半球諧振陀螺儀的誤差機理分析與測試.pdf

1、半球諧振陀螺儀以其壽命長、可靠性高、體積小、重量輕、精度高而且可微型化的優(yōu)點將在衛(wèi)星、潛艇等領域有著廣泛的應用前景。對半球諧振陀螺儀進行研究，改進它的制造工藝水平，提高它的使用精度，具有非常重要的理論意義與實用價值。本文以某預研項目為背景，針對半球諧振陀螺儀中存在的模型非線性、影響陀螺儀精度的系統(tǒng)誤差的誤差機理、隨機誤差的辨識、三軸轉臺的誤差的影響，以及技術指標的測試方法和誤差模型系數辨識等方面的問題進行了研究。
　　在綜述了哥氏

2、振動陀螺的基礎上，介紹了目前研制的半球諧振陀螺儀的國內外研究與應用現(xiàn)狀，并對半球諧振陀螺儀的隨機誤差與系統(tǒng)誤差的誤差源、誤差模型、誤差測試分析與辨識方法等進行了綜述，指出了提高半球諧振陀螺精度的意義與重要性。
　　為充分體現(xiàn)各種因素的影響以及它們之間的相互關系，將半球薄殼唇沿簡化為環(huán)形諧振子，利用基?；舴?李亞夫假設條件，給出了諧振子位移幾何關系，根據能量守恒原理和分析力學的相關知識推導了環(huán)形諧振子的動力學模型，并分別在參數激勵和

3、位置激勵方式下，分析了角速率平方項以及角加速度項的影響，分析了激勵頻率與諧振頻率不一致時，對于半球諧振陀螺儀解算精度的影響。
　　針對影響半球諧振陀螺儀精度的諧振子誤差源及其誤差機理進行了分析。對2種誤差源，即諧振子半徑不均勻和品質因數不均勻進行了研究，通過半球諧振陀螺儀的半徑不均勻和品質因數不均勻對駐波漂移速率影響的仿真計算，給出了其對于半球諧振陀儀螺漂移的影響。根據環(huán)形諧振子的動力學方程推導出了半徑不均勻的四次諧波引起諧振子的

4、頻率裂解，它將帶來非等彈性和非等阻尼誤差，從而對陀螺儀的零偏項產生影響；推導了品質因數不均勻的四次諧波帶來非等阻尼誤差，從而影響陀螺儀的零偏項。
　　針對影響半球諧振陀螺儀精度的裝配誤差源及其誤差機理進行了分析。對電極和位移傳感器對準誤差、由于比力存在時支撐桿裝配剛度項相關誤差進行了研究。電極、位移傳感器的對準誤差引起陀螺儀的非線性輸出，通過實驗證明了對準誤差引起角速率平方和立方項誤差，同時帶來零偏和標度因子誤差；比力的存在由于諧

5、振子支撐桿的剛度，引起對準誤差，帶來零偏誤差。然后給出了滿足陀螺儀精度的部分誤差源的允差，最后針對相關誤差源給出了相應的抑制方法。
　　針對半球諧振陀螺儀技術指標的測試方法進行了研究。設計了陀螺儀的失準角的測試方法，采用誤差分離技術分離了轉臺安裝誤差、夾具誤差和失準角誤差，并對失準角誤差進行了實測；設計了品質因數相關的技術指標的測試方法，利用激勵到穩(wěn)態(tài)再斷電，通過測量衰減時間常數完成了品質因數的測試；利用三軸轉臺兩個正交軸系的速率

6、功能設計了測試半球諧振陀螺儀帶寬的方法；利用兩組電極和位移傳感器，設計了頻率裂解及固有剛性軸的測試與辨識方法，并給出了最佳的采樣時刻。
　　針對半球諧振陀螺儀誤差模型系數的辨識方法問題進行了研究。設計了基于D最優(yōu)的多位置試驗方法；設計了半球諧振陀螺儀誤差模型系數在三軸轉臺上標定方法，并分析了三軸轉臺的誤差如何影響半球諧振陀螺儀誤差模型系數的測試誤差；采用 Allan方差方法對陀螺儀的隨機誤差進行分析，確定了半球諧振陀螺儀零漂數據中