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硅微陀螺仪误差机理及试验研究

作　者: 赵晓辉
导　师: 王常虹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 硅微陀螺仪振动环形误差机理误差补偿
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

硅微陀螺仪是近十几年发展起来的一种新型陀螺仪,它具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、数字化等一系列优点。因此,硅微陀螺仪在航空航天、地质勘探、医学、汽车工业以及机器人等领域具有广阔的应用价值和前景。与其它陀螺仪相比硅微陀螺仪精度不高,因此,目前主要应用于对精度要求不高的领域,如汽车工业、消费电子等领域。目前,国内对硅微陀螺仪的研究主要集中在提高精度和稳定性。由于制造工艺等条件短期内很难有大的突破,因而研究陀螺仪误差源和误差机理,从而进一步提高陀螺仪的精度和稳定性有着极为重要的意义。同时,硅微机械陀螺仪由于其材料特性,在输出的精度和稳定性上都会受到温度的影响。温度对硅微陀螺仪性能的影响也一直是惯性导航研究的重点课题。论文首先研究了微机械陀螺仪的动力学方程。分别在驱动模态和检测模态方向研究了动力学方程,并分析了影响陀螺仪灵敏度的主要因素;然后,研究了振动环形微机械陀螺仪的结构、工作原理及其检测机制;分析了振动环形陀螺仪的检测电路,推导出了陀螺仪灵敏度的公式。以此为基础,研究了降低噪声提高陀螺仪灵敏度的方法。其次,分析了硅微陀螺仪的主要误差源。运用Hamilton原理和Lagrange乘子法推导了振动环形微机械陀螺仪的运动方程。在此基础上,分析了振动环形微机械陀螺仪的误差源和误差机理。最后,通过试验研究了温度对陀螺仪参数的影响。在试验结果的基础上,研究了温度对标度因数和零偏的影响,并建立了温度—零偏模型。基于建立的模型,对由于温度使陀螺仪零偏产生的漂移进行了补偿。通过补偿,有效提高了陀螺仪的稳定性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 陀螺仪的性能指标  9-11
  1.3 微机械陀螺仪研究现状  11-12
    1.3.1 国外微机械陀螺仪研究现状  11
    1.3.2 国内微机械陀螺仪研究现状  11-12
  1.4 课题来源及研究的目的和意义  12-13
  1.5 课题主要研究内容及安排  13-14
    1.5.1 主要研究内容  13
    1.5.2 内容安排  13-14
第2章振动环形硅微陀螺仪及其工作原理  14-24
  2.1 微机械振动式陀螺仪的工作原理  14-18
    2.1.1 Coriolis效应  14-15
    2.1.2 微机械振动式陀螺仪的动力学模型  15-18
  2.2 振动环形陀螺仪的结构及工作原理  18-23
    2.2.1 振动环形陀螺仪的结构和原理  18-20
    2.2.2 振动环形陀螺仪的检测机制及灵敏度分析  20-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章硅微机械陀螺仪误差源及机理分析  24-37
  3.1 硅微机械陀螺仪误差源分析  24-26
  3.2 振动环形硅微机械陀螺仪的运动方程  26-31
    3.2.1 振子单元研究  26-28
    3.2.2 关于曲率半径  28
    3.2.3 环形振子运动方程的推导  28-31
  3.3 基于振动环形硅微机械陀螺仪的误差机理分析  31-36
    3.3.1 原理性误差  31-32
    3.3.2 工艺离散性误差  32-34
    3.3.3 外界环境变化引致的误差  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章硅微陀螺仪温度试验研究  37-52
  4.1 陀螺仪的测试系统设计  37-39
    4.1.1 测试系统组成  37-38
    4.1.2 测试系统建立  38-39
  4.2 硅微陀螺仪标度因数的标定  39-40
  4.3 硅微陀螺仪零点漂移测试  40-42
    4.3.1 陀螺仪测试  41
    4.3.2 数据处理  41-42
  4.4 硅微陀螺仪标度因数温度试验研究  42-45
    4.4.1 测试过程  43-44
    4.4.2 试验数据的处理及结果分析  44-45
  4.5 硅微陀螺仪零偏及其补偿研究  45-50
    4.5.1 信号预处理  45-47
    4.5.2 数据建模  47-50
  4.6 本章小结  50-52
结论  52-53
参考文献  53-57
攻读学位期间发表的学术论文  57-59
致谢  59

硅微陀螺仪误差机理及试验研究

内容摘要

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