新型微機械陀螺的設計研究.pdf

1、微機械陀螺是目前慣性導航系統(tǒng)中發(fā)展比較迅速的一種核心器件，在現(xiàn)代追求微型化慣性導航系統(tǒng)的研究方面是一個重要發(fā)展趨勢，但是，由于微機械陀螺的尺寸在微米級別，并且目前微機械陀螺在結構設計上沒有完整成熟的體系，在實際的導航系統(tǒng)應用中，微機械陀螺還具有眾多需要克服的難題。而優(yōu)化微機械陀螺的結構是微機械陀螺設計中首要解決的問題，本文通過對微機械陀螺理論基礎的分析，針對當前微機械陀螺結構發(fā)展中存在的機械耦合、穩(wěn)定性和靈敏度較差等問題，進行深入研究，

2、提出了幾種新型的微機械陀螺儀結構，并對其進行相關的理論分析與仿真。本研究主要內容包括：
　?、艑Χ嘧杂啥任C械陀螺中較為普遍的三自由度微機械陀螺進行分析研究，針對三自由度微機械陀螺中存在的耦合，提出了一種全解耦三自由度微機械陀螺結構，把驅動模態(tài)和敏感模態(tài)的連接單元分為兩部分來實現(xiàn)全解耦方式。詳細介紹了它的結構設計以及工作原理，闡述了全解耦三自由度微機械陀螺獨特結構設計與整體布局，利用振動力學的相關知識對其進行理論上的分析，并對該微

3、機械陀螺進行有關的仿真實驗，分析了其穩(wěn)態(tài)特性。
　　⑵針對微機械陀螺結構存在的穩(wěn)定性問題，提出了一種新型的四自由度微機械陀螺。通過對完全二自由度振動結構的研究與分析，設計了一種具有完全二自由度驅動模態(tài)和敏感模態(tài)的微機械陀螺結構，在該結構中，驅動模態(tài)和敏感模態(tài)都采用完全的二自由度振動結構，根據(jù)結構設計與給出了四自由度微機械陀螺的工作原理，并從理論上推導了四自由度微機械陀螺的設計方程，即彈簧梁結構的計算公式。通過MATLAB/Simu

4、link工具包對微機械陀螺的有關動態(tài)特性進行建模與仿真，并對驅動模態(tài)和敏感模態(tài)的幅頻特性進行仿真分析與對比，驗證其對二自由度微機械陀螺穩(wěn)定性的明顯提高。
　?、轻槍ξC械陀螺的低靈敏度問題，提出了一種雙敏感模態(tài)微機械陀螺結構。通過對多自由度微機械陀螺結構的設計研究，設計了一種具有雙敏感模態(tài)的微機械陀螺結構，它的驅動模態(tài)為完全的二自由度振動結構，敏感模態(tài)包含兩個完全的二自由度振動結構，分別與驅動模態(tài)的驅動框架和解耦框架相連。根據(jù)結構

5、設計詳細介紹了其工作原理和工作方式，并對其進行相關的理論分析，利用MATLAB工具包對其建立系統(tǒng)模型進行仿真分析，同時對它的穩(wěn)態(tài)特性進行仿真分析，驗證其有效的穩(wěn)定帶寬以及靈敏度的提高。
　　⑷針對微機械陀螺系統(tǒng)靈敏度低的問題，提出了一種新型的微機械陀螺陣列結構。在四自由度微機械陀螺結構設計的基礎上，設計了一種微機械陀螺陣列結構，它的驅動模態(tài)為各個陀螺單元的驅動單元，敏感模態(tài)為各個陀螺單元的檢測質量塊與唯一的敏感質量塊構成了完全二自