新型微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、微機(jī)械陀螺是目前慣性導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)的研究方面是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，但是，由于微機(jī)械陀螺的尺寸在微米級(jí)別，并且目前微機(jī)械陀螺在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上沒(méi)有完整成熟的體系，在實(shí)際的導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用中，微機(jī)械陀螺還具有眾多需要克服的難題。而優(yōu)化微機(jī)械陀螺的結(jié)構(gòu)是微機(jī)械陀螺設(shè)計(jì)中首要解決的問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)微機(jī)械陀螺理論基礎(chǔ)的分析，針對(duì)當(dāng)前微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)發(fā)展中存在的機(jī)械耦合、穩(wěn)定性和靈敏度較差等問(wèn)題，進(jìn)行深入研究，

2、提出了幾種新型的微機(jī)械陀螺儀結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的理論分析與仿真。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、艑?duì)多自由度微機(jī)械陀螺中較為普遍的三自由度微機(jī)械陀螺進(jìn)行分析研究，針對(duì)三自由度微機(jī)械陀螺中存在的耦合，提出了一種全解耦三自由度微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)，把驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)的連接單元分為兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)全解耦方式。詳細(xì)介紹了它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工作原理，闡述了全解耦三自由度微機(jī)械陀螺獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與整體布局，利用振動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)其進(jìn)行理論上的分析，并對(duì)該微

3、機(jī)械陀螺進(jìn)行有關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，分析了其穩(wěn)態(tài)特性。
　?、漆槍?duì)微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)存在的穩(wěn)定性問(wèn)題，提出了一種新型的四自由度微機(jī)械陀螺。通過(guò)對(duì)完全二自由度振動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究與分析，設(shè)計(jì)了一種具有完全二自由度驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)的微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)都采用完全的二自由度振動(dòng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與給出了四自由度微機(jī)械陀螺的工作原理，并從理論上推導(dǎo)了四自由度微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)方程，即彈簧梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式。通過(guò)MATLAB/Simu

4、link工具包對(duì)微機(jī)械陀螺的有關(guān)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行建模與仿真，并對(duì)驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)的幅頻特性進(jìn)行仿真分析與對(duì)比，驗(yàn)證其對(duì)二自由度微機(jī)械陀螺穩(wěn)定性的明顯提高。
　?、轻槍?duì)微機(jī)械陀螺的低靈敏度問(wèn)題，提出了一種雙敏感模態(tài)微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)多自由度微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)了一種具有雙敏感模態(tài)的微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)，它的驅(qū)動(dòng)模態(tài)為完全的二自由度振動(dòng)結(jié)構(gòu)，敏感模態(tài)包含兩個(gè)完全的二自由度振動(dòng)結(jié)構(gòu)，分別與驅(qū)動(dòng)模態(tài)的驅(qū)動(dòng)框架和解耦框架相連。根據(jù)結(jié)構(gòu)

5、設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了其工作原理和工作方式，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的理論分析，利用MATLAB工具包對(duì)其建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析，同時(shí)對(duì)它的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證其有效的穩(wěn)定帶寬以及靈敏度的提高。
　?、柔槍?duì)微機(jī)械陀螺系統(tǒng)靈敏度低的問(wèn)題，提出了一種新型的微機(jī)械陀螺陣列結(jié)構(gòu)。在四自由度微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種微機(jī)械陀螺陣列結(jié)構(gòu)，它的驅(qū)動(dòng)模態(tài)為各個(gè)陀螺單元的驅(qū)動(dòng)單元，敏感模態(tài)為各個(gè)陀螺單元的檢測(cè)質(zhì)量塊與唯一的敏感質(zhì)量塊構(gòu)成了完全二自