液浮轉子式微陀螺驅動結構仿真與優(yōu)化.pdf

1、近年來，微陀螺儀發(fā)展迅速，具有高性能、微尺寸、低成本、低功耗等優(yōu)點，是導航、定位等慣性系統(tǒng)不可缺少的重要部分。為了獲得更高性能的微陀螺，哈工大MEMS中心創(chuàng)新性的提出了基于納米超疏效應的球碟轉子式微陀螺。這種球碟轉子式新結構的微陀螺通過納米加工技術在轉子的關鍵部分形成超疏表面，利用超疏減阻效應解決摩擦問題，以實現(xiàn)轉子高速穩(wěn)定旋轉。
　　首先，本文中使用Maxwell仿真軟件對液浮球碟轉子式微陀螺的驅動結構3D建模并對其電磁場、驅動

2、力矩進行仿真，使用麥克斯韋方程組、T-Ω算法以及局部剖分法求瞬態(tài)解。根據(jù)針對不同驅動結構的仿真模型求解后得到驅動力矩的變化趨勢，得到優(yōu)化的驅動線圈數(shù)和相數(shù)的組合，確定了基于非交疊脈沖波形—12線圈6相24拍的微陀螺驅動方案。
　　采用這種可以提供較大驅動力矩的驅動方案，繼續(xù)優(yōu)化定子線圈的安匝數(shù)和線徑尺寸。仿真分析發(fā)現(xiàn)定子線圈的安匝數(shù)與驅動力矩呈線性增大的關系。使這兩組參數(shù)滿足提供較大驅動力矩、滿足有限繞組空間并滿足最大限度地降低熱

3、量損耗的要求，選擇眾多優(yōu)化解中的一組，得到安匝數(shù)90、線徑0.0267mm的優(yōu)化組合。
　　本文繼續(xù)對轉子結構的尺寸參數(shù)進行仿真分析和優(yōu)化。球碟形轉子厚度和半徑對驅動力矩的影響不可忽視，單一變量增大時均會影響驅動力矩單調上升。利用曲面擬合的方法獲得兩者與驅動力矩的函數(shù)關系，結果選擇優(yōu)化解之一的轉子厚度2.5mm，轉子直徑5.0mm。
　　最后，本文闡述了液浮轉子式微陀螺驅動結構實驗平臺的搭建，并對各種驅動方案進行實驗測試，驗