基于模态匹配和正交抑制的微机电陀螺闭环控制技术研究

模态匹配和力反馈控制可以在不牺牲检测带宽的情况下,利用机械谐振放大特性有效提高微机电陀螺信噪比、改善陀螺性能。结合一款高Q值对称式四质量敏感结构的陀螺表头,在陀螺动力学平均模型基础上,通过对检测模态同相分量和正交分量的控制,实现陀螺的闭环检测控制。基于静电负刚度原理,通过改变陀螺敏感结构梳齿与质量块之间的电压,构建实时正交抑制系统和精确模态匹配环节,推导出陀螺的静电刚度矩阵,完成了对正交耦合信号的实时抑制和驱动、检测模态的精确模态匹配并且实现对两环节的解耦控制。实测结果显示,陀螺频差由24 Hz缩小到0.05 Hz以内,全温条件下,陀螺的正交耦合量由3(°)/s抑制到0.01(°)/s,陀螺全温零偏稳定性由初始的11.48(°)/h改善到1.95(°)/h,验证了实时正交抑制和模态匹配等技术对提升陀螺性能的具体效果。

MEMS环形振动陀螺结构设计与仿真分析

针对轴对称壳形振动陀螺的工作机理与振动特性,提出了一种新颖的全对称U型梁MEMS环形波动陀螺,并分析了其工作原理、振动特性与敏感工作方式。在此基础上应用ANSYS有限元分析软件建立了该环形振动陀螺谐振结构的有限元模型,分别进行了模态分析、谐响应分析、瞬态冲击响应分析与静力分析。仿真分析结果显示该环形陀螺驱动与敏感模态固有频率的频差为33 Hz,工作模态的频率匹配性较好;工作模态与其他振动模态的最小频差为1 032 Hz,能够有效抵抗环境振动的干扰;谐振结构在10 000g的瞬态冲击作用下最大应力为39.5 MPa,可以正常稳定工作。

硅微机械振动陀螺零偏温度补偿研究

在对某型硅微机械振动陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿。补偿结果表明:硅微机械陀螺经该模型补偿后零偏可以减少一个数量级,补偿效果明显。

微型双框架角振动陀螺仪的原理及结构误差分析

给出了内框驱动、外框敏感、电容检测的微型双框架角振动陀螺仪的的运动方程和其运动规律。

轴对称壳谐振子振型的进动研究

谐振子式陀螺仪是近年来发展起来的一种新型的无转子和活动支承的陀螺仪。它的核心部件是一个轴对称壳谐振子。本文研究了这种谐振子旋转时振型的进动情况,对于设计和研制类似于半球谐振子陀螺有重要的指导意义。

半球谐振陀螺的理论与实验研究

基于薄壳振动理论和半球壳谐振子的实际结构特征，研究了半球谐振陀螺的敏感元件即半球壳的振动特性。给出振子诺振频率和振型在环向进动的计算公式，并在所设计的半球壳样件上进行了相应的实验研究。理论计算与实验吻合。此外还给出了半球谐振陀螺闭环测量的结构图及检测原理。

硅微陀螺仪接口电路分析

建立了某硅微陀螺仪的等效电路,分析了寄生电容对接口电路的影响。结果表明,合理的接口电路不仅消除了大部分寄生电容的影响,而且减小了信号的衰减幅度,抑制了大部分的耦合信号和噪声信号。最后对接口电路进行了改进,保留了以上的优点,减小了载波信号的变化和电源变化对分辨率的影响,提高了整个电路的分辨率。

微石英音叉陀螺精度受参数变化影响的研究

电子元件的参数变化是影响微石英音叉陀螺精度的重要原因之一,该文论述了模拟开关参数变化对陀螺精度的影响,提出了一种新的相敏解调法及相敏解调电路,进行了与常规方法的对比试验,列举了两种方法的陀螺的零位偏置变化、零位稳定性、标度因数温度灵敏度及非线性度等指标的测量数据。试验结果表明,采用新方法的陀螺性能优于常规方法,可消除模拟开关参数变化对陀螺精度的影响。

硅微型振动陀螺的设计

从理论和材料力学两方面对硅微机械振动陀螺进行研究，提出了一种简化的结构模型，并介绍了这种陀螺的设计方法。

微机械振动陀螺的耦合误差和隔离耦合的结构设计

微机械振动陀螺是近几年发展起来的新型惯性元件 ,其误差源主要有微机械结构的 Brown-ian噪声、电路噪声、机械耦合误差及电子机械耦合误差等 ,这些误差严重影响陀螺仪的精度 .本文提出了单级隔离耦合和双级隔离耦合的结构方案 ,有效减小机械耦合误差 ,提高精度 .

硅微机械振动轮陀螺仪非线性动力分析

本文简单介绍了硅微机械振动轮陀螺仪的工作原理，并给出了该陀螺仪的非线性运动方程和线性化运动方程．针对该陀螺仪的运动方程，进行了数值仿真研究．根据数值仿真结果，还提出为了提高测量的线性度必须采用闭环控制．同时，还给出了闭环控制的方案．

水平轴硅微机械陀螺仪机电接口模型的电容分析

以水平轴硅微机械陀螺仪结构为对象,建立了陀螺仪机电接口的理论模型,分析了模型中杂散电容对输出信号的影响,并用电路分析软件对模型进行仿真。结果表明,陀螺仪活动结构与衬底、引线间的电容对输出信号的影响很大,最后提出了减小杂散电容,提高信噪比的方法。

改进型双框架式硅微角振动陀螺仪的工作机理及误差分析

一本文介绍了改进型双框架式硅微角振动陀螺仪的结构特点及工作机理，给出了它的力学模型，分析了它的各种误差，这对于研制该型陀螺仪具有一定的参考价值。

大温差应用环境下的MEMS陀螺零偏补偿研究

MEMS陀螺的工艺特点决定了其零偏随温度呈现非线性变化的特点。针对工业现场实际应用环境温度变化范围大、分段补偿模型断点处不连贯和补偿温度范围小等问题,提出了一种新型的无需分段、全温度区间线性回归补偿模型;并且针对MEMS陀螺启动不稳定性因素对零偏造成的影响,改进的补偿模型可有效抑制陀螺上电时刻的零偏。经过实验验证:该模型补偿后的数据较陀螺原始数据零偏提高了将近3个数量级,从2.9027°/s提高到0.0091°/s,并且该算法相对简单易于编程实现,具有很好的工程实用价值。

杯形陀螺的温度性能与补偿方法研究

温度变化严重影响了杯形陀螺的使用精度,为了消除或减小温度对杯形陀螺性能的影响,首先从理论上分析了温度对陀螺性能的影响机理,在此基础上提出了一种基于陀螺内部信号对杯形陀螺进行温度补偿的方法;通过大量的温度实验,从工程应用实际出发,分别建立了陀螺的零偏-温度、零偏-驱动电压以及零偏-频率的多项式模型,并利用上述模型对陀螺进行了补偿,分析了补偿结果。实验证明,所述方法能显著提高杯形陀螺的温度性能。

半球谐振陀螺仪寿命的一种长周期预测方法

为了缩短半球谐振陀螺仪寿命实验周期,降低实验成本,提出了一种针对漂移数据的残差修正ARGM(1,1)(Autoregressive GM(1,1))寿命预测方法。该方法利用神经网络与支持向量机中的自回归方式改进灰色模型,提高了模型的自适应能力,增强了模型的学习能力与预测能力,降低了模型回归学习的时间消耗和数据量要求,提高了预测效率。采用小波包络分析预处理某型号半球谐振陀螺仪的漂移数据,利用提出的预测方法对处理后的数据进行长周期预测,并结合灰色关联分析方法,分析失效阶段并最终预测出半球谐振陀螺仪的寿命。实验表明,残差修正ARGM(1,1)模型对半球谐振陀螺仪漂移数据的长期预测精度高于传统GM(1,1)模型、BP神经网络与支持向量机,结果也表明了研究方法的正确性和有效性。

硅微机械谐振式陀螺仪

介绍了硅微机械谐振式陀螺仪的工作原理,给出了硅微机械谐振式陀螺仪的动力学方程详尽推导。针对此方程进行仿真研究,对结构设计参数进行了估计。研究表明,硅微机械谐振式陀螺仪是一种很有发展前途的新型陀螺仪。

一种基于角度偏离的卫星分系统异常检测方法

为保证卫星稳定运行,延长卫星寿命,提出一种基于角度偏离的卫星异常检测算法(ADMAD)。针对卫星遥测数据构成的高维数据空间,利用共享近邻(SNN)算法构建相关数据集空间,用角度代替距离,采用基于角度偏离的属性选择算法筛选与异常相关的属性,使用归一化的马氏距离计算异常值,结合统计学知识计算得到异常阈值并对数据集进行分类。采用某卫星2014年7-9月、2015年7-9月控制和电源分系统的遥测数据分别进行验证,试验结果表明,在领域知识匮乏的情况下,该算法的准确率可以达到95%以上,算法鲁棒性较高,能够有效地实时检测卫星分系统异常。

差分电容式微机械陀螺的自激驱动电路研究

本文从差分电容式硅微机械陀螺的器件结构角度分析了陀螺驱动信号和检测信号的关系,得出了陀螺的理想驱动信号必须满足的条件,由此提出了差分电容式微机械陀螺的自激驱动方式并设计了总体电路结构,最后总结了陀螺自激驱动电路的优点以及设计难点.

半球谐振子装配倾角误差对频率裂解的影响分析

精密的装配工艺是保证半球谐振陀螺仪高精度性能的关键技术,研究装配误差对陀螺性能的影响可以为完善和优化工艺参数提供理论指导和依据。围绕装配过程中产生的偏心、倾斜误差对谐振子频率裂解的影响开展研究,建立了倾斜装配误差对谐振子频率裂解的影响数学模型。首先将谐振子唇沿与极板作为等效电容,建立装配倾角误差与等效电容之间的关系模型;然后基于等效电容两端电压与半球谐振子的静电力之间的数学模型,分析静电力不均匀对谐振子刚度的影响;最后建立数学模型分析了刚度扰动对频率裂解的影响。研究结果表明,对于直径30 mm的熔融石英半球谐振子,与基座的装配倾角误差为1角分时,由倾角误差引入的频率裂解为10^(-4) Hz量级。关于倾角误差对谐振子频率裂解的影响分析,为高精度半球谐振陀螺的精密装配工艺以及工艺参数配置奠定理论分析基础。