全金属固态振动陀螺振子品质因数特性研究

针对全金属固态振动陀螺核心部件谐振子的品质因数特性展开研究,提出利用多物理场有限元仿真分析全金属固态振动陀螺谐振子品质因数的方法。采用多物理场有限元仿真软件,对材料、结构等参数与振子品质因数的关系进行了分析,对仿真结果基于多结构参数优化振子结构,优化后振子体积为Φ17 mm×14 mm。经仿真,在真空、常温条件下,振子驱动和检测模态的品质因数分别为44,497与43,874。通过精密成型技术加工出振子实物,在实验室大气环境、常温条件下搭建测试系统,经测试加工,振子品质因数为12,075。考虑振子加工误差和大气环境影响,测试结果满足设计要求,验证了仿真分析能够满足结构设计需求,为之后的谐振子频率裂解抑制和全金属固态振动陀螺样机的研制奠定基础。

半球谐振陀螺控制及补偿技术

首先介绍了半球谐振陀螺(HRG)发展历程,分析国内外研究现状并总结了现阶段半球谐振陀螺发展趋势;其次讨论了半球谐振陀螺控制技术,包括不同条件下驻波的激励检测方法、陀螺工作模式、驻波控制方案,以及一种全新的频率调制控制方案;另外,分别以驻波调制补偿、电极增益补偿、多陀螺补偿以及环境载荷补偿为例,分析了控制方案补偿、器件补偿、系统补偿以及场景补偿等四种半球谐振陀螺补偿技术;最后通过对现有技术和研究的分析,提出了半球谐振陀螺控制及补偿技术未来的发展方向。

金属壳谐振陀螺研究进展

金属壳谐振陀螺是振动陀螺的一个重要分支,其敏感结构为金属制成的壳体,称为金属谐振子,当谐振子随载体旋转时,哥氏效应引起敏感结构振型的"移动"是其对"旋转"敏感的基本表现形式。金属壳谐振陀螺不仅具有传统陀螺的惯性品质,而且具有能够抗高过载、量程大的特点,这是其他类型陀螺所不具备的。本文综述了金属壳谐振陀螺的研究进展,从设计思想、理论建模、结构设计、信号处理等方面进行了讨论,并指出了金属壳谐振陀螺的发展趋势。

钟形振子式角速率陀螺敏感机理与检测方法

针对钟形振子式角速率陀螺的振子振动特性和敏感机理进行研究,得出了一种BVG信号检测方法.采用三维Ritz方法,建立了理想条件下钟形振子中固体波动的动力学模型;利用相似系统的分析方法,推导出了钟形振子的等效动力学模型.在此基础上,研究振子环形唇缘的振动特性,分析信号产生机理,提出了利用电容传感器和压电传感器的多传感器融合的信号检测方法,并从理论上验证了该方法的合理性.对BVG的系统设计具有一定的借鉴意义.

振动陀螺仪闭环控制系统设计

振动陀螺仪位列新一类固态陀螺,已成为与机械转子陀螺、光学陀螺相并列的三大类陀螺之一。在分析振动耦合误差的基础上,提出了振动陀螺仪闭环控制系统的一般设计方案。由于驱动振动幅度远大于读出振动,因此极小的耦合量就会造成很大的检测误差。同时,驱动振动耦合到读出轴的振动信号与角速率振动信号同相,他不可简单地进行分离的特性使其成为影响陀螺精度的要害问题。通过闭环控制系统的设计和实施,可有效提高振动陀螺仪的精度。

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．

哥氏振动陀螺

结合国外和国内的研究情况,介绍了哥氏振动陀螺的工作原理、基本结构和模型方程,供哥氏振动陀螺的研究人员和使用人员参考。

一种振动轮式微机械陀螺仪的特性研究

微机械惯性仪表具有成本低、可靠性高、体积小、重量轻等优点，国际上已有许多报导［１］－［５］。我们研制了一种振动轮式微机械陀螺仪［６］。本文主要针对这种微机械陀螺仪的特性进行研究：设计和研究了陀螺的检测系统、检测轴固有频率补偿回路，推导出了此类陀螺检测输入角速度的灵敏度、开环和闭环传递函数、交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理，以及闭环控制改善动态测量频带的方法。本文的最后给出了该陀螺原理样机的初步试验结果。

钟形振子式角速率陀螺振型特性仿真研究

针对钟形振子式角速率陀螺(Bell-shaped vibratory angular rate gyro)振子的振型特性进行仿真研究,提出一种金属壳谐振陀螺的振型特性分析方法,并给出求解过程与仿真分析结果。在Kirchhoff-Love假设的前提下,通过数值解析方法,求解出钟形振子的振型函数,找到钟形振子基本低阶振型的分布规律;通过与有限元仿真结果进行综合分析,对钟形振子振型特性进行总体评估,有效的分析了钟形振子的振型特性。通过理论推导与仿真分析相结合的方式,验证了理论推动振型函数的正确性,为钟形振子式角速率陀螺的研制奠定理论基础。

金属壳谐振陀螺大量程角速率信号检测方法研究

针对传统多回路角速率检测方法无法适应金属壳谐振陀螺大量程应用的难题,提出基于自适应滑模变结构控制器的大量程角速率信号检测方法.通过对典型金属壳谐振陀螺的动力学方程进行分析,建立出包含干扰和参数摄动部分的状态方程;采用指数趋近律选取比例积分滑模面,设计出一种适用于金属壳谐振陀螺的滑模控制器,可有效估计大量程角速率信号.仿真及试验结果表明,该解算方法能够稳定控制金属壳谐振子振型,并能准确检测大量程角速率,满足金属壳谐振陀螺的大量程环境应用.

钟形振子式角速率陀螺机电耦合特性分析

钟形振子作为钟形振子式角速率陀螺的核心敏感元件,其机电耦合特性将直接影响钟形振子式角速率陀螺的整体性能。针对钟形振子式角速率陀螺在设计制作过程中未涉及的机电耦合特性展开分析,提出利用弹性力学中的能量原理和拉格朗日方法建立钟形振子机电耦合模型的方法,解决了钟形振子驱动与检测间的多场建模问题,实现了钟形振子的机电耦合关系的线性表征。首先通过分析压电驱动与检测原理,通过坐标变换给出压电电极在钟形振子作用的压电势能表述;利用弹性力学中的能量原理和拉格朗日方法建立钟形振子的机电耦合模型,分析压电电极与钟形振子特性间的关系,确定钟形振子的压电电极参数。最后通过试验手段,验证分析结果的正确性和可用性。

微机械陀螺仪的研制现状

介绍了当前国内外微机械陀螺仪的研制现状,阐述了微机械陀螺仪的两种典型结构,指出了微机械陀螺仪的发展方向。微机械陀螺仪正朝着小型化和低成本方向发展,将会在集成式导航系统和运动控制系统中大量使用。

加工应力对双线振动式陀螺仪谐振频率的影响

分析了双线振动式陀螺仪在驱动模态和检测模态的振动方程及刚度 ,提出用方波梁代替直梁以减小加工应力对陀螺仪谐振频率的影响。并用ANSYS分析软件对驱动谐振频率进行仿真 。

一种圆锥壳型振子式陀螺的信号提取方法

针对一种具有圆锥壳型敏感结构的固体振动陀螺提出了一种信号提取方法,这种圆锥壳型敏感结构取消了电极间的隔离孔.首先对陀螺原理进行了分析,设计了陀螺的硬件处理系统和软件算法.振子激励信号通过独立的DDS模块产生.振动信号经模拟滤波器处理后被采样,在DSP中完成控制与解算.讨论了取消隔离孔后敏感轴电极的正交干扰问题,结合实验结论,提出利用振动信号的相位信息计算输入角速率,为新型谐振陀螺的制作提供参考.

金属壳谐振陀螺温度误差补偿方法

针对温度变化导致陀螺精度降低的问题,提出金属壳谐振陀螺温度误差补偿方法。分别建立金属壳谐振陀螺的温度误差线性模型和玻尔兹曼模型,基于两种模型对陀螺输出进行补偿。实验数据表明,基于玻尔兹曼模型的补偿效果优于线性模型,补偿后漂移标准差降低了80%以上,可大幅降低温度变化对金属壳谐振陀螺精度的影响。

微机械陀螺仪的性能分析

研究了微机械振动轮式陀螺仪的工作原理和实现方法，提出了保证测量精度，提高动态测量带宽的闭环控制系统。从动力学模型出发，推导此类陀螺的检测输入角速度灵敏度，开环、闭环传递函数，交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理，以及闭环控制改善动态测量频带的方法。分析指出，对于中等精度的微机械陀螺，采用静电力再平衡回路控制是必要且可行的。

金属壳固体波动陀螺信号提取方法研究

金属壳固体波动陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型壳体振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应用于中低精度角速度测量领域。针对金属壳固体波动陀螺信号提取方法进行研究,在分析其工作原理和基本数学模型的基础上,提出利用四回路控制方法,进行角速度解算。首先,通过激励电极和反馈电极对振子振动特性进行控制;其次,通过阻尼电极和检测电极抑制振子振型偏移:最后,根据阻尼控制力解算出输入角速度。通过仿真计算,给出了角速度解算结果,验证了该方法的有效性。

金属壳谐振陀螺误差补偿方法研究

针对金属壳谐振陀螺的误差建模与补偿方法进行研究。首先,通过分析金属壳谐振陀螺的敏感机理,找到影响陀螺性能的误差源,建立金属壳谐振陀螺的误差模型。然后,研究陀螺的误差传播特性,对误差源进行分类,提出金属壳谐振陀螺的误差补偿方法。最后,利用试验方法对建立的误差模型和补偿方法进行验证。试验结果表明:经过补偿后的金属壳谐振陀螺在工作温度范围内(-45℃~55℃)零偏不稳定性降低至4.67(°)/h,全温度段线性度由0.2%降低至0.03%,随机游走为0.6982(°)/h^(1/2),陀螺的综合性能得到显著提升,证明了误差模型和补偿方法的有效性。