無驅(qū)動結(jié)構(gòu)的硅微機械陀螺若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無驅(qū)動結(jié)構(gòu)的硅微機械陀螺是一種基于哥氏力效應(yīng)的新型角速度傳感器，它利用旋轉(zhuǎn)體自旋作為驅(qū)動，沒有驅(qū)動結(jié)構(gòu)，體積小，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，可同時敏感旋轉(zhuǎn)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(yīng)用于諸如滾轉(zhuǎn)導(dǎo)彈等高速旋轉(zhuǎn)體的姿態(tài)檢測，它的研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　 本文分別完善了這種無驅(qū)動結(jié)構(gòu)的硅微機械陀螺的數(shù)學(xué)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(guān)鍵技術(shù)問題，并在此基礎(chǔ)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(nèi)容：
　　 1.針對前期所建微機械陀螺的數(shù)學(xué)模型只考慮偏航或俯仰的情況，利用歐拉方程，結(jié)合陀螺的結(jié)構(gòu)特點，建立了微機械陀螺在俯仰和偏航并存時的數(shù)學(xué)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(jié)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(zhuǎn)體空間偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，提出了利用相位差確定空間偏轉(zhuǎn)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(fù)雜運動形式

4、下加速度計被調(diào)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(fù)合建模補償?shù)姆椒?，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(diào)制信號，為了從微機械陀螺輸出信號解調(diào)出滾動、俯仰、偏航三個角速度信息，以便用于旋轉(zhuǎn)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(diào)算法，并通過仿真實驗驗證了算法的有效性。結(jié)果表明：①該算法能夠解調(diào)出旋

5、轉(zhuǎn)載體的滾動角速度、偏航角速度和俯仰角速度；②解調(diào)出來的滾動角速度與實際滾動角速度在5s內(nèi)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(shè)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(zhuǎn)臺模擬滾轉(zhuǎn)導(dǎo)彈對樣機進行了測試，測試結(jié)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