基于轨迹图法的半球谐振陀螺动力学模型描述

谐振子弹性系数和阻尼系数的不对称是引起半球谐振陀螺漂移的主要原因。根据半球谐振陀螺的动力学模型,用轨迹图法对谐振子的振动特性进行了研究。轨迹图直观地反映了谐振子的振动特性。当谐振子处于理想状态并且有角速率输入时,谐振子的轨迹图是以一定的角速率进动的标准椭圆。谐振子的非理想性严重影响陀螺的正常工作。当谐振子弹性系数不对称时,谐振子的轨迹图会发生明显变形。阻尼系数的不对称会导致振动平面向最低阻尼轴漂移。因此,消除弹性系数和阻尼系数不对称的影响对提高半球谐振陀螺的精度有重要意义。     

自旋导弹捷联式陀螺/地磁姿态测量方法

为了解决自旋导弹姿态测量遇到的高自旋角速率超过陀螺量程的问题,提出了一种利用敏感轴垂直于弹轴的双轴微陀螺与三轴地磁传感器组合测量解算自旋导弹姿态的方法.首先,建立了利用三轴地磁场传感器与双轴微陀螺进行姿态测量的解算模型,该模型利用双轴陀螺测得的载体弹轴垂直面的角速度提供俯仰角的微分,结合三轴地磁场传感器的输出解算出当前载体的姿态;接着讨论了模型解算中出现的增根的问题与正确解的判断方法;最后在传感器输出附加白噪声与弹体摆动条件下对该方法进行了仿真,得出在100 s的时间内,1800(o)/s的自旋角速度条件下姿态解算误差角为2°.仿真结果表明该方法可以直接解算三个姿态角均为动态变化的自旋弹的姿态角,因此可用于自旋导弹的姿态测量.     

加速度对半球谐振陀螺控制系统影响分析及抑制方法

为分析加速度对半球谐振陀螺振幅、速率控制系统的影响,提出了基于动力学的加速度影响分析方法。首先建立加速度作用下的谐振子变形方程,得到了精确的电极范围及间隙的方程。激励电极的电容间隙、边界范围改变,使得激励系数发生改变。其次分析了激励电极作用下谐振子动力学特性,推导了激励系数与振幅、角速率的关系式。然后将电极范围及间隙的方程代入激励系数中,得到了振幅、角速率的误差分析关系式。最后利用激励电极的不同配置方式,构建了三种控制系统方案,分析了加速度作用下谐振子变形对三种控制方式的影响。通过对比分析,合理的激励电极配置方式有效地抑制了加速度对控制系统的影响。     

无陀螺仪惯性系统构型中安装误差分析与标定

针对一种立方构型的无陀螺仪惯性系统，分析了构型安装误差对惯性系统测量精度的影响及构型误差的标定方法。首先分析了立方构型下载体姿态与加速度的解算方法，然后给出了安装误差对于系统输出的影响，最后通过分析安装误差的敏感性因子给出了一种有针对性的标定方法。理论分析与仿真计算表明，惯性系统角速度与线速度输出是加速度计输出的线性组合，构型安装误差对无陀螺仪惯性系统测量精度的影响非常明显，在给出的标定方案中，方向安装误差标定精度较位置安装误差要高，而且转台角速度对位置安装误差的标定精度影响很大，对方向安装误差影响较小；无陀螺仪惯性系统中安装误差不可忽略，必须进行标定，据此提出的一种标定方案简单、切实可行。     

在反转平台离心机上标定陀螺仪的误差模型系数的方法

为了准确标定陀螺仪的静态误差模型系数,在带反转平台的精密离心机上建立坐标系,并在考虑离心机误差源的情况下分析了坐标系间的姿态关系.推导出了陀螺仪各轴上精确的角速度输入和比力输入标称值,再结合陀螺仪静态误差模型推导出含有陀螺仪漂移系数的各次谐波幅值表达式.通过离心机提供两个不同谐波加速度,采集陀螺仪各采样时刻的输出,对输出应用谐波分析法求得0-2次谐波幅值大小,再根据谐波幅值与漂移系数之间的关系,利用最小二乘法辨识各漂移系数.试验仿真表明采用带反转平台的离心机对陀螺仪漂移系数标定时可以有效规避某些离心机误差,离心机误差对于DI、Ds、DIO和Dos等参数的标定有很大影响,须在补偿离心机误差的情况下才能够实现精确标定.     

基于陀螺仪输出误差观测的冗余INS标定方法

冗余惯导系统陀螺仪由于确定性误差及随机误差的干扰,影响系统精度,且冗余惯导系统陀螺仪的标定过程中存在部分误差不可观测的问题。针对冗余惯导系统,设计了一种基于陀螺仪输出误差观测的标定方法。采用改进的经验模态分解算法对陀螺仪信号进行降噪处理,降低随机误差的干扰。改进冗余配置下的量测方程,以冗余陀螺仪输出误差为观测量,对陀螺仪的常值误差、标度因数及安装误差进行标定。基于四面体配置的MEMS静基座导航试验结果表明,所提出的方法与传统的零空间扩增标定方法相比,系统1 min时定位精度由70.32 m提升至24.27 m,航向角误差由22.49′提升至6.39′,验证了所提出的标定方法的有效性。     

谐振子支柱偏心误差对谐振子振动特性影响分析(英文)

半球壳谐振子是半球谐振陀螺的核心部件。基于弹性力学的有限单元法建立了谐振子的弹性动力学有限元方程,得到谐振子自由谐振方程。为分析谐振子支柱偏心误差对谐振子振动特性的影响,利用有限元分析软件(ANSYS)建立了半球壳谐振子有限元模型,分析了理想谐振子和存在支柱偏心误差谐振子的二阶谐振状态振动特性。深入分析了支柱偏心误差对谐振子谐振频率和变形特性等振动特性的影响规律。通过对两种影响规律的比较分析得到,支柱偏心误差导致的频率差将会引起陀螺的随机漂移;而支柱偏心误差引起的变形将会影响陀螺的零偏,可以通过标定补偿。为减小支柱偏心误差对陀螺精度和性能的影响,偏心误差的加工误差范围应小于1.2μm,分析结果为谐振子的加工设计和结构误差分析提供了理论基础。     

硅微机械振动轮陀螺仪的机理研究

本文针对Ｄｒａｐｅｒ 实验室公布的硅微机械振动轮陀螺仪的设计方案,给出了它的非线性 动力学方程和运动规律,分析了该陀螺仪壳体绕空间任意轴匀速旋转时干扰力矩所引起的漂 移率,给出了比通常线性化处理后得到的角速率测量关系式更为精确的测量表达式。     

一种旋转载体用角速率传感器模型

提出了一种利用旋转载体自身的旋转作为驱动，从而敏感旋转载体横滚或俯仰的角速率传感器模型，并运用陀螺力学理论建立传感器的动力学方程、求得解析解，对传感器进行动力学误差分析。     

力反馈模式半球谐振陀螺仪振幅控制稳态模型的建立

在力反馈模式下,半球谐振子上主激励电机与反馈激励电机处的振幅控制是半球谐振陀螺控制系统的一个重要环节。为了给出两电机的准确控制电压量,以控制谐振子在有角速率输入时波腹方位角与主激励电机方位基本一致,在建立了谐振子存在密度不均匀缺陷时谐振子的动力学方程的基础上建立了振动位移的状态方程,通过对状态方程的求解,给出了两激励电压的解析表达式。从反馈激励电机的激励电压的表达式中可以得出它与输入角速率、谐振子的缺陷之间的关系,为振幅控制和误差分析打下了基础。根据谐振子结构参数对激励电压进行了计算,计算结果与实际相符,证明了本文推导的半球谐振子振幅稳态模型的正确性。     

On flexural vibration of hemispherical shell

This paper makes detailed analyses for the flexural vibration(frequency)of the hemispherical shell and presents the varying laws of frequency with the varying boundary angles and the wall thickness of the above shell.It is an important value to develop the instrument,such as hemispherical resonator gyro(HRG),whose sensing component is a hemispherical shell.     

半球谐振陀螺的机理分析

—本文论述了半球谐振陀螺的组成；用能量法建立了旋转轴对称壳体的动力学方程，研究了半球谐振频率；推导了半球谐振子四波腹振型的形成，同时分析半球谐振子环向振型的进动性，说明了不同的拾振原理。     

基于二维质点振动模型的半球谐振陀螺谐振子进动分析

半球谐振陀螺是基于固体波的进动效应进行角速度检测的一种全固态陀螺。为分析半球谐振子中固体波的进动效应,基于虚功原理,建立了理想条件下半球谐振陀螺谐振子中固体波进动的动力学模型。针对进动波的动力学模型过于复杂、难于分析的缺陷,提出采用相似系统的分析方法,将该动力学模型等效为二维空间质点的简谐振动模型;采用快变量与慢变量分离的方法,对等效模型进行了参数分析,通过与实际的半球谐振陀螺信号处理系统采集的李沙育图形进行对比,验证了等效简谐振动模型的有效性和正确性。     

Effect of movability of the resonator center on the operation of a hemispherical resonator gyro

It was established in [2] that resonator deformation according to the second mode shape of a thin hemispherical shell results in a displacement of the center of mass if the resonator is unbalanced, i.e., if the distribution of mass over the surface of the hemisphere deviates from axial symmetry. In the same paper, it was shown that this displacement of the center of mass makes the instrument sensitive to linear vibrations. The present paper deals with linear vibration caused in the presence of unbalance by the working vibrations themselves and by the forces used to maintain the latter. The linear vibration is considered in the form of beam vibrations of the resonator stem. The study is aimed at determining the influence of the coupling between the working and beam vibrations on the instrument readings. We obtain a formula relating the hemispherical resonator gyro drift to the unbalance and the eccentricity, which, in particular, can be caused by the gravity component normal to the sensitivity axis. The drift considered here is essentially caused by the fact that deformation of the resonator supports also results in deformation of the electric control field in the gap between the electrodes. The resulting additional forces cause the effect studied in this paper. The drift magnitude depends on how the control of the phase state of the resonator is chosen. In what follows, to be definite, we consider the control in fast-time mode, i.e., at the natural vibration frequency. A similar effect takes place for any other type of control of waves in the resonator.     

半球谐振陀螺滤波评价系统

由于制造技术、组装过程和一些其它不确定因素,半球谐振陀螺不可避免的存在噪声源。介绍了半球谐振陀螺的工作原理和闭环检测理论,探讨了半球谐振陀螺的主要误差源,指出了在线滤波器用于半球谐振陀螺随机噪声滤波存在的一些问题。为了达到最佳的滤波效果,滤波评价系统采用 Allan 方差作为检验滤波性能的标准。比较了低通滤波、小波滤波和粒子滤的滤波性能,证明了该系统的有效性。     

THERMOELASTIC DAMPING IN A MICRO-BEAM RESONATOR TUNABLE WITH PIEZOELECTRIC LAYERS

In this paper,thermoelastic damping (TED) in a micro-beam resonator with a pair of piezoelectric layers bonded on its upper and lower surfaces is investigated.Equation of motion is derived and the ther...     

结构误差造成的半球谐振陀螺闭环检测误差分析

半球谐振陀螺是一种具有广阔应用前景的高精度陀螺。由于制造工艺和装配过程中的因素，其结构难免会出现误差。根据闭环检测机理，推导出结构误差的数学表达式，分析了它对测量结果的影响，这对于编制软件算法以补偿结构误差具有一定的指导意义。     

半球谐振陀螺（HRG）信号处理技术

半球谐振陀螺是一种高精度的振动陀螺,其信号处理技术是实现陀螺功能并取得预期性能的关键之一。本导出了半球振子振动位移信号的表达形式,提出了信号处理的基本方法并进行了详细的计算。其结果为自主设计半球谐振陀螺信号处理电路提供了依据。     

Influence of the resonator angular displacements in a hemispherical resonator gyro on the coupling between the working and beam-type vibrations

In [1], we have studied how the coupling between the working and beam type vibrations of the resonator affects the hemispherical resonator gyro operation. We show that such a coupling arises if the resonator is unbalanced. The beam type vibrations are considered as translational displacements of the resonator hemisphere in the plane orthogonal to the symmetry axis. In the present paper, we take into account the fact that the hemisphere translational displacement is accompanied by its rotation about the axis perpendicular to the displacement line. We show that in this case a more accurate balancing of the resonator is required to eliminate the coupling between the two vibration modes.     

半球谐振子密度分布不均匀对输出精度的影响

为了研究半球谐振子环向密度分布不均匀对输出精度的影响,首先推导了位置激励表达式,利用解微分方程的布勃诺夫-加廖尔金法建立了谐振子环向密度分布不均匀的动力学方程,然后根据动力学方程并利用平均值法推导了含有密度四次谐波误差的短时间内的漂移模型,最后根据Runge-Kutta法对系统长时间漂移进行了仿真计算,通过计算可知当密度四次谐波幅值为0.0001 kg/m3时,角位置1h内的漂移达到0.03°,因此在加工工艺过程中密度四次谐波应小于此值或采用其他方式加以补偿.