微機(jī)電陀螺誤差建模及其在飛行器組合導(dǎo)航中的應(yīng)用.pdf

1、微機(jī)電陀螺與傳統(tǒng)的機(jī)電類陀螺和光電類陀螺相比，具有成本低、尺寸小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點。對微機(jī)電陀螺的研究與開發(fā)已經(jīng)成為近十幾年內(nèi)的研究熱點，并將繼續(xù)推動導(dǎo)航技術(shù)向前發(fā)展?；谀壳暗墓に囁?，微機(jī)電陀螺只能用于低端導(dǎo)航系統(tǒng)，提高其可用精度的方法之一是對其進(jìn)行誤差特性分析、建模和補(bǔ)償。 本文主要研究了微機(jī)電陀螺的誤差分析、建模和補(bǔ)償，以及在飛行器導(dǎo)航中的應(yīng)用。首先對微機(jī)電陀螺的性能指標(biāo)進(jìn)行了總結(jié)并分析了其理想動力學(xué)模型，隨后詳細(xì)

2、論述并分析了振動結(jié)構(gòu)、換能器和電子電路三個主要部分的工作原理、性能和誤差特性?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)論，建立了適用于微機(jī)電陀螺的誤差模型，對誤差補(bǔ)償理論進(jìn)行了研究。最后根據(jù)建立的微機(jī)電陀螺誤差模型，開發(fā)了分布式組合導(dǎo)航仿真系統(tǒng)和低成本飛行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理樣機(jī)，并進(jìn)行了仿真分析和跑車試驗。 本文的具體研究內(nèi)容如下：1)對微機(jī)電陀螺的性能指標(biāo)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，將理想微機(jī)電陀螺等效為2自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)，在開環(huán)和閉環(huán)兩種工作模式下對

3、其動力學(xué)模型進(jìn)行了分析，確定了用于描述微機(jī)電陀螺結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的典型取值范圍。 2)研究了靜電驅(qū)動和電容性檢測技術(shù)，對微機(jī)電陀螺中常采用的平板電容器結(jié)構(gòu)、橫向梳結(jié)構(gòu)和縱向梳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了工作機(jī)理分析和性能比較，對靜電驅(qū)動器和電容性敏感器中存在的正交誤差和偏差進(jìn)行了定性分析。 3)對驅(qū)動電路存在的誤差進(jìn)行了分析，其主要為因相位延遲導(dǎo)致的正交誤差。對單位增益緩沖器、跨阻放大器和電荷積分放大器三種基本檢測單元的工作原理和噪聲特性進(jìn)行

4、了分析和比較，表明電荷積分放大器的性能最好。隨后分析并比較了同步檢測、開關(guān)電容檢測、相關(guān)雙采樣和偽差分檢測四種典型檢測電路的性能，同步檢測和相關(guān)雙采樣能夠消除較多的誤差，其誤差主要為第1級放大器的熱噪聲，該熱噪聲與機(jī)械熱噪聲相比往往要高幾個量級。 4)研究了兩種典型的微機(jī)電陀螺結(jié)構(gòu)：線振動結(jié)構(gòu)陀螺和旋轉(zhuǎn)振動結(jié)構(gòu)陀螺。根據(jù)各自的動力學(xué)特征推導(dǎo)了完整的動力學(xué)模型，在模型中引入的主要結(jié)構(gòu)不理想因素—質(zhì)心偏移和振動質(zhì)量偏斜—可以等效為結(jié)

5、構(gòu)的剛度矩陣和阻尼矩陣不對稱，并表示成矩陣的非對角項。隨后對上述模型進(jìn)行了合理簡化，采用軌跡圖法和平均化方法進(jìn)行了動力學(xué)特性分析，研究了模態(tài)控制問題。最后歸類并分析了與結(jié)構(gòu)相關(guān)的各種主次誤差因素。 5)詳細(xì)論述了微機(jī)電陀螺的確定性誤差模型和隨機(jī)誤差模型，以及相應(yīng)的模型建立方法，著重分析了隨機(jī)誤差建模方法中的時間序列分析和Allan方差技術(shù)。分析了微機(jī)電陀螺的主次誤差并推導(dǎo)了一般誤差模型方程。針對某型微機(jī)電陀螺，分別利用時間序列分