静电悬浮转子微陀螺及其关键技术

静电悬浮转子微陀螺具有比振动式微陀螺精度高的潜在优点，并可同时测量二轴角速度和三轴线加速度。介绍了静电悬浮转子微陀螺的研究现状。对该静电悬浮转子微F1螺／加速度计的工作原理、特点进行了分析，并对实现高精度静电悬浮转子微陀螺／加速度计晌关键技术如静电稳定悬浮、微位移检测控制、静电恒速旋转驱动、微机械加工和真空封装技术等进行了探讨。指出这一新颖MEMS陀螺是高精度多轴集成微惯性传感器技术发展的一个重要方向，具有广阔的应用前号和较大的发展潜力。     

静电悬浮式惯性仪表中的微位移检测技术

静电陀螺仪、空间静电加速度计等基于静电悬浮的惯性仪表在高精度的惯性导航和空间微重力测量领域得到广泛应用。近年来，对基于MEMS工艺的悬浮式微惯性传感器的研究引起了广泛的重视。介绍了静电悬浮式惯性仪表中采用的差动电容式微位移检测电路的原理，分别对静电陀螺、静电加速度计和MEMS微陀螺、微加速度计的电极配置方案和位移检测的接口电路进行了分析，并对不同的位移检测方案进行了比较.     

静电悬浮转子微陀螺再平衡回路设计

给出了一种基于MEMS技术的静电悬浮转子微陀螺,可同时测量两轴角速度和三轴线加速度,采用力平衡原理测量壳体输入的角速度,即对转子实行闭环控制使转子保持在零位,输出控制电压反映壳体输入角速度的大小。在分析转子所受力矩的基础上,建立了转子的力矩平衡方程。当陀螺工作在理想状态下,提出了两种再平衡回路设计,即只采用校正环节和采用解耦网络的自平衡回路设计。通过系统仿真表明了采用解耦网络设计的再平衡回路的优越性。当壳体输入阶跃角速度时,解耦控制具有响应速度快、超调小、动态性能好等优点。最后给出了采用积分电路和加法运算电路实现解耦控制的电路实现方案。     

基于xPC Target的静电陀螺支承控制系统仿真

针对静电陀螺转子在电极腔内的运动特性,建立了具有负刚度特性的转子动力学方程。结合传统的3-4,4—3变换,建立了三路支承控制器,并采用MATLAB参数优化工具箱设计控制器参数。采用xPC Target及相应的接口电路建立了实时仿真平台,对支承控制系统进行实时仿真。实时仿真结果表明三路支承控制器能够对具有负刚度特性的转子运动进行有效控制。另外通过一个实际模拟电路验证了实时仿真平台的有效性,这对八电极小型实心转子静电陀螺的支承控制系统快速研制具有重要意义。     

静电陀螺捷联系统姿态初始对准研究

静电陀螺是构成捷联系统的理想惯性元件。与速率陀螺相比，静电陀螺捷联系统姿态初始对准有其相应的特点，通过陀螺传感器敏感转子极轴与壳体座标系之间的方向余弦和加速度计的输出信息获取载体的姿态角。由于极轴在惯性空间稳定的特点使静电陀螺捷联系统在姿态初始对准时可应用天文导航原理。基于此，本文用天文导航算法对静电陀螺捷联系统姿态初始对准原理进行了探讨，并分析了陀螺漂移、陀螺传感器测角误差和加速度计观测误差对姿态初始对准精度的影响。所得结论对静电陀螺捷联系统的理论和应用研究有参考意义。     

小型静电陀螺电极划分方式对转子电位及陀螺精度的影响分析

就小型静电陀螺电极划分方式对转子电位的影响进行了理论分析及仿真,并深入研究了转子的非零电位对陀螺精度的影响,为小型静电陀螺电极结构的设计提供了理论依据。     

新型陀螺仪转子表面的测量及对陀螺性能的影响

提出了一种新的陀螺转子表面测量技术，它采用光强调制式的单光纤传感器作为测量元件。系统测试(0～100μ)结果显示：相应的灵敏度为2．5mV／μm，精度等级优于1％，重复性优于0．5％。设计了一种适用于陀螺转子表面测量的系统，其测量精度达到0．005μm。以直径38mm的实心陀螺转子球为例介绍了整个系统的组成及其工作过程，给出了两种转子表面图形绘制法(墨克脱投影法和三维表面重现法)和该陀螺转子的三维表面测量图；最后分析了图形的存在引起的转子表面不规则对陀螺性能的负影响，这些参数可以用来预测陀螺漂移性能。陀螺；转子表面测量；光纤传感器；二维旋转台；表面图的绘制     

静电陀螺转子径向偏心干扰力矩分析

推导了静电陀螺仪转子径向偏心产生的静电场干扰力矩计算公式，计算分析了该干扰力矩产生的陀螺漂移，其结果对静电陀螺仪的设计与研制具有参考价值。     

电流比较仪电桥在静电陀螺转子位移测量中的应用

用耦合电感原理研究了电流比较仪电桥非平衡测量的原理及特性,导出了在不同激励信号(电压或电流)和不同输出信号(电压或电流)情况下电桥测量输出的表达式,并据此提出了现有静电陀螺转子位移测量电路的改进措施.研究表明,采用电流输出模式时,变压器的电感大小对检测结果没有影响,且能消除后续电路输入端寄生电容的影响;电流激励、电流输出模式具有最好的综合性能,但高精度交流恒流源的实现较为困难;电压激励、电流输出模式兼具两者的优点,是比较仪电桥较为理想的工作模式.     

静电陀螺监测器中静电陀螺仪的漂移误差模型

本推导了静电陀螺仪转子动量矩的运动方程,根据此方程并应用向量场理论,将造成静电陀螺漂移的外部干扰力矩划分为守恒力矩和非守恒力矩两部分。按照进动规律,最终得到静电陀螺监控器中陀螺仪漂移误差模型的全量形式。     

静电陀螺仪实心球转子变形分析

介绍了静电陀螺仪实心球转子的两种典型结构，并利用有限元仿真工具根据工作环境对这两种结构分别进行了离心变形、温度变形、压力变形以及这三种载荷的耦合变形的仿真分析。得出了实心球转子的变形规律及变形量，为转子的设计和静电陀螺的建模提供了重要的参考依据。     

一种赤道刻线静电陀螺仪主动阻尼控制方案及其实验研究

提出一种采用转子赤道刻线，利用赤道光电传感器的输出来控制阻尼力矩方向的半球施矩主动阻尼控制方案。在气浮装置上用大球转子进行了模拟试验。试验表明该主动阻尼控制方案可在大范围内对转子进行阻尼，大大减少了阻尼时间。中对大球转子及实心转子主动阻尼结果进行了对比分析，表明对于实心转子ESG，赤道刻线主动阻尼方案能将阻尼时间减少到被动阻尼的10％。     

小型静电陀螺仪信号读取方案研究

信号读取技术是小型静电陀螺仪的一项关键技术，中介绍了赤道锯齿刻线的光电信号读取方案，分析了图形刻线误差，转子转速误差，耦合误差，转子线位移误差所产生的测角误差，研究了图形刻制方法，并作了初步试验。研究结果对信号读取系统的设计与研制具有参考价值。     

八电极静电陀螺支承系统的建模

八电极静电支承系统沿着四个非正交轴对转子施加静电力,这些作用力相互影响,因此需要对支承坐标进行垂直解耦。针对采用八电极方案的静电陀螺,给出了电极电容的计算公式和位移解算方法,推导了静电力计算公式,最后建立了八电极静电陀螺支承系统的模型并利用Simulink对系统进行仿真。仿真结果表明,在系统中加入解算矩阵和"3-4"变换矩阵后,可以使X、Y、Z三个轴向上对转子位移的控制相互独立,为转子的可靠支承奠定了基础。     

静电陀螺仪MUM小角度读取的相关技术研究

讨论了同步解调法实现静电陀螺仪质量不平衡调制（MUM，Mass-Unbalanced Modulation）小角度读取的原理，分析了影响读取分辨率的各种因素，并对其实施方案中的相关技术进行了探讨。研究表明，尽管MUM读取方案非常适用于实心转子静电陀螺仪，但前提是将其小角度读取的分辨率提高到可与光电方法相比的水平（角秒级）。要实现这一目标，首先要保证转子和电极的机械特性达到一定要求；在此基础上，还要在支承系统的结构、转子位移测量电路设计等方面进行精心设计。     

小型静电陀螺仪转子变形及干扰力矩分析

推导了小型静电陀螺仪转子非球形干扰力矩公式，仿真分析了两种不同结构的实心转子的温度变形、离心变形、压力变形及综合变形，计算了其变形产生的干扰力矩及漂移。     

静电陀螺转子用铍材的基本要求

通过对静电陀螺仪空心转子的功能特性分析，确认铍材是用作空心转子材料的唯一选择。通过对目前国内外铍材的现状的分析，提出空心转子用铍材的主要技术要求，该要求也适用于实心小球铍材。