振环硅微陀螺仪检测控制与三轴集成技术研究

发布时间：2020-04-22 21:10

【摘要】：随着技术的进步,硅微机械陀螺仪得到了快速的发展。它具有体积小、重量轻、功耗低、易于智能化、可靠性高、动态性能好等诸多优点,因而在军用和民用领域具有广阔的应用前景。本文主要研究振环硅微陀螺仪的测控技术和三轴集成技术。其中,单轴振环陀螺仪的测控以数字化技术实现,作为三轴集成设计的基础;三轴集成技术研究主要对集成方法及其耦合误差进行分析,为陀螺仪的实际应用提供依据。本文以实验室自行研制的振环式硅微陀螺仪为对象,对其驱动检测技术、误差模型与补偿、模态互易技术等进行深入的研究和分析,并设计三轴集成方案和分析耦合误差,主要研究内容包括:(1)振环陀螺仪数字测控技术。基于振环陀螺仪的基本理论,采用平均分析法对驱动环路及检测力反馈环路进行分析,建立了基于锁相环和自动增益控制的驱动控制模型和力反馈闭环检测模型,仿真验证了整体方案及控制模型的正确性。通过软硬件设计实现了数字测控系统,试验表明系统设计能够满足振环陀螺仪检测与控制的要求。(2)振环陀螺仪误差分析及温度漂移校正技术。分析了振环陀螺仪的主要误差,针对其结构误差,建立了误差模型;通过对误差模型的分析,揭示了模态互易时陀螺仪零偏的关系,提出了基于模态互易技术的零偏补偿方案。分析了温度对零偏误差的影响机理,表明温度是引起零偏漂移的主要因素。基于最小二乘法建立了零偏温度漂移补偿模型,通过实验验证了其补偿的有效性。(3)三轴集成技术。基于相关研究,设计了两种三轴集成方案,分析了基于模态互易集成方案的角速度解算方法;理论上分析了集成系统的耦合误差,建立了耦合误差模型,设计了通过标定实验确定耦合误差补偿系数的方法。对正交集成的三轴陀螺进行了耦合补偿试验,验证了补偿方法的有效性。(4)振环硅微陀螺仪测试试验。参照国产微机械陀螺仪测试细则,对振环硅微陀螺仪进行了整机试验与性能测试,结果表明,本文设计的数字化测控系统灵活方便,功能性能满足要求。振环陀螺仪的初步性能指标为:标度因数-0.6761mV/°/s,零偏-5.7304°/s,零偏稳定性56.90°/h,角度随机游走96.33°/h/√Hz,达到了预期目标。振环硅微陀螺仪的研究在本实验室尚处开始阶段,因而在结构设计、封装、测控和误差抑制等多方面的工作尚显初步,希望本文的工作为后续研究的进一步深入奠定了一个良好的基础。
【图文】：

双框架,硅微,振动式,陀螺

东南大学硕士学位论文陀螺仪研究开始于上世纪 80 年代，，美国、德国德雷珀（Draper）实验室、JPL 实验室、利顿公司的 SAGEM 公司相继开展微机械陀螺仪的研究。0 年代初，起步相对较晚，先后有清华大学，东、北京大学、中电集团第 13 研究所、第 55 研究中北大学、南京理工大学、北京航空航天大学、。国家自然科学基金、国防科技部、中国科学院展，国内已在微机械陀螺仪结构设计技术、加工了很大的进步。陀螺仪主要有以下几种结构设计：动式硅微陀螺仪 CSDL 公司（Charles Stark Draper Laboratory)率械陀螺——采用平板电容驱动的双框架式硅微型示。该陀螺仪性能不理想，1Hz 的带宽内，噪声水

微机械陀螺仪,科技大学

检测电极检测机构哥氏机构驱动机构耦合弹簧抵消电 1-3 CEALETI 的 3D 电容音叉陀螺结螺仪究所研制出一种双线振动硅微陀动与检测模态间存在耦合[8]。技大学提出了一种双质量线振电极，通过残余正交误差信号和测量范围为±100°/s，角度随机[9]。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH824.3

【参考文献】