(jù)得出，使用同一個微半球諧振陀螺，在使用了自補償?shù)膬?yōu)化后，零偏穩(wěn)定性可以較無優(yōu)化時提高一個數(shù)量級[8-10]。圖2-1NorthropGrumman公司mHRG結(jié)構(gòu)1.2.2法國在對比不同國家的半球諧振陀螺后，可以發(fā)現(xiàn)法國Sagem公司所生產(chǎn)的半球諧振陀螺核心的零部件只有兩個，所使用的零部件少于其他陀螺，這使得其可靠性有了良好的保證。在同樣可以達(dá)到慣導(dǎo)級的陀螺中，半球諧振陀螺具有體積孝質(zhì)量低、功耗最小的特點；同時不會對外界振動、環(huán)境溫度的改變產(chǎn)生較大影響，具有良好的抗沖擊能力(大于2000g)。圖2-2Sagem公司兩件套結(jié)構(gòu)Sagem公司的半球諧振陀螺在控制電路上主要采用的是全角控制方式，在此工作模式下，可以提高陀螺的工作范圍，并且可以將陀螺誤差(漂移、標(biāo)度因數(shù))通過在線的方式自標(biāo)定。根據(jù)國外的公開數(shù)據(jù)，已有數(shù)千顆Sagem公司所生產(chǎn)的半球諧振陀螺投入使用，使用Sagem生產(chǎn)的產(chǎn)品開發(fā)的慣導(dǎo)系統(tǒng)已經(jīng)在航天、航空、陸地、海洋等多方面應(yīng)用，可以同時滿足國防需求及民用需求。由法國Sagem公司所生產(chǎn)的半球諧振陀螺已經(jīng)使用在姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)，而3

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第2章半球諧振陀螺諧振子建模2.1引言本章是全文的基礎(chǔ)，建立了速率積分半球諧振陀螺諧振子二階動力學(xué)模型。在推導(dǎo)抽象的殼體振動方程之前，整體了介紹半球諧振陀螺的結(jié)構(gòu)及制造流程。依據(jù)經(jīng)典的薄殼理論，采用變分法及虛功原理分析諧振子的進(jìn)動，將抽象的駐波二階振動模態(tài)轉(zhuǎn)化為一集中質(zhì)量在二維空間的彈簧簡諧振動。通過將“快變量”和“慢變量”分別處理的方法，可以使對半球諧振陀螺的進(jìn)動模型分析的過程大大簡化。2.2速率積分半球諧振陀螺整體結(jié)構(gòu)圖2-1速率積分半球諧振陀螺整體結(jié)構(gòu)示意圖速率積分半球諧振陀螺核心部件是半球諧振子及電極基板。兩者均由高純度熔融石英制作，由于熔融石英屬于硬脆材料在粗胚成型過程中需要嚴(yán)格控制磨削進(jìn)給速度，尤其應(yīng)避免諧振子唇沿處崩口，這種缺陷會對后續(xù)平板電極激勵與檢測效果，以及陀螺整體性能產(chǎn)生影響。通常粗胚成型一只直徑30mm諧振子需要20小時左右。粗胚成型后需經(jīng)過超精密機械磨削，使半球諧振子唇沿、內(nèi)表面及支撐桿達(dá)到亞微米級表面粗糙度，為后續(xù)鍍金屬膜層工藝提供基矗經(jīng)過化學(xué)酸洗，拋光厚的半球諧振子表面粗糙度進(jìn)一步降低之后，將半球諧振子唇沿、內(nèi)表面及支撐桿、平板電極基板表面鍍上具有良好導(dǎo)電性的金屬膜層。在平板電極基板表面刻蝕出8個平板電極，與半球諧振子唇沿形成激勵與檢測電極。導(dǎo)電引針穿過平板電極基板表面的通孔，將電極信號引出至緩沖放大電路，再由外部接口引入數(shù)據(jù)處理9

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]2019年國外慣性技術(shù)發(fā)展與回顧[J]. 薛連莉,沈玉芃,徐月.  導(dǎo)航定位與授時. 2020(01)
[2]半球諧振陀螺發(fā)展的技術(shù)特征[J]. 彭慧,方針,譚文躍,方海斌,嚴(yán)隆輝.  導(dǎo)航定位與授時. 2019(04)
[3]半球諧振陀螺技術(shù)發(fā)展趨勢[J]. 賈智學(xué),付麗萍,任佳婧.  導(dǎo)航與控制. 2018(03)
[4]半球諧振陀螺研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 潘瑤,曲天良,楊開勇,羅暉.  導(dǎo)航定位與授時. 2017(02)
[5]半球諧振陀螺技術(shù)發(fā)展概述[J]. 方針,余波,彭慧,蔣春橋.  導(dǎo)航與控制. 2015 (03)
[6]半球諧振陀螺現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 毛海燕,梁宇,袁小平,唐平,彭慧,卜繼軍.  壓電與聲光. 2014(04)
[7]實踐-9衛(wèi)星創(chuàng)中國航天技術(shù)多項第一[J].   航天器工程. 2013(05)
[8]力平衡模式下半球諧振陀螺正交誤差控制[J]. 王旭,吳文啟,方針,羅兵,李云.  儀器儀表學(xué)報. 2012(04)
[9]基于二維質(zhì)點振動模型的半球諧振陀螺諧振子進(jìn)動分析[J]. 王旭,方針,吳文啟,羅兵,李云.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2011(05)
[10]半球諧振陀螺的漂移機理及其控制[J]. 高勝利,吳簡彤.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2008(03)

博士論文
[1]基于半球諧振陀螺儀的姿態(tài)測量系統(tǒng)研究[D]. 謝陽光.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]半球諧振陀螺誤差建模補償與力平衡控制方法研究[D]. 王旭.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012
[3]半球諧振陀螺儀誤差分析與測試技術(shù)[D]. 祁家毅.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[4]半球諧振陀螺的分析與研究[D]. 高勝利.哈爾濱工程大學(xué) 2008

碩士論文
[1]半球諧振陀螺頻率裂解機理與平衡方法研究[D]. 明坤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]半球諧振子金屬化鍍膜殘余應(yīng)力與膜厚均勻性研究[D]. 孫婧晗.華中科技大學(xué) 2019
[3]微半球諧振陀螺的工藝優(yōu)化與結(jié)構(gòu)測試[D]. 徐磊.東南大學(xué) 2018
[4]全角模式半球諧振陀螺建模與控制算法研究[D]. 王澤宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[5]半球諧振陀螺誤差機理與仿真研究[D]. 徐澤遠(yuǎn).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[6]半球諧振子磁流變拋光加工技術(shù)及其工藝實驗研究[D]. 張杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[7]半球諧振陀螺力再平衡數(shù)字控制技術(shù)[D]. 李云.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
[8]半球諧振陀螺溫度漂移分析與模型研究[D]. 李廣勝.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009



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