硅微型机械振动陀螺仪的计算机辅助设计

建立了硅微型机械振动陀螺仪的优化模型 ,确定其结构参数的目标函数和约束条件 ,采用优化方法对结构参数进行优化计算 .以AutoCAD为支撑软件 ,采用ActiveXAutomation技术对AutoCAD进行二次开发 ,建立了硅微型机械振动陀螺仪的计算机辅助设计系统 (GYROCAD) .该系统可以根据陀螺仪的性能指标等确定陀螺仪的最优结构参数 ,设计实例表明 ,由该系统设计的硅微型机械振动陀螺仪的灵敏度得到了明显的提高 .

双框架硅微型机械振动陀螺仪鲁棒控制研究

以内框驱动式双框架硅微型角振动机械陀螺仪为对象,建立了闭环力平衡控制模型,采用鲁棒H∞控制理论中的混合灵敏度法设计了鲁棒控制器。仿真结果表明,同开环微机械陀螺相比,通过合理选择加权函数设计出的鲁棒H∞控制器能使微机械陀螺对敏感轴固有频率摄动敏感性显著降低,微机械陀螺鲁棒性能显著提高。

硅微型两自由度振动轮式陀螺仪原理分析

首次提出了２ 种两自由度振动轮式陀螺仪新结构．详细分析了陀螺仪工作原理，推导了陀螺仪动力学方程．介绍了电容信号器和力矩器的工作原理．

单片三轴硅微机械振动陀螺仪研究

设计、制造了一种单片集成三轴硅微机械振动陀螺仪.该器件由两个结构完全相同的单轴水平陀螺仪和一个单轴垂直陀螺仪组合而成,三只单轴陀螺仪均采用静电驱动、电容检测的结构形式.采用体硅溶解薄片法制造了该三轴陀螺仪芯片,并对其在空气中的驱动性能进行了初步测试.测试结果表明,该单片三轴硅微机械振动陀螺仪驱动模态的实际谐振频率与理论值之间的最大误差小于5%,满足设计要求.

硅微型两自由度振动轮式陀螺仪的研究

本文详细介绍了一种利用微电子加工工艺制作的硅微型两自由度振动轮式陀螺仪的新结构 ,分析了该种陀螺仪的工作原理 ,推导了陀螺仪动力学方程 ,并讨论了梳状谐振器的工作机理和陀螺仪模拟力反馈的闭环控制方案 ;

硅微机械振动轮陀螺仪的机理研究

本文针对Ｄｒａｐｅｒ 实验室公布的硅微机械振动轮陀螺仪的设计方案，给出了它的非线性动力学方程和运动规律，分析了该陀螺仪壳体绕空间任意轴匀速旋转时干扰力矩所引起的漂移率，给出了比通常线性化处理后得到的角速率测量关系式更为精确的测量表达式。

硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪工作的微分方程模型

详细介绍了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的工作原理,给出了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的结构示意图.应用牵连运动的加速度合成定理,通过严格的力学分析和严密的数学演算得到了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的活动质量的加速度表达式.并应用力学牛顿定律推导了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的一个微分方程数学模型.并对数学模型进行了求解,最后利用方程的解分析了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的基本工作规律.

音叉式硅微机械振动陀螺仪的粘滞阻尼研究

粘滞阻尼的研究对硅微机械振动陀螺仪的设计至关重要 .而品质因数的大小反映了阻尼特性 .本文首先理论分析了硅微型机械振动陀螺仪粘滞阻尼的耗能 ,然后根据耗能分析给出了驱动结构和敏感结构的品质因数 .

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．

硅微机械振动轮陀螺仪动力学

捻地了硅微机振动轮陀螺仪的动力学方程，给出了它的运动规律，分析了载体绕空间任意轴匀速旋转时干扰力矩所引起的漂移率。

一种双线振动硅微机械陀螺仪驱动检测电路设计

以一种双线振动硅微机械陀螺仪为研究对象,设计了驱动、检测电路,达到了一定的性能要求。驱动模态使用自激振荡的闭环控制方式,使陀螺稳定工作在其固有频率上。在载波和驱动环节使用了一种AGC技术,实现了载波信号和驱动模态的幅度的高精度控制。使用二极管一次解调,简化了电路结构。检测部分使用了一种相位修正放大电路,有效减小了有用信号频率附近的幅相误差。

双框架硅微型角振动陀螺仪再平衡控制方案研究

文章详细介绍了双框架硅微型角振动陀螺仪的工作原理、驱动方法、再平衡控制方案及基于80196单片机的陀螺数据采集系统。

改进型振动轮式硅微机械陀螺仪的研究

以Ｗ．Ｇｅｉｇｅｒ提出的改进型振动轮式微机械陀螺仪为研究对象，分析了结构参数其性能之间的内在联系，探讨了重力极及静电服力对它螺仪工作性能的影响，并以此为依据，提出音叉式驱动器叉指结构最佳间距的设计准则。

硅微机械陀螺仪测控电路的温度补偿

提出了一种基于微机械陀螺仪测控电路进行温度补偿的方法。介绍了本课题组自主研发的SHH17#陀螺结构,分析了温度变化对陀螺的影响,并对驱动和检测模态的谐振频率,品质因数以及标度因数和零偏进行了测试。分析了陀螺结构的动力学方程以及测控电路,指出了标度因数与驱动幅度和检测回路增益成正比,与两模态频差成反比。以热敏电阻为补偿元件在检测次级放大器中补偿标度因数,然后以直流叠加的方法在低通滤波器模块对零偏的温度系数和输出值进行了补偿,并介绍了补偿参数的配置方法。实验显示,经过温度补偿,标度因数和零偏的温度系数分别由393×10-6·℃-1和75(°)·h-1·℃-1减小到了73×10-6·℃-1和20(°)·h-1·℃-1,补偿后0℃零偏值由89.59mV减小到7.33mV,标度因数和零偏的温度系数分别减小了80%和73%。得到的结果证明了补偿方法的正确性和可行性。

硅微振动陀螺仪设计与性能测试

介绍了基于DDSOG(Deep Dry Silicon On Glass)工艺自主研发的硅微振动陀螺仪的结构,封装,及信号与性能检测。利用结构解耦的方法和DDSOG工艺设计和制备了双质量线振动式陀螺结构。为了提高它的机械灵敏度、可靠性和长期稳定性,采取真空封装技术实现了器件级真空封装,并消除了轴向加速度等共模干扰的影响。陀螺电路采用自激闭环驱动、开环检测的方式,简化了电路。为了降低环境温度对陀螺零偏的影响,研究了既定范围内陀螺的输出特性,建立了陀螺输出与温度之间的关系模型,设计了温度补偿电路,降低了陀螺整表的功耗和体积。对采用上述技术的硅微陀螺仪进行了性能测试,测试结果表明,陀螺Q值>100 000,量程为±500(°)/s,标度为21.453mV.(°)-1s-1,非线性和对称性分别为36.905×10-6和184.125×10-6。常温下陀螺零偏稳定性为7.714 3(°)/h,带宽为100Hz,整表体积为31mm×31mm×12mm,功耗为288mW。该陀螺仪性能好、体积小、功耗低,在中等精度的惯性导航系统中有较好的应用前景。

基于偶极子补偿法的硅微机械陀螺仪带宽拓展

硅微机械陀螺仪的机械灵敏度与驱动和检测模态的谐振频率差Δf成反比,而Δf处的谐振峰是影响陀螺带宽的直接因素,带宽约0.54Δf,因此,带宽和机械灵敏度往往成为两个互为矛盾的指标。基于自动控制原理中介绍的偶极子理论提出了偶极子补偿控制技术,该方法在不影响机械灵敏度的前提下可有效拓展陀螺带宽。首先,对涉及到的双质量硅微机械陀螺仪的结构形式和工作原理进行了介绍,指出陀螺实际工作的检测模态是由检测同相和反相模态叠加而成,设计了陀螺开环检测回路,分析了带宽是由驱动反相和检测反相模态的谐振频率差决定,并结合检测力反馈激励法验证了上述结论;其次,根据偶极子工作原理设计了偶极子补偿控制器的系统传递函数和电路,并对相关内容进行了仿真,验证了电路参数的准确性;最后,基于偶极子补偿控制器建立了硅微机械陀螺仪闭环检测系统,分析了该系统的稳定性,并对该系统的带宽特性进行了仿真和测试,结果显示带宽由原来的13 Hz拓展到了76 Hz,很好地证明了本文提出方法的可行性。此外,鉴于双质量陀螺的实际检测模态,在消除了第一个Δf谐振峰对带宽的影响后,由检测同、反相模态叠加产生的共轭零点引起的幅值谷为带宽进一步提高的限制因素。

微机械振动陀螺仪正交误差分析

本文在简要介绍微机械振动陀螺仪工作原理的基础上,分析影响陀螺仪性能的正交误差所产生的原因,推导其内在的数学机理,并探讨抑制或消除正交误差影响的方法和措施。

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式。该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上。同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度。根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型。设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行。

双质量硅微机械陀螺仪正交校正系统设计及测试

为了减小正交误差对双质量硅微机械陀螺仪性能的影响,进一步提高陀螺精度和工程化成品率,对双质量结构正交耦合刚度校正法进行了研究。首先,针对双质量陀螺结构的特殊形式,分析了其左、右结构中正交耦合刚度不相等的原因,并结合相敏检测相位误差对正交耦合刚度值进行了计算,进一步量化了其对输出信号的影响;其次,结合正交校正梳齿结构介绍了耦合刚度校正法的工作原理,并基于左、右结构单独校正的方法设计了双质量结构正交校正控制系统;最后,对正交校正前后的双质量微机械陀螺仪进行了详细测试,结果证实了双质量单独校正比整体校正效果更好,各项参数均有较大提高,其中零偏稳定性从校正前的540(°)/h提高到了正交后的24.05(°)/h(1σ),证明了提出的两质量块单独校正方法的可行性和实用性。

硅微机械陀螺仪频率调谐控制系统设计

硅微机械陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其结构机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺结构处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大峰值且噪声和分辨率等指标可得到有效提高。提出了一种基于正交信号和驱动位移相位差的鉴相控制方法,以判断陀螺结构是否处于频率调谐状态,并通过调节检测模态刚度达到频率调谐目的。首先,介绍了陀螺结构检测模态谐振频率调节的原理,并结合结构参数量化分析了频率调节范围。其次,分析了鉴相控制方法,并在其基础上设计了频率调谐控制系统,建立了整机系统模型,并对其进行了稳定性分析。最后,结合整机模型进行了仿真,采用所提出的方法可实现(Δf)的快速、稳定、自主调节,系统的标度因数指标调谐前后分别为13.1 m V/(°/s)和220.6 m V/(°/s),大大提高了结构的机械灵敏度,验证了设计方案。