角加速度计在飞行器/水下航行器制导控制系统中的应用

介绍了角加速度计在飞行器/水下航行器制导控制的三个领域:制导控制一体化设计、抗未知瞬发干扰稳定控制、动力学系数辨识中的应用机理。角加速度计作为一种测量用传感器,能够在飞行器/水下航行器运动过程中直接采集俯仰、航向和滚动三个通道的飞行器/航行器本体的角加速度信息。通过对角加速度信息的获取及处理,分析飞行器/水下航行器质心运动与姿态运动的内在联系,同时将角加速度信息与惯性导航转置所采集的信息相互结合,便可以使得系统的动力学系数辨识和制导控制一体化设计成为可能;同时,由于角加速度信息在相位上超前于角速度反馈,因此引入角加速度信息的反馈可以提升飞行器/水下航行器抗未知瞬发干扰的能力。     

基于两级应力隔离的MEMS加速度计封装设计

封装应力是影响MEMS加速度计性能尤其是温度特性的关键因素之一。为降低封装应力,提出了一种两级应力隔离的低应力封装设计,包含芯片级应力隔离和封装级应力缓冲。采用有限元仿真模拟了四种封装设计和四种粘片方式。仿真结果表明,芯片级应力隔离比封装级应力缓冲效果更好,采用两级应力隔离可以将敏感电容的温度特性改善8倍,且四点胶粘片的效果最优。进一步通过实验优化了四点胶粘片的工艺和参数。实验结果表明,采用低应力封装设计的95只加速度计零偏温度系数均值由1450×10^-6g/℃降低至243×10^-6g/℃,零偏稳定性和零偏重复性均值分别为92×10^-6g和45×10^-6g。     

加速度计横向灵敏度测试方法研究

随着加速度计在地震勘探、轨道交通等领域的广泛应用,横向灵敏度已经成为加速度计校准和实际应用中的重要参数。根据测试加速度向量维度的不同,对现有的加速度计横向灵敏度测试方法进行分类,指出各种测试方法及测试装置在横向灵敏度幅度、频率和方向角测试方面的局限性,并对相关问题的研究进展进行论述,指出加速度计横向灵敏度测试方法的研究方向。     

一种基于模观测法的离心机加速度计组合标定方法研究

为了实现惯性组合中加速度计误差模型系数的整体标定,提高惯性导航系统的导航精度,应用模观测法重点实现了对加速度计二次项系数的标定.应用Tylor级数对加速度模型的解进行多项式展开,利用最小二乘法求得含误差模型系数的中间变量,并给出了加速度计的二次项系数、标度因数以及零偏的计算公式.设计了20位置法对加速度计组合进行标定,通过仿真验证了该方法的有效性,并分析了安装误差角和杆臂误差对系数标定精度的影响.结果 表明,安装误差角与杆臂误差对系数标定的影响小于10-8,在实际标定过程中可以忽略.     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯 性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀 螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发 展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

异氰酸酯硅烷处理石英布/ PSA 树脂复合材料的影响

设计并选用一种分子结构中带有异氰酸酯基的硅烷偶联剂对石英布进行了表面处理,对比了石英
纤维改性对含硅芳炔树脂复合材料部分力学、介电及耐热性能等的影响。结果表明:偶联剂处理石英纤维后,偶
联剂与石英纤维表面发生化学键合,明显改善石英纤维与含硅芳炔树脂的界面粘接,复合材料的层间剪切强度比
未处理的提高了24.7%,弯曲强度提升了12.4%,偶联剂的加入不会降低复合材料的Tg 和介电性能。     

大挠性航天器的模糊模型预测控制

针对带有大型挠性附件的航天器姿态控制系统，将自适应模糊控制和模型预测控制相结合，设计了大挠性航天器的模糊模型预测姿态控制策略。基于大挠性航天器的动力学模型，采用泰勒展开设计出了非线性模型预测控制律，避免了预测控制在线优化过程中繁琐的计算，有效降低了计算复杂度。针对大挠性附件振动导致的不确定性扰动对姿态控制的影响，使用自适应模糊控制来逼近不确定扰动。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性，并推导了模糊参数的自适应律。仿真结果表明所设计的控制策略对大挠性附件振动有很好的抑制作用，可以控制姿态角对期望值实现快速跟踪，具有较好的控制特性。     

石英谐振加速度计振梁内部热应力的抑制方法研究

石英谐振加速度计具有抗干扰能力强、准数字输出和易于集成等优点，但温漂成为了制约其稳定性指标的关键因素。本文通过全石英无异质材料设计和热应力隔离结构方案有效抑制加速度计振梁内部产生的热应力。传感器敏感结构由惯性质量块、铰链、固定基底和微谐振器组成，均采用石英晶体材料制备，且两个微谐振器呈差动布置可以通过差分对振梁内热应力进行部分抑制。通过微谐振器的四边形框架设计可以将工作环境中产生的热应力与振梁隔离，再对固定基底上的热应力敏感部分进行拓扑优化设计来抑制工作时从固定锚点处传递至振梁内部的热应力。本文对石英谐振加速度计进行了全温度下的有限元仿真计算分析，工作环境温度从室温到75 ℃，微谐振器振梁内部产生的热应力经优化后减少了99.41%以上。     

挠性板弯折的数值分析方法

基于材料力学中梁弯曲的挠曲线方程，利用数值积分方法计算特定弯矩和剪力时挠性板的弯折曲线，同时利用曲线积分计算挠性板的长度，最终确定在给定长度和跨度情况下挠性板的弯折曲线以及对应的弯矩和剪力。利用有限元软件对相同模型在同一条件下进行模拟分析。将数值计算与有限元分析结果对比，发现两者变形曲线非常吻合，弯矩和剪力数值精度满足实际工程需求。基于上述数值计算方法，可以对挠性板弯折的各种参数进行分析和预估，对实际工程应用具有重要的指导意义。     

结构参数对石英纤维针刺毡防隔热和力学性能的影响

为开发具有良好防隔热和力学性能的高性能石英纤维毡,基于传热数学方程,预测了石英纤维毡的厚度对其隔热性能的影响规律;为提高纤维毡的力学性能,探究了在纤维毡中添加不同层数的石英纤维布对其力学性能的影响规律;此外还探讨了针刺密度对石英纤维毡隔热性能和力学性能的影响。结果表明：石英纤维毡传热模型与实验吻合度可达94.8%;石英纤维毡厚度提升2 mm,其隔热性能提高20 ℃左右;添加石英纤维布可以显著提高纤维毡断裂强力和撕破强力;针刺密度可以提升纤维毡力学性能,但针刺密度过大会破坏纤维毡结构,使其力学性能下降。