当前位置:主页 > 科技论文 > 信息工程论文 >

半球谐振陀螺误差机理与仿真研究

发布时间:2018-03-14 15:19

  本文选题:半球谐振陀螺 切入点:动力学模型 出处:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:半球谐振陀螺是一种新型的高精度、高稳定性、长寿命的固体振动陀螺,非常适合在空间飞行器、深空探测等长航时工作场合使用,为此发展半球谐振陀螺技术对于我国导航技术的快速发展具有十分重要的意义。目前,陀螺的结构误差以及环境因素是影响陀螺精度的重要原因。所以本文以谐振子动力学模型为基础,分析加速度、偏心误差导致陀螺漂移机理,提出相应的误差补偿方法,最终达到提高陀螺精度的目的。本文的主要研究内容概述如下:1.建立了谐振子二阶谐振状态动力学模型。基于弹性力学薄壳理论,提出了一种谐振子动力学建模方法。针对整个谐振子进行动力学分析,推导了半球壳谐振子的变形几何方程、物理方程、平衡微分方程,建立了谐振子动力学方程。详细推导了谐振子的外载荷形式,利用布勃诺夫-伽辽金法求解谐振子动力学模型,给出了谐振子的比例系数和二阶谐振频率的表达式,计算值与实测数据进行了对比验证。2.基于加速度作用下谐振子动力学方程,并综合考虑加速度对谐振子的影响,给出了加速度作用下谐振子变形解析解表达式。提出了动力学建模解析解与有限元仿真数值解对比验证的方法,给出了解析解与有限元仿真解的拟合误差结果。3.分析了加速度导致的陀螺漂移机理。建立了多电极激励下谐振子动力学模型,结合该模型提出了增加并合理配置激励电极的控制方法,分析了不同控制方式下加速度对半球谐振陀螺控制系统的影响。进一步分析了加速度导致的陀螺漂移机理,建立了陀螺漂移误差模型。完成了陀螺仪在三轴转台上的位置翻滚实验,对陀螺漂移进行了测试,进行了误差补偿并给出了补偿结果。4.分析了偏心误差导致的陀螺漂移机理。推导了偏心误差模型,结合多电极激励谐振子动力学特性,分析了采用不同激励电极控制方式下,偏心误差对HRG振幅、速率控制系统的影响。给出了偏心误差引起的陀螺漂移仿真算法,分析了仿真结果,提出了陀螺制造及装配工艺过程中的改进措施。
[Abstract]:Hemispherical resonator gyroscope is a new type of solid vibration gyroscope with high precision, high stability and long life. Therefore, the development of hemispherical resonant gyroscope technology is of great significance for the rapid development of navigation technology in China. The structure error and environmental factors of gyroscope are the important reasons that affect the precision of gyroscope. Therefore, based on the harmonic oscillator dynamics model, the mechanism of gyro drift caused by acceleration and eccentricity error is analyzed in this paper, and the corresponding error compensation method is put forward. Finally, the purpose of improving the precision of gyroscope is achieved. The main research contents of this paper are summarized as follows: 1. The second order resonant state dynamic model of harmonic oscillator is established. Based on the thin shell theory of elasticity, A dynamic modeling method for harmonic oscillator is presented. The deformation geometric equation, physical equation and equilibrium differential equation of the hemispherical shell harmonic oscillator are derived for the dynamic analysis of the whole harmonic oscillator. The dynamic equation of harmonic oscillator is established, the form of external load of harmonic oscillator is deduced in detail, and the dynamic model of harmonic oscillator is solved by using the Boubonov Galerkin method. The expressions of the proportional coefficient and the second order resonance frequency of the harmonic oscillator are given. 2. Based on the dynamic equation of harmonic oscillator under the action of acceleration, the effect of acceleration on harmonic oscillator is considered synthetically. The analytical solution expression of harmonic oscillator deformation under acceleration is given, and the method of comparing the analytical solution of dynamic modeling with the numerical solution of finite element simulation is proposed. The fitting error between the analytical solution and the finite element simulation solution is given. 3. The mechanism of gyro drift induced by acceleration is analyzed, and the dynamic model of harmonic oscillator under multi-electrode excitation is established. Combined with the model, the control method of increasing and reasonably configuring the excitation electrode is proposed, and the influence of acceleration on the control system of hemispherical resonant gyroscope is analyzed under different control modes. The mechanism of gyroscope drift caused by acceleration is further analyzed. The gyroscope drift error model is established, and the gyroscope drift is tested by the gyroscope position tumbling experiment on the three-axis turntable, and the gyroscope drift error model is established. The mechanism of gyro drift caused by eccentricity error is analyzed. The eccentricity error model is derived. Combining with the dynamic characteristics of multi-electrode excited harmonic oscillator, the different excitation electrode control methods are analyzed. The effect of eccentricity error on HRG amplitude and speed control system is presented. The simulation algorithm of gyro drift caused by eccentricity error is presented, the simulation results are analyzed, and the improvement measures in the process of manufacturing and assembling gyroscope are put forward.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN96

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 魏振楠;伊国兴;徐泽远;;微机电系统姿态估计系统算法与仿真[J];传感器与微系统;2017年05期

2 潘瑶;曲天良;杨开勇;罗晖;;半球谐振陀螺研究现状与发展趋势[J];导航定位与授时;2017年02期

3 徐泽远;伊国兴;魏振楠;;MEMS-SINS/GPS组合导航系统设计[J];自动化仪表;2016年12期

4 庄须叶;喻磊;王新龙;李平华;吕东锋;郭群英;;MEMS硅半球陀螺球面电极成形工艺[J];光学精密工程;2016年11期

5 汪立新;李灿;姜周;朱战辉;田颖;;动态总方差设计及其快速算法[J];北京航空航天大学学报;2016年07期

6 李灿;汪立新;秦伟伟;田颖;;谐振子偏心对半球陀螺精度的影响[J];传感技术学报;2015年06期

7 代成龙;皮德常;方针;彭慧;;半球谐振陀螺仪寿命的一种长周期预测方法[J];宇航学报;2015年01期

8 毛海燕;梁宇;袁小平;唐平;彭慧;卜继军;;半球谐振陀螺现状及发展趋势[J];压电与声光;2014年04期

9 伊国兴;谢阳光;王常虹;祁子阳;;加速度对半球谐振陀螺振动检测系统影响分析[J];中国惯性技术学报;2013年05期

10 赵洪波;任顺清;滕浩军;;力反馈模式半球谐振陀螺仪振幅控制稳态模型的建立[J];中国惯性技术学报;2013年01期

相关博士学位论文 前2条

1 赵洪波;半球谐振陀螺仪误差机理分析与误差抑制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 谢阳光;基于半球谐振陀螺仪的姿态测量系统研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

相关硕士学位论文 前6条

1 祁子洋;基于参数外推的半球谐振陀螺导航系统寿命预测研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 李云;半球谐振陀螺力再平衡数字控制技术[D];国防科学技术大学;2011年

3 栾清磊;组合式石英圆柱壳体振动陀螺的研究[D];国防科学技术大学;2011年

4 陈雪;半球谐振陀螺仪的误差机理分析和实验方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 李子昂;半球陀螺谐振子的力学性能及振动特性分析[D];哈尔滨工业大学;2007年

6 雷霆;半球谐振陀螺控制技术研究[D];重庆大学;2006年



本文编号:1611776

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/1611776.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户db011***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com