一種新型微機(jī)械陀螺陣列設(shè)計(jì).pdf

1、憑借微型化、低成本、低功耗、高集成化的優(yōu)勢(shì)，微機(jī)械陀螺作為一種新型的陀螺儀，它的應(yīng)用不再局限于航空、航天、航海等導(dǎo)航領(lǐng)域，而是廣泛的應(yīng)用到了與人類(lèi)生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，在今后的導(dǎo)航、通信、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　近幾十年來(lái)，雖然各國(guó)對(duì)微機(jī)械陀螺的研究已經(jīng)有了一定的成果，但是當(dāng)前的微機(jī)械陀螺仍然存在著一些問(wèn)題。傳統(tǒng)的微機(jī)械陀螺通常把驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)設(shè)計(jì)成單自由度的，二自由度的微機(jī)械陀螺解耦結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一定的解耦效果，但是

2、這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)容易受到外界環(huán)境變化的影響，從而導(dǎo)致其穩(wěn)定性的嚴(yán)重下降。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，多自由度的結(jié)構(gòu)相繼被提出，這些結(jié)構(gòu)通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)的自由度來(lái)提高系統(tǒng)帶寬。已提出的多種多自由度微機(jī)械陀螺，雖然在一定程度上提高了系統(tǒng)的帶寬，但卻限制了系統(tǒng)的靈敏度。
　　為了有效地解決微機(jī)械陀螺設(shè)計(jì)中模態(tài)之間的耦合問(wèn)題以及帶寬與靈敏度之間相互限制的問(wèn)題，本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括三個(gè)部分:一是微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)的解耦設(shè)計(jì)，模態(tài)之間的耦合是

3、影響微機(jī)械陀螺精度的一個(gè)重要原因，因此本課題將通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)消除兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)之間的耦合誤差;二是微機(jī)械陀螺穩(wěn)定性的提高，微機(jī)械陀螺的穩(wěn)定性是其正常工作的一個(gè)保證，本課題通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提高微機(jī)械陀螺的內(nèi)在穩(wěn)定性;三是微機(jī)械陀螺靈敏度的提高，微機(jī)械陀螺的檢測(cè)輸出信號(hào)微弱，本課題通過(guò)提高微機(jī)械陀螺的增益來(lái)提高系統(tǒng)的靈敏度。
　　本課題首先提出了一種單自由度驅(qū)動(dòng)模態(tài)的微機(jī)械陀螺單元，然后將該陀螺單元進(jìn)行組合提出了一種陀螺陣列結(jié)構(gòu)，該

4、陀螺陣列可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模態(tài)之間的解耦，相對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)更容易滿足限制條件。仿真結(jié)果表明陀螺陣列的敏感模態(tài)對(duì)外界擾動(dòng)不敏感，陀螺陣列敏感模態(tài)的增益比陀螺單元敏感模態(tài)的增益提高了大約5dB，但是，該陀螺陣列的驅(qū)動(dòng)模態(tài)對(duì)外界變化敏感，穩(wěn)定性差。針對(duì)這一問(wèn)題，本課題提出了一種改進(jìn)的微機(jī)械陀螺陣列結(jié)構(gòu)，改進(jìn)微機(jī)械陀螺陣列的驅(qū)動(dòng)模態(tài)為二自由度，解決了單自由度驅(qū)動(dòng)模態(tài)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。通過(guò)仿真分析，可以看出改進(jìn)陀螺陣列在保證了未改進(jìn)陀螺陣列良好特