嵌套环式微陀螺机械灵敏度与抗冲击性能分析与综合优化
发布时间：2021-04-19 18:34
嵌套环式微陀螺近年发展成为了未来高性能微陀螺的一个重要方向。但目前关于嵌套环式微陀螺的研究报道侧重于整体设计、精密修调和信号处理等方面,针对其机械灵敏度和抗冲击性能之间内部联系与综合优化的研究鲜有报道。由于嵌套环式微陀螺具备达到导航级精度的潜力,陀螺机械灵敏度的提升势在必然,随着嵌套环式微陀螺在军事航空等领域上越来越重要的应用价值,对其抗冲击性能也提出了一定的要求。改变嵌套环陀螺的结构设计会引起陀螺性能发生很大的改变,包括机械灵敏度与抗冲击性能的变化,因此本课题从基本的嵌套环式微陀螺结构参数入手,来实现机械灵敏度与抗冲击性能的综合优化。以陀螺机械灵敏度与抗冲击性能为目标,采用PSO算法与仿真相结合的方式对陀螺结构参数进行优化,由于机械灵敏度与抗冲击性能相互矛盾,一方的提升会损耗另一方的性能,因此引入了帕累托前沿寻找满足机械灵敏度与抗冲击性能的均衡解,最终根据优化所得结果进行陀螺样机加工,并对样机进行了性能测试。样机最终的零偏稳定性为0.62o/h,角度随机游走系数为0.038o/√h,最低可承受7000G的冲击力,整体具有了一个较优的综合性能。
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 嵌套环式微陀螺结构优化设计研究进展
1.3 MEMS陀螺抗冲击技术研究情况
1.3.1 优化敏感结构设计
1.3.2 设计抗冲击止挡结构
1.3.3 利用静电止挡方法
1.4 论文的主要研究内容
第二章 嵌套环式微陀螺结构设计及基础理论
2.1 嵌套环式微陀螺的结构设计
2.2 嵌套环式微陀螺工作原理
2.3 嵌套环式微陀螺力学建模
2.3.1 双环耦合动力学建模
2.3.2 多环耦合动力学建模
2.4 嵌套环式微陀螺结构关键性能理论建模
2.4.1 Q值的理论计算
2.4.2 机械灵敏度、机械热噪声的理论计算
2.5 嵌套环式微陀螺抗冲击性能分析方法
2.6 本章小结
第三章 嵌套环谐振结构参数对性能的影响规律研究
3.1 单变量参数影响规律研究
3.1.1 结构厚度对谐振结构性能的影响规律
3.1.2 外圆直径对谐振结构性能的影响规律
3.1.3 锚点-外圆直径比对谐振结构性能的影响规律
3.1.4 环数对谐振结构性能的影响规律
3.2 多变量参数影响规律研究
3.2.1 不同壁厚分布对谐振结构性能的影响规律
3.2.2 不同间隙分布对谐振结构性能的影响规律
3.2.3 机械灵敏度与抗冲击性能的内在影响关系分析
3.3 嵌套环式微陀螺基本参数设计
3.4 本章小结
第四章 嵌套环式微陀螺结构参数综合优化
4.1 基于粒子群的智能优化算法
4.1.1 优化算法参数设置
4.1.2 最优值判断与储存程序
4.1.3 目标函数设置及COMSOL调用
4.2 嵌套环式微陀螺智能参数优化平台
4.3 嵌套环式微陀螺壁厚分布优化
4.3.1 以机械灵敏度为目标的壁厚综合优化
4.3.2 以抗冲击性能为目标的壁厚综合优化
4.4 嵌套环式微陀螺间隙分布优化
4.4.1 以机械灵敏度为目标的间隙综合优化
4.4.2 以抗冲击性能为目标的间隙综合优化
4.5 不同目标下综合优化最优结果分析
4.6 嵌套环式微陀螺结构综合优化设计
4.7 本章小结
第五章 嵌套环式微陀螺加工与测试
5.1 嵌套环式微陀螺加工工艺
5.2 嵌套环式微陀螺性能测试
5.2.1 模态测试
5.2.2 标度因数
5.2.3 零偏稳定性与角度随机游走
5.2.4 抗冲击性能
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]环形微机械陀螺抗冲击性能的稳健性模型与优化[J]. 姜涛,孙林. 系统仿真学报. 2016(04)
[2]MEMS惯组抗高g值冲击设计方法[J]. 汪守利,刘海涛,滕纲,刘尔静,张钰. 中国惯性技术学报. 2014(03)
[3]高性能音叉结构MEMS陀螺的抗冲击设计[J]. 司朝伟,韩国威,宁瑾,赵永梅,杨富华. 微纳电子技术. 2014(05)
[4]微米／纳米技术──面向21世纪的军民两用技术[J]. 丁衡高. 仪器仪表学报. 1995(S1)
本文编号：3148089
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 嵌套环式微陀螺结构优化设计研究进展
1.3 MEMS陀螺抗冲击技术研究情况
1.3.1 优化敏感结构设计
1.3.2 设计抗冲击止挡结构
1.3.3 利用静电止挡方法
1.4 论文的主要研究内容
第二章 嵌套环式微陀螺结构设计及基础理论
2.1 嵌套环式微陀螺的结构设计
2.2 嵌套环式微陀螺工作原理
2.3 嵌套环式微陀螺力学建模
2.3.1 双环耦合动力学建模
2.3.2 多环耦合动力学建模
2.4 嵌套环式微陀螺结构关键性能理论建模
2.4.1 Q值的理论计算
2.4.2 机械灵敏度、机械热噪声的理论计算
2.5 嵌套环式微陀螺抗冲击性能分析方法
2.6 本章小结
第三章 嵌套环谐振结构参数对性能的影响规律研究
3.1 单变量参数影响规律研究
3.1.1 结构厚度对谐振结构性能的影响规律
3.1.2 外圆直径对谐振结构性能的影响规律
3.1.3 锚点-外圆直径比对谐振结构性能的影响规律
3.1.4 环数对谐振结构性能的影响规律
3.2 多变量参数影响规律研究
3.2.1 不同壁厚分布对谐振结构性能的影响规律
3.2.2 不同间隙分布对谐振结构性能的影响规律
3.2.3 机械灵敏度与抗冲击性能的内在影响关系分析
3.3 嵌套环式微陀螺基本参数设计
3.4 本章小结
第四章 嵌套环式微陀螺结构参数综合优化
4.1 基于粒子群的智能优化算法
4.1.1 优化算法参数设置
4.1.2 最优值判断与储存程序
4.1.3 目标函数设置及COMSOL调用
4.2 嵌套环式微陀螺智能参数优化平台
4.3 嵌套环式微陀螺壁厚分布优化
4.3.1 以机械灵敏度为目标的壁厚综合优化
4.3.2 以抗冲击性能为目标的壁厚综合优化
4.4 嵌套环式微陀螺间隙分布优化
4.4.1 以机械灵敏度为目标的间隙综合优化
4.4.2 以抗冲击性能为目标的间隙综合优化
4.5 不同目标下综合优化最优结果分析
4.6 嵌套环式微陀螺结构综合优化设计
4.7 本章小结
第五章 嵌套环式微陀螺加工与测试
5.1 嵌套环式微陀螺加工工艺
5.2 嵌套环式微陀螺性能测试
5.2.1 模态测试
5.2.2 标度因数
5.2.3 零偏稳定性与角度随机游走
5.2.4 抗冲击性能
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]环形微机械陀螺抗冲击性能的稳健性模型与优化[J]. 姜涛,孙林. 系统仿真学报. 2016(04)
[2]MEMS惯组抗高g值冲击设计方法[J]. 汪守利,刘海涛,滕纲,刘尔静,张钰. 中国惯性技术学报. 2014(03)
[3]高性能音叉结构MEMS陀螺的抗冲击设计[J]. 司朝伟,韩国威,宁瑾,赵永梅,杨富华. 微纳电子技术. 2014(05)
[4]微米／纳米技术──面向21世纪的军民两用技术[J]. 丁衡高. 仪器仪表学报. 1995(S1)
本文编号：3148089
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