采用静电激励和电磁检测的平面振动陀螺仪

我们设计了一种采用静电激励（下同）和电磁检测的平面振动陀螺仪,该陀螺仪具有较大的敏感性并且可以采用表面微机械技术,大规模微机械技术和常规加工技术来加以制造,本文推导了陀螺仪和电磁检测系统的方程,该方程可决定采用静电激励和电磁检测的平面振动陀螺仪的输出特性,当驱动频率等于检测频率时,输出最大,谐振器的谐振频率由支架刚度地ＡＣ驱动电压为３Ｖ,电路放大倍数为２３４５,ＤＣ偏置电压为１５Ｖ,ＤＣ场电流为５     

重力梯度传感器结构误差建模

机械精度设计在重力梯度传感器的结构设计过程中占有举足轻重的地位,因为结构误差对重力梯度仪输出结果的精度有很大影响。为此,采用建立数学模型的方法,根据测量原理分析加速度计输入输出关系,对理论输出结果和含有结构误差时的实际输出结果求差,得到结构误差方程。为保证重力梯度仪的测量精度,对主要结构误差方程中信号与结构误差的耦合项进行逐项分析,则可给出在不影响精度条件下,推导安装极限误差,为提出重力梯度传感器的结构所必须达到的机械精度以及载体平台稳定性的设计要求打下基础。     

半球谐振陀螺仪谐振子品质因数不均匀引起的误差分析

 半球谐振子的品质因数不均匀性是造成陀螺仪输出误差的一个主要误差源,所以研究在参数激励以及位置激励两种模式下,谐振子品质因数不均匀对于陀螺仪输出误差的影响具有一定的理论意义。在引入半球谐振子的环形振动模型的基础上,首先考虑参数激励方式下,品质因数不均匀引起的进动角速率误差的表达式,仿真分析了不均匀性四次谐波对陀螺仪漂移角度的贡献,结果表明漂移角度为具有趋势项的振动曲线。然后在位置激励方式下,通过开环和闭环两种模式分别研究了品质因数不均匀的四次谐波对于输入角速率解算的影响,得出了当位置激励对准固有韧性轴时,解算的误差能够得到抑制的结论。总之,在两种激励方式下,品质因数的四次谐波分量都会导致陀螺仪出现输出误差。     

共用支承-双转子系统振动耦合机理及响应特性

针对带有涡轮级间共用承力框架的双转子系统，采用机械阻抗理论定量描述结构质量/刚度分布特征，建立了复杂转子系统振动耦合机理模型，并提出了针对共用支承-双转子系统的振动耦合点确定方法，以及交互激励瞬态响应仿真方法。仿真结果表明：共用支承-双转子系统振动耦合的力学本质，是转子与支承结构振动交互作用下的动力响应耦合，既包括共用支承结构振动基础激励带来的振动耦合力学行为，又包括多转子交互激励下多频率组合的振动响应耦合力学行为。其中基础激励下耦合程度与支承机械阻抗及转子振型有关，转子间交互激励下耦合程度则受被激转子模态振型影响，被激转子刚体模态振型对基础振动敏感，在激励转子作用下更易产生转子交互激励下振动耦合。     

论理想静电悬浮转子双重转动的不可能性

讨论了静电悬悬陀螺仪（ＥＳＧ）精度的各种方法的可能性。业已表明，由于理想静电悬浮陀螺仪转子材料的刚度有限，在双重运转中，由内摩擦力产生的能量消耗导致转子规则运动的不稳定性。已经找到了定量的计算过渡过程的方法，该过程是在ＥＳＧ的粘弹性转子绕其最大转动惯量轴达到稳态转动前产生的。过渡过程的时间常数是以球形铍转子一阶自振模态的对数减幅系数来表示的。     

硅微静电悬浮陀螺微位移检测电路噪声分析

硅微静电悬浮惯性仪表主要面向空间应用,如卫星无拖曳控制,星载重力测量等,具有潜在分辨率高、功耗低、体积小、多轴集成等特点。仪表的高分辨率实现对检测电路的噪声提出了较高要求。本文以硅微静电悬浮陀螺仪单频调幅电容式微位移检测电路为例,从电路外部干扰噪声耦合机理及抑制、电路内部噪声分析及优化两个方面,给出了电源耦合噪声、电路温度特性以及放大器电路噪声分析优化等方面的理论推导、仿真及实验验证。     

High Resolution Differential Capacitance Detection Scheme for Micro Levitated Rotor Gyroscope

给出了一种用于新型悬浮结构的使用差分电容进行角度检测的电路分析。为了确保电路具有较小的非线性和高分辨率,进行了电路的噪声分析和和输出信号的非线性度仿真。在电容检测接口中,使用了电荷积分放大器作为前置级以消除由于电容接线引起的寄生电容。分析了当存在耦合电容时差分电容桥的输出以及输出信号的非线性误差,分析结果显示该检测电路可以实现高分辨率和低非线性的角度检测。使用 PSpice 仿真并制作了电容检测印刷电路板。实际实验中,该电路可以检测的最小角度分辨率为 0.04o,非线性误差为 2.3%。     

共用支承-转子系统耦合振动分析及试验

针对带有涡轮级间共用承力框架的高功质比涡轴发动机结构系统,建立共用支承-转子系统动力学方程,探究燃气发生器转子、动力涡轮转子与共用承力框架结构系统耦合振动产生条件及振动特性。基于ANSYS有限元仿真计算了共用支承-转子系统耦合振动特性。针对涡轴发动机涡轮级间承力框架,设计了共用支承-转子系统模拟试验器,运用激振器模拟转子不平衡激励,利用试验对模拟转子动力特性的相互影响进行了定量分析。理论计算结果表明,转子支点与支承结构通过力平衡和位移协调联系在一起,之间存在刚度耦合项,进而使共用支承-转子系统发生耦合振动。对系统振动响应仿真计算结果表明,共用支承会影响转子动力特性,不同转子不平衡激励均可激起相应转子的振动。通过试验验证了在发生耦合振动时,转子的振动响应频谱中同时包含两个转子转速频率,定义耦合影响系数,地面慢车状态两个转子相互之间的耦合影响系数分别为33%和6079%,最大连续状态分别为1278%和688%,最大起飞状态分别为1356%和581%,转子间的动力特性耦合影响大小与频率有关系。     

利用比力多重积分作为输入信号的捷联导航算法

本论文提出了异于传统的推导捷联导航算法的方法，现在常用的仍然是传统的推导方法，且不久前Paul Savage做过总结(Savage，P．G，“Strapdown Inertial Navigation Integration Algorithm Design Part2：Velocity and Position Algorithms”，Journal of Guidance，Control，and Dynamics，V01．21，No．2，1998，PP．208—221．)。新方法的要点是利用了额外的加速度计的输出信号，它是比力多重积分在迭代周期的增量。由此产生了比力转换算法新的家族，它有效地消弱所谓的假振摆效应(它在线性振动和高频陀螺仪误差存在时产生)，以较低的速度计算且无须采用抗混叠预滤波。     

微机械陀螺正交耦合误差静电力抑制的有限元仿真研究

微机械陀螺的正交耦合误差是敏感结构振动模态间的刚度耦合引起的检测模态输出偏量,是影响陀螺性能的关键误差源之一。静电力抑制是一种采用静电力调节驱动模态的主轴偏量,使用直流电压进行正交耦合误差抑制的方法,该方法具有片上实时抑制能力,能够有效抑制正交耦合误差。从静电力抑制正交耦合误差的基本原理出发,运用有限元仿真,对硅基音叉陀螺正交耦合误差的静电力抑制进行了仿真分析,并通过实物测试数据进行了验证。     

某型直升机旋翼载荷模拟系统力耦合性分析

直升机主桨载荷模拟系统是一个多输入多输出液压伺服加载系统,该系统助力器和加载缸之间存在复杂的非线性耦合关系。通过建立系统的数学模型分析了该系统存在的力耦合关系,发现其造成的影响在系统允许的误差范围之内,因此可忽略这部分耦合因素。从而为简化系统控制策略提供依据。     

多点简谐振动响应控制下的频响矩阵测试

应用频响矩阵建立了多维振动系统输入输出之间的数学模型。探讨了一种多点简谐振动响应受到控制时的频响矩阵测试方法;分析试验中系统的实际响应和预先设定的响应参考值之间的误差,通过多次采集响应信号和激励力信号建立响应矩阵和力矩阵,根据振动运动方程求极小范数解来作为对频响矩阵的估计;给出简谐振动响应控制的算法流程,并用实测的响应信号对频响矩阵精度进行评价。试验研究表明该方法的有效性,而且响应的幅值和相位控制均满足试验的要求。     

利用车载试验分离惯导平台误差研究

分析了车载试验时平台的安装方式以及所需要的外测信号等问题,给出了误差模型以及导航误差方程,设计并进行相关软件仿真。结果表明,在现有外测信号精度下,该方法可分离出惯导平台误差中加速度计和陀螺仪的零次项误差系数,对加速度计的一次项误差系数分离效果也较好。     

基于星光导航分离陀螺仪漂移误差方法研究

星光/惯性组合制导方式集中了两种方式的优点,可在导弹飞出大气层后通过对导航星的观测校正陀螺仪误差系数。在研究了星光导航的特点和陀螺仪误差特性的基础上,提出了通过旋转弹体观测特定位置的导航星,利用星光导航系统分离陀螺仪漂移误差系数的方法。结果表明:利用导航恒星高精度基准可以分离陀螺仪漂移误差系数,准确地确定陀螺仪漂移误差模型,对于提高导弹的精度具有重要意义。     

空间三轴激光陀螺高精度抖动剥除算法研究CSCD

激光陀螺的输出信号中包涵外界输入角速度、机械抖动角速度两部分信息,机械抖动角速度是一个叠加了一定噪声的标准正弦振动。针对空间三轴机抖激光陀螺仪,提出了一种高精度的新型正弦抖动信号滤除算法,通过自适应陷波器和有限冲击响应数字滤波器的组合,能极大地衰减激光陀螺仪零偏输出波形中的正弦分量,实现外界输入信号的高精度准确提取。实验结果表明,该抖动剥除算法效果显著,在保证快速响应外界输入的条件下能够实现高精度地提取角速度信号,可有效降低惯性系统的成本和复杂度,进而提高产品质量可靠性,具有很强的工程实用价值。     

用新的模拟工具建立光纤陀螺的偏置误差模型

虽然光纤陀螺仪（FOG）已做了大量研究，但是这些传感器仍经常出现偏置误差，如偏置旋转速率随温度和其他环境因子变化而变化。使用低相干光源避免误差信号问产生不理想干涉。但是，在标准FOG设计方案中，光程无意地匹配引起偏置误差这种情况是有可能发生的。寄生干涉来源于反射和有意或无意偏振相交耦合。本文介绍用一种新模拟工具建立干涉光纤传感器模型，其中包括偏振效应和相干效应。它首次定量地建立FOG信号模型，同时考虑温度依赖性，光源，它们之间所有干扰和干涉及相应相干度。经陀螺仪设计方案分析可以找到仍未说明的偏置误差源位置。这种问题同样也会出现在带有集成光学电路（IOC）和Lyot型消偏器上的每个FOG上。IOC上的反射光路与消偏器上获得的相位差相匹配就会产生与温度有关的偏置误差。本文给出最佳设计指南，从而避免干扰干涉。     

三浮陀螺仪沿输出轴误差系数DO的产生机理分析

目前,三浮陀螺仪误差模型包含沿输出轴的一次项误差系数DO,该误差项尚无明显的物理意义,但 DO的标定结果在0.0002(°)/(h·g)～0.015(°)/(h·g).针对三浮陀螺仪的结构特点和测试方法分析了DO的产生机理,通过调整安装误差角的试验说明安装误差角带来的天向地速和一次项分量会影响DO,因此系统在选用陀螺误差模型时,需关注由测试方法带来的误差.同时,陀螺在设计、生产和调试过程中对安装误差角的影响应予以重视.最后用统计检验的方法说明DO对误差模型的线性影响不显著,为系统选取陀螺误差模型提供依据.     

一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法

针对高精度MEMS陀螺仪存在g值敏感系数误差的问题,设计了一种基于16位置的g值敏感系数标定方法,并建立了相应的误差模型。实验表明,该方法能够有效地减少MEMS陀螺仪因加速度所引起的g值敏感系数误差,在经过误差补偿之后能够较好地表征出地球自转角速率,提高了MEMS陀螺仪在动态情况下的测量精度和性能,具有较好的参考和研究意义。     

基于惯性补偿的三分量测力天平瞬态特性的研究

高超声速一体化试验模型在脉冲燃烧风洞中进行测力试验时,模型振动导致天平无法准确测量模型所受到的气动力载荷。为研究脉冲风洞瞬态测力问题,采用了以下方法:根据测力天平的结构特点建立了动力学方程;对其进行了虚拟标定和模态分析;对测力天平进行了瞬态分析并对输出结果进行了惯性补偿。结果表明,单分量阶跃载荷加载时,补偿后输出结果超调量大大下降,振动衰减时间缩短,俯仰力矩会对轴向力输出产生干扰,且三分量阶跃载荷加载时,干扰降低,各分量的超调量分别为162.6N,574.4N和38N·m;单分量正弦加载时,加载分量上输入输出基本一致,俯仰力矩对轴向力的干扰作用仍然存在,3分量正弦载荷加载时,输入输出结果具有相同的周期特性,俯仰力矩结果与输入结果一致,轴向和法向输入输出间存在一定偏差,3分量的超调量分别为24.1N,375.7N和70.8N·m。     

总体最小二乘法在NGMIMU静态解耦中的应用

无陀螺惯导系统的线性耦合是一种严重影响测量精度的系统误差。根据无陀螺惯导系统的耦合特性和总体最小二乘法 (TLS)的性质提出了一种全新的线性解耦算法 ,该算法在解算耦合系数时同时考虑了加速度计的输出误差和标定信号的输入误差 ,得到耦合系数的TLS解对输入值和输出值同时具有范数最小 ,然后用求得的耦合系数对加速度计输出进行重构 ,从而实现解耦。仿真结果表明经该算法解耦后的角速度测量值解耦误差率在 8%以下 ,解耦效果较好 ,验证了该算法的有效性。