检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杨颖慧苏州大学

学位级别：硕士

硅微轴对称陀螺由于其结构对称、能量传递效率高等优点逐渐成为陀螺领域的研究热点。它有两种工作模式:速率模式和速率积分模式(又称全角模式)。相比速率模式,全角模式拥有更大的带宽,减少了由角速率随机游走带来的测量积分误差。传统... 详细信息

硅微轴对称陀螺由于其结构对称、能量传递效率高等优点逐渐成为陀螺领域的研究热点。它有两种工作模式:速率模式和速率积分模式(又称全角模式)。相比速率模式,全角模式拥有更大的带宽,减少了由角速率随机游走带来的测量积分误差。传统的全角陀螺通过幅度调制(Amplitude Modulation,AM)检测角度信息,控制系统较复杂,并且其结构不对称性会导致角度检测阈值等问题,严重限制了测控系统性能和应用范围。本文以类蛛网状盘式谐振陀螺(Cobweb-like Disk Resonator Gyroscope,CDRG)为实验对象,使用可同时检测输出角度和角速率的频率调制(Frequency Modulation,FM)全角控制方法,同时提出两种闭环系统改进措施,分别降低了角度检测阈值和角速率输出的波动问题。本文的主要研究工作如下:首先,分析了硅微轴对称陀螺的工作原理与结构,对陀螺质量块的运动轨迹进行研究,推导出正交调频陀螺工作模式下频率与输入角速率的关系,基于CDRG设计了双相位闭环控制方法的调频全角系统理论模型。然后,为解决双相位闭环控制系统中存在的系统稳定较慢和顺逆时针模式相互耦合问题,提出了一种双相位和双幅度的改进闭环控制方法,同时控制顺逆模式的相位和振幅,有效降低了角度检测阈值。经Simulink模型仿真,并通过FPGA数字控制电路进行了测试实验。实验结果表明,相比双相位闭环控制方法,双相位和双幅度控制方法的系统稳定时间从4s降至0.4s,角速率输入阈值从11°/s降为0.1°/s。最后,针对双相位闭环控制调频全角方法中输出角速率波动大的问题,提出了一种顺逆时针模式激励信号幅度和相位的补偿方法,通过仿真验证了其有效性。实物测试结果表明,顺逆模式的频差信息可直接测量输入角速率,补偿后的调频全角控制方法的频差波动大小降低了 10倍左右,并且改善了阈值和标度因子稳定性。

关键词：硅微轴对称陀螺频率调制全角模式阈值

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MEMS轴对称全角陀螺的控制与误差补偿技术研究

MEMS轴对称全角陀螺的控制与误差补偿技术研究

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作者：刘靖苏州大学

学位级别：硕士

轴对称陀螺主要有两种工作模式:全角模式与速率模式。相比速率模式,全角模式能直接输出角度、具有极大的带宽与量程,因此受到了广泛的关注。但全角模式的缺点也很明显:控制系统较为复杂,陀螺结构的不对称会让其产生阈值。目前,由于加工... 详细信息

轴对称陀螺主要有两种工作模式:全角模式与速率模式。相比速率模式,全角模式能直接输出角度、具有极大的带宽与量程,因此受到了广泛的关注。但全角模式的缺点也很明显:控制系统较为复杂,陀螺结构的不对称会让其产生阈值。目前,由于加工精度的限制,大部分MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）全角陀螺的阈值在几度每秒甚至几十度每秒,这严重限制了其性能和应用范围。因此,降低阈值是研究者普遍关注的研究课题。本文以类蛛网状盘式谐振陀螺为研究对象,研究了 MEMS陀螺全角模式的控制系统,分析了陀螺结构的刚度不对称与阻尼不对称对进动角速度带来的影响,提出全角陀螺进动角速度误差补偿方法,该方法能有效降低全角陀螺的阈值。本文主要工作如下:首先,分析了全角模式的激励方式与工作特点,针对角度解算出现的值域不完整问题给出角度值域补偿方法,同时分析了全角陀螺的能量控制回路、正交控制回路、锁相环以及进动角速度控制回路,分别讨论了进动角速度控制回路闭环工作与开环工作这两种情况。其次,分析了阻尼不对称和刚度不对称对全角陀螺性能的影响,指出陀螺结构不对称会使进动角速度产生误差,并且该误差会导致输出角度波动以及阈值等问题。本文总结了该误差的特点,提出用傅里叶级数拟合来获取误差信息,通过进动角速度控制回路来进行误差补偿。最后,设计了基于全角模式下MEMS陀螺的测试实验。测试了陀螺的基本参数,测得x模态与y模态的谐振频率分别为5046.76Hz与5045.1Hz,品质因数分别为136252和135606。补偿前进动角速度波动幅值为5°/s左右,即阈值约为5°/s,用傅里叶级数拟合补偿后,陀螺的阈值降低到了 0.05 °/s以下,相比补偿前改善了两个数量级并且实验证明该方法能有效提高角度增益稳定性。

关键词： MEMS陀螺全角模式刚度不对称阻尼不对称阈值

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半球谐振陀螺技术

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导航与控制 2020年第4期19卷 208-215页

作者：刘付成赵万良杨浩李绍良成宇翔上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 上海惯性工程技术研究中心上海201109

半球谐振陀螺是一种基于哥式效应的固体波动陀螺,具有高精度、长寿命、高可靠性的优势,是未来陀螺的重要方向,国内外均开展了半球谐振陀螺的相关研究。本文对美国、俄罗斯、法国以及国内的半球谐振陀螺研究历程、技术及应用现状进行了介... 详细信息

半球谐振陀螺是一种基于哥式效应的固体波动陀螺,具有高精度、长寿命、高可靠性的优势,是未来陀螺的重要方向,国内外均开展了半球谐振陀螺的相关研究。本文对美国、俄罗斯、法国以及国内的半球谐振陀螺研究历程、技术及应用现状进行了介绍,在半球谐振陀螺技术发展过程中存在着加工制造难度大、动态范围小以及全角模式下存在角速度测量阈值等技术瓶颈,亟需突破高Q值材料、两件套陀螺加工制造以及全角模式控制等关键技术研究。半球谐振陀螺的未来发展方向包括高精度、大动态、低成本以及轻质小型化等,在航天、航海、战略战术武器等诸多领域上,半球谐振陀螺都将有着良好的应用前景。

关键词：半球谐振陀螺研究现状发展趋势全角模式

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速率积分半球谐振陀螺建模与控制方法研究

速率积分半球谐振陀螺建模与控制方法研究

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作者：王奇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。同时对变壁厚及变支撑杆径结构仿真,提出谐振子机械加工时的精度要求。对谐振子、平板电极、电极基座整体结构仿真,给出电极与基座间距对导电引针谐振频率的影响。4.通过引入泡利矩阵表示半球谐振陀螺谐振子二阶振动方程,采用平均法建立系统慢变量与谐振子进动参数的联系。通过检测系统输出的慢变量表示系统波节点控制量、波腹点控制量及方位角,设计速率积分半球谐振陀螺的控制方案,并进行仿真验证。

关键词：半球谐振陀螺全角模式动力学模型 ANSYS仿真控制系统

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微三维谐振陀螺研究的起源、进展与未来

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飞航导弹 2014年第10期 76-82页

作者：潘瑶杨开勇吴素勇曲天良国防科学技术大学

介绍了美国国防预先研究计划局资助的微三维谐振陀螺项目的研究起源。重点概述了目前各单位取得的研究进展,讨论了微三维谐振陀螺进一步发展要解决的关键技术问题,并对微三维谐振陀螺的未来做了展望。

关键词：微三维谐振陀螺全角模式频率裂解品质因数谐振子

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半球谐振陀螺的信号检测技术

半球谐振陀螺的信号检测技术

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作者：于伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

半球谐振陀螺是一种有广泛应用前景的高精度陀螺.该文从其基本构造和工作原理入手,着重对其信号检测环节做了分析.半球谐振陀螺的信号检测方式分为力再平衡模式和全角模式两种.力再平衡模式也称闭环检测模式.这种模式下,陀螺需要四个控... 详细信息

半球谐振陀螺是一种有广泛应用前景的高精度陀螺.该文从其基本构造和工作原理入手,着重对其信号检测环节做了分析.半球谐振陀螺的信号检测方式分为力再平衡模式和全角模式两种.力再平衡模式也称闭环检测模式.这种模式下,陀螺需要四个控制环,它们分别是速率控制、振幅控制、频率控制和正交控制.此时,谐振陀螺是被当作一种速率陀螺来使用的.该文依据闭环检测原理,推导并分析了几种结构误差对闭环检测的影响.全角模式也称开环检测模式,依据互成45°的两组电容拾振器实时检测四波腹振型的位置,进而根据进动理论推算出半球谐振陀螺的角速度和角度.此时陀螺当作一种积分速率陀螺来使用,不需要速率控制环.该文依据独立同分布原理,对经典的开环检测方法做了改进,使量测信号在含有噪声和偏置的情况下,输出信号精度大幅提高.针对量程小、有时会出现输出跳变的现象,用神经网络方法建立了一套RBF辅助的全角检测方案,通过Matlab仿真程序验证了这一方法的正确性.控制系统与信号检测密不可分,该文简要介绍了系统的动力学方程,然后通过平均值公式引入一个类似状态方程的一阶线性方程组描述控制系统.依据该方程组,对系统进行了分析,建立了频率控制环、振幅控制环、正交控制环的结构框图.

关键词：半球谐振陀螺信号检测全角模式力再平衡模式 RBF网络

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