速率积分半球谐振陀螺建模与控制方法研究
发布时间：2021-11-15 14:39
半球谐振陀螺是在传统的机械转子式陀螺和光学陀螺的基础上发展起来的新一代高精度陀螺,是主流高精度惯性器件之一,已广泛应用在航空、航天、航海等领域。国内传统的半球谐振陀螺的工作模式为力反馈模式,该模式下半球谐振陀螺精度高,但动态范围较小、应用范围有限。针对上述问题,本文本文对速率积分模式半球谐振陀螺进行研究,通过对其进行理论建模及控制方法的研究,可以将半球谐振陀螺应用在有大动态范围需求的环境中。本文主要研究内容如下:1.依据经典薄壳理论,建立速率积分模式半球谐振陀螺的动力学模型。通过使用力学中变分法及虚功原理,将抽象的驻波二阶振动模态转化为一集中质量在二维空间的弹簧简谐振动,推导了二维空间集中质点的振动微分方程。2.针对平板电极实际几何结构造成建模困难的问题,引入等效间距角概念,建立等效电容器模型,并给出近似解析解。依据误差平方和最小原则,提出电容模型参数辨识方法,在此基础上设计了先电极平均间距、后安装倾角及倾角方位角的装配参数辨识方案。进行仿真实验。3.对半球谐振陀螺谐振子的主要结构参数对谐振模态的影响进行仿真。根据模态变化规律结合实际工程实现需要,给出选择谐振子结构参数的方法。同时对变...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NorthropGrumman公司mHRG结构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文其比例因子能够实现自补偿技术。大量的实验数据得出，使用同一个微半球谐振陀螺，在使用了自补偿的优化后，零偏稳定性可以较无优化时提高一个数量级[8-10]。图2-1NorthropGrumman公司mHRG结构1.2.2法国在对比不同国家的半球谐振陀螺后，可以发现法国Sagem公司所生产的半球谐振陀螺核心的零部件只有两个，所使用的零部件少于其他陀螺，这使得其可靠性有了良好的保证。在同样可以达到惯导级的陀螺中，半球谐振陀螺具有体积孝质量低、功耗最小的特点；同时不会对外界振动、环境温度的改变产生较大影响，具有良好的抗冲击能力(大于2000g)。图2-2Sagem公司两件套结构Sagem公司的半球谐振陀螺在控制电路上主要采用的是全角控制方式，在此工作模式下，可以提高陀螺的工作范围，并且可以将陀螺误差(漂移、标度因数)通过在线的方式自标定。根据国外的公开数据，已有数千颗Sagem公司所生产的半球谐振陀螺投入使用，使用Sagem生产的产品开发的惯导系统已经在航天、航空、陆地、海洋等多方面应用，可以同时满足国防需求及民用需求。由法国Sagem公司所生产的半球谐振陀螺已经使用在姿态轨道控制系统，而3
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章半球谐振陀螺谐振子建模2.1引言本章是全文的基础，建立了速率积分半球谐振陀螺谐振子二阶动力学模型。在推导抽象的壳体振动方程之前，整体了介绍半球谐振陀螺的结构及制造流程。依据经典的薄壳理论，采用变分法及虚功原理分析谐振子的进动，将抽象的驻波二阶振动模态转化为一集中质量在二维空间的弹簧简谐振动。通过将“快变量”和“慢变量”分别处理的方法，可以使对半球谐振陀螺的进动模型分析的过程大大简化。2.2速率积分半球谐振陀螺整体结构图2-1速率积分半球谐振陀螺整体结构示意图速率积分半球谐振陀螺核心部件是半球谐振子及电极基板。两者均由高纯度熔融石英制作，由于熔融石英属于硬脆材料在粗胚成型过程中需要严格控制磨削进给速度，尤其应避免谐振子唇沿处崩口，这种缺陷会对后续平板电极激励与检测效果，以及陀螺整体性能产生影响。通常粗胚成型一只直径30mm谐振子需要20小时左右。粗胚成型后需经过超精密机械磨削，使半球谐振子唇沿、内表面及支撑杆达到亚微米级表面粗糙度，为后续镀金属膜层工艺提供基矗经过化学酸洗，抛光厚的半球谐振子表面粗糙度进一步降低之后，将半球谐振子唇沿、内表面及支撑杆、平板电极基板表面镀上具有良好导电性的金属膜层。在平板电极基板表面刻蚀出8个平板电极，与半球谐振子唇沿形成激励与检测电极。导电引针穿过平板电极基板表面的通孔，将电极信号引出至缓冲放大电路，再由外部接口引入数据处理9
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外惯性技术发展与回顾[J]. 薛连莉,沈玉芃,徐月. 导航定位与授时. 2020(01)
[2]半球谐振陀螺发展的技术特征[J]. 彭慧,方针,谭文跃,方海斌,严隆辉. 导航定位与授时. 2019(04)
[3]半球谐振陀螺技术发展趋势[J]. 贾智学,付丽萍,任佳婧. 导航与控制. 2018(03)
[4]半球谐振陀螺研究现状与发展趋势[J]. 潘瑶,曲天良,杨开勇,罗晖. 导航定位与授时. 2017(02)
[5]半球谐振陀螺技术发展概述[J]. 方针,余波,彭慧,蒋春桥. 导航与控制. 2015 (03)
[6]半球谐振陀螺现状及发展趋势[J]. 毛海燕,梁宇,袁小平,唐平,彭慧,卜继军. 压电与声光. 2014(04)
[7]实践-9卫星创中国航天技术多项第一[J]. 航天器工程. 2013(05)
[8]力平衡模式下半球谐振陀螺正交误差控制[J]. 王旭,吴文启,方针,罗兵,李云. 仪器仪表学报. 2012(04)
[9]基于二维质点振动模型的半球谐振陀螺谐振子进动分析[J]. 王旭,方针,吴文启,罗兵,李云. 中国惯性技术学报. 2011(05)
[10]半球谐振陀螺的漂移机理及其控制[J]. 高胜利,吴简彤. 弹箭与制导学报. 2008(03)
博士论文
[1]基于半球谐振陀螺仪的姿态测量系统研究[D]. 谢阳光.哈尔滨工业大学 2013
[2]半球谐振陀螺误差建模补偿与力平衡控制方法研究[D]. 王旭.国防科学技术大学 2012
[3]半球谐振陀螺仪误差分析与测试技术[D]. 祁家毅.哈尔滨工业大学 2009
[4]半球谐振陀螺的分析与研究[D]. 高胜利.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]半球谐振陀螺频率裂解机理与平衡方法研究[D]. 明坤.哈尔滨工业大学 2019
[2]半球谐振子金属化镀膜残余应力与膜厚均匀性研究[D]. 孙婧晗.华中科技大学 2019
[3]微半球谐振陀螺的工艺优化与结构测试[D]. 徐磊.东南大学 2018
[4]全角模式半球谐振陀螺建模与控制算法研究[D]. 王泽宇.哈尔滨工业大学 2018
[5]半球谐振陀螺误差机理与仿真研究[D]. 徐泽远.哈尔滨工业大学 2017
[6]半球谐振子磁流变抛光加工技术及其工艺实验研究[D]. 张杰.哈尔滨工业大学 2017
[7]半球谐振陀螺力再平衡数字控制技术[D]. 李云.国防科学技术大学 2011
[8]半球谐振陀螺温度漂移分析与模型研究[D]. 李广胜.国防科学技术大学 2009
本文编号：3496972
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NorthropGrumman公司mHRG结构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文其比例因子能够实现自补偿技术。大量的实验数据得出，使用同一个微半球谐振陀螺，在使用了自补偿的优化后，零偏稳定性可以较无优化时提高一个数量级[8-10]。图2-1NorthropGrumman公司mHRG结构1.2.2法国在对比不同国家的半球谐振陀螺后，可以发现法国Sagem公司所生产的半球谐振陀螺核心的零部件只有两个，所使用的零部件少于其他陀螺，这使得其可靠性有了良好的保证。在同样可以达到惯导级的陀螺中，半球谐振陀螺具有体积孝质量低、功耗最小的特点；同时不会对外界振动、环境温度的改变产生较大影响，具有良好的抗冲击能力(大于2000g)。图2-2Sagem公司两件套结构Sagem公司的半球谐振陀螺在控制电路上主要采用的是全角控制方式，在此工作模式下，可以提高陀螺的工作范围，并且可以将陀螺误差(漂移、标度因数)通过在线的方式自标定。根据国外的公开数据，已有数千颗Sagem公司所生产的半球谐振陀螺投入使用，使用Sagem生产的产品开发的惯导系统已经在航天、航空、陆地、海洋等多方面应用，可以同时满足国防需求及民用需求。由法国Sagem公司所生产的半球谐振陀螺已经使用在姿态轨道控制系统，而3
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章半球谐振陀螺谐振子建模2.1引言本章是全文的基础，建立了速率积分半球谐振陀螺谐振子二阶动力学模型。在推导抽象的壳体振动方程之前，整体了介绍半球谐振陀螺的结构及制造流程。依据经典的薄壳理论，采用变分法及虚功原理分析谐振子的进动，将抽象的驻波二阶振动模态转化为一集中质量在二维空间的弹簧简谐振动。通过将“快变量”和“慢变量”分别处理的方法，可以使对半球谐振陀螺的进动模型分析的过程大大简化。2.2速率积分半球谐振陀螺整体结构图2-1速率积分半球谐振陀螺整体结构示意图速率积分半球谐振陀螺核心部件是半球谐振子及电极基板。两者均由高纯度熔融石英制作，由于熔融石英属于硬脆材料在粗胚成型过程中需要严格控制磨削进给速度，尤其应避免谐振子唇沿处崩口，这种缺陷会对后续平板电极激励与检测效果，以及陀螺整体性能产生影响。通常粗胚成型一只直径30mm谐振子需要20小时左右。粗胚成型后需经过超精密机械磨削，使半球谐振子唇沿、内表面及支撑杆达到亚微米级表面粗糙度，为后续镀金属膜层工艺提供基矗经过化学酸洗，抛光厚的半球谐振子表面粗糙度进一步降低之后，将半球谐振子唇沿、内表面及支撑杆、平板电极基板表面镀上具有良好导电性的金属膜层。在平板电极基板表面刻蚀出8个平板电极，与半球谐振子唇沿形成激励与检测电极。导电引针穿过平板电极基板表面的通孔，将电极信号引出至缓冲放大电路，再由外部接口引入数据处理9
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外惯性技术发展与回顾[J]. 薛连莉,沈玉芃,徐月. 导航定位与授时. 2020(01)
[2]半球谐振陀螺发展的技术特征[J]. 彭慧,方针,谭文跃,方海斌,严隆辉. 导航定位与授时. 2019(04)
[3]半球谐振陀螺技术发展趋势[J]. 贾智学,付丽萍,任佳婧. 导航与控制. 2018(03)
[4]半球谐振陀螺研究现状与发展趋势[J]. 潘瑶,曲天良,杨开勇,罗晖. 导航定位与授时. 2017(02)
[5]半球谐振陀螺技术发展概述[J]. 方针,余波,彭慧,蒋春桥. 导航与控制. 2015 (03)
[6]半球谐振陀螺现状及发展趋势[J]. 毛海燕,梁宇,袁小平,唐平,彭慧,卜继军. 压电与声光. 2014(04)
[7]实践-9卫星创中国航天技术多项第一[J]. 航天器工程. 2013(05)
[8]力平衡模式下半球谐振陀螺正交误差控制[J]. 王旭,吴文启,方针,罗兵,李云. 仪器仪表学报. 2012(04)
[9]基于二维质点振动模型的半球谐振陀螺谐振子进动分析[J]. 王旭,方针,吴文启,罗兵,李云. 中国惯性技术学报. 2011(05)
[10]半球谐振陀螺的漂移机理及其控制[J]. 高胜利,吴简彤. 弹箭与制导学报. 2008(03)
博士论文
[1]基于半球谐振陀螺仪的姿态测量系统研究[D]. 谢阳光.哈尔滨工业大学 2013
[2]半球谐振陀螺误差建模补偿与力平衡控制方法研究[D]. 王旭.国防科学技术大学 2012
[3]半球谐振陀螺仪误差分析与测试技术[D]. 祁家毅.哈尔滨工业大学 2009
[4]半球谐振陀螺的分析与研究[D]. 高胜利.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]半球谐振陀螺频率裂解机理与平衡方法研究[D]. 明坤.哈尔滨工业大学 2019
[2]半球谐振子金属化镀膜残余应力与膜厚均匀性研究[D]. 孙婧晗.华中科技大学 2019
[3]微半球谐振陀螺的工艺优化与结构测试[D]. 徐磊.东南大学 2018
[4]全角模式半球谐振陀螺建模与控制算法研究[D]. 王泽宇.哈尔滨工业大学 2018
[5]半球谐振陀螺误差机理与仿真研究[D]. 徐泽远.哈尔滨工业大学 2017
[6]半球谐振子磁流变抛光加工技术及其工艺实验研究[D]. 张杰.哈尔滨工业大学 2017
[7]半球谐振陀螺力再平衡数字控制技术[D]. 李云.国防科学技术大学 2011
[8]半球谐振陀螺温度漂移分析与模型研究[D]. 李广胜.国防科学技术大学 2009
本文编号：3496972
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