硅微陀螺儀溫度穩(wěn)定性研究.pdf

1、硅微機械陀螺儀是一種用于測量物體運動角速度的新型慣性器件，具有體積小、重量輕、易于數(shù)字化和智能化等優(yōu)點，但由于硅微型機械振動陀螺具有零位漂移隨溫度變化大、零位穩(wěn)定性差、精度低等弱點，目前多應用于低端慣性系統(tǒng)中。溫度變化是影響陀螺測量精度的主要因素之一，不僅會引起陀螺儀結(jié)構尺寸及硅材料特性的變化，還導致信號處理電路的干擾熱噪聲發(fā)生變化，致使陀螺儀精度和穩(wěn)定度得不到保證。因此，對硅微機械陀螺儀的溫度穩(wěn)定性進行研究具有重要意義。
　　

2、 目前主要有三種方法減小溫度對硅微陀螺工作穩(wěn)定性影響：一是從硅微陀螺的結(jié)構、材料和工藝上提高敏感器件的溫度穩(wěn)定性，以提高陀螺精度；二是對陀螺儀輸出進行誤差特性分析、測試、建模與補償；三是采取控制溫度的方式使陀螺儀工作的環(huán)境溫度維持恒定，保障陀螺儀硅結(jié)構體及驅(qū)動檢測電路不受溫度變化的影響，從而使陀螺儀零偏維持穩(wěn)定，提高陀螺儀的穩(wěn)定度?；谀壳艾F(xiàn)有的工藝水平及以往的研究基礎，本文對第三種方法展開了研究。
　　 本文以Z軸硅微機械振動

3、陀螺儀為研究對象，主要工作可歸納為如下幾個方面：
　　 首先，結(jié)合陀螺儀的基本理論和材料力學理論，分析了Z軸硅微機械振動陀螺儀的工作原理。詳細探討研究了溫度因素對硅微機械振動陀螺儀工作性能的影響機理。
　　 其次，通過大量的溫度實驗，對陀螺儀的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)以及零偏輸出隨溫度變化的規(guī)律進行了研究，根據(jù)實驗結(jié)果進行了定性的分析和討論。
　　 第三，對硅微機械振動陀螺儀溫度穩(wěn)定性控制算法進行了研究。對PID控制、

4、模糊控制和模糊PID控制算法分別進行了軟件仿真分析；通過重復性試驗驗證了控制效果，試驗分為環(huán)境溫度恒定以及環(huán)境溫度變化兩種情況進行；并對三種控制算法進行了分析討論，并確定采用PID算法作為下一步陀螺儀溫度控制算法。
　　 第四，通過試驗驗證了硅微陀螺在溫度控制條件下的穩(wěn)定性效果。本文選用了I23號及B98號陀螺進行驗證試驗。在溫度控制條件下陀螺輸出零偏值-10℃～+40℃范圍內(nèi)的變化量大大減小，I23號由60mV減少到20mV，