無驅動結構的硅微機械陀螺若干關鍵技術研究.pdf

1、無驅動結構的硅微機械陀螺是一種基于哥氏力效應的新型角速度傳感器，它利用旋轉體自旋作為驅動，沒有驅動結構，體積小，成本低，結構簡單，可同時敏感旋轉體的滾動、俯仰、偏航三個角速度。這種微機械陀螺是一種很有前景的傳感器，可廣泛應用于諸如滾轉導彈等高速旋轉體的姿態(tài)檢測，它的研究具有重要的理論意義和實際應用價值。
　　 本文分別完善了這種無驅動結構的硅微機械陀螺的數學模型，提出了抑制滾動角速度變化對陀螺輸出信號影響的方法，實現(xiàn)了輸出信號分

2、離算法等關鍵技術問題，并在此基礎上研制了以DSP2812為核心處理器的微機械陀螺姿態(tài)傳感器樣機。本文的創(chuàng)新工作包括以下具體內容：
　　 1.針對前期所建微機械陀螺的數學模型只考慮偏航或俯仰的情況，利用歐拉方程，結合陀螺的結構特點，建立了微機械陀螺在俯仰和偏航并存時的數學模型，并通過仿真實驗驗證了所建模型的正確性，進一步完善了微機械陀螺的理論。
　　 2.針對滾動角速度變化對微機械陀螺輸出信號的影響，定義了滾動速度變化對刻

3、度因子的影響率，提出了一種抑制滾動角速度變化對輸出信號影響的方法，通過對具體微機械陀螺的實驗、分析，結果表明，通過該方法處理后，其影響率降低了近23倍，提高了陀螺刻度因子的一致性。
　　 3.研究了通過微機械陀螺輸出信號和加速度計信號的相位差與旋轉體空間偏轉方向的關系，提出了利用相位差確定空間偏轉方向的方法，進行了理論證明和實驗驗證；并深入分析了影響相位差的因素：如滾動角速度、輸入角速度（俯仰和偏航合角速度）、溫度及復雜運動形式

4、下加速度計被調制等；針對兩信號相位差受到滾動角速度及輸入角速度影響突出，提出了一種相位差復合建模補償的方法，實驗表明補償后相位差的最大絕對誤差小于2°，減小了影響。
　　 4.微機械陀螺輸出信號是一包含滾動、偏航和俯仰角速度的調制信號，為了從微機械陀螺輸出信號解調出滾動、俯仰、偏航三個角速度信息，以便用于旋轉載體的多通道控制系統(tǒng)，提出了微機械陀螺輸出信號的解調算法，并通過仿真實驗驗證了算法的有效性。結果表明：①該算法能夠解調出旋

5、轉載體的滾動角速度、偏航角速度和俯仰角速度；②解調出來的滾動角速度與實際滾動角速度在5s內的最大相對誤差小于0.3％，偏航角速度與實際偏航角速度最大絕對誤差是5.2°/s，俯仰角速度與實際俯仰角速度的最大絕對誤差是4.1°/s。
　　 5.基于上述研究，設計并實現(xiàn)了以DSP2812為核心處理電路的微機械陀螺姿態(tài)傳感器樣機，并利用三軸轉臺模擬滾轉導彈對樣機進行了測試，測試結果表明，該姿態(tài)傳感器可以將同時敏感的滾動、偏航和俯仰三個角