旋转体自旋角速度不稳定对陀螺稳定性的影响

为了弄清旋转体自旋角速度不稳定对陀螺稳定性的影响,根据硅微机械陀螺的运动方程,分别给出对高阻尼陀螺和低阻尼陀螺输出信号相对误差的数学模型,理论论证了硅微机械陀螺输出信号的误差主要是阻尼系数和旋转体自旋角速度不稳定造成的。实验结果给出,旋转体自旋角速度不稳定造成的输出电压比例系数误差达4.1%。理论论证和实验验证均表明,对低阻尼陀螺,自旋角速度不稳定对陀螺稳定性影响显著。     

振动轮式微机械陀螺频率配置和气压选择

推导了振动轮式微机械陀螺的输出信号与输入角速度的幅频、相频关系,讨论了在不同的频率配置和品质因数下陀螺的灵敏度、带宽和零位稳定性。陀螺振动频率应设计在2kHz左右,检测轴自然频率比驱动轴高一个陀螺频带宽度。根据实测陀螺振动品质因数与气压的关系曲线,振动轮式微机械陀螺合适的工作气压是100Pa-1000Pa。     

旋转载体驱动硅微机械陀螺幅频特性

介绍了一种安装在旋转体上,用于旋转体姿态控制的新型微机械陀螺.陀螺利用旋转载体的滚转获得角动量,当载体发生偏航或俯仰,敏感质量块受到周期性哥氏力的作用,从而敏感载体的偏航或俯仰角速度.飞行试验中舵机的舵偏打容易使陀螺发生共振,陀螺输出信号无法满足旋转载体姿态控制的要求.针对这一问题,需精确测量陀螺的固有频率.首先基于陀螺运动方程分析了其幅频特性和固有频率,并利用数值计算软件进行了仿真,最后提出了一种对该陀螺幅频特性的测量方法,得到了幅频特性曲线,确定了固有频率70 Hz.实际测量的幅频特性曲线和仿真曲线一致,测量的固有频率相对于舵偏打产生的共振频率点误差为2.1%,通过避开测得的70 Hz 固有频率,获得了符合姿态控制要求的陀螺输出信号.     

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.     

一种适用于旋转弹单通道控制的硅微机械陀螺仪

单通道控制是一种简单实用的旋转弹控制方式。通过控制旋转弹的舵面偏转方向,可减小弹体受横向角速率的影响,提高旋转弹的命中率。针对单通道控制方式,提出了一种可用于提供控制信号的硅微机械陀螺仪。陀螺仪无驱动部分,体积小,结构简单。其输出的正弦调幅信号的频率与旋转弹自旋频率相等,幅值与输入横向角速率呈线性关系。通过对陀螺仪输出信号进行线性化处理,可得到用于控制旋转弹舵面换相的等幅不等宽脉冲调宽信号。通过舵面在弹体自旋一周内的四次换相,可同时完成对导弹俯仰和偏航两个方向的控制。     

线振动硅微机械陀螺结构误差参数分离和辨识

推导了线振动微机械陀螺的三自由度误差力学方程,并详细分析了陀螺耦合误差的产生机理。分析结果表明,各种结构误差是导致陀螺耦合误差信号的主要原因。在此基础上,利用振动和模态理论给出了陀螺结构误差参数的分离和辨识的试验方法和结果。试验结果表明,同相耦合分量和正交耦合分量是微机械陀螺的两种主要误差信号,造成正交耦合的主要原因是驱动轴和检测轴之间的刚度耦合以及驱动轴和检测轴各自的刚度不对称,造成同相耦合的主要原因是驱动轴和检测轴之间的阻尼耦合以及检测轴刚度不对称和驱动力不对称。结构误差参数的分离和辨识试验方法将为下一步的陀螺结构优化、微加工工艺改进以及耦合误差抑制提供基础。     

电容式微机械陀螺敏感信号采样检测

驱动轴与敏感轴的刚度耦合是硅微陀螺的机械耦合干扰是主要因素.敏感方向的电容对所有间隙变化进行检测,机械耦合造成了虚假的敏感信号输出,这种输出也会带来后续放大器的饱和问题.以往诸多相关检测方法,将敏感信号与耦合干扰一起送入乘法器.使有用的敏感信号的最后提取产生困难.文中分析指出存在干扰影响最小的可供对敏感信号采样时刻.这个采样时刻靠近敏感信号的峰值点.用取样积分的方法可以进一步提高信噪比.驱动电压也对敏感信号存在严重的干扰,因此使用了在采样时关断驱动信号的方法去除这种电气干扰.两方法结合减少了机械耦合干扰和电气耦合干扰,减少了系统误差.     

基于智能滤波技术的抗高过载陀螺信号处理方法

陀螺作为捷联惯性导航系统的关键传感器,其测量精度直接决定了整个系统的性能和精度指标。针对舰船高过载环境下捷联惯性导航系统陀螺输出信号出现畸变的问题,提出一种基于BP神经网络技术的陀螺信号智能模拟滤波方法。该方法根据系统加速度计输出值对舰船运动状态进行判断,当其输出小于设定阈值时,视为非过载环境,此时将陀螺输出用于导航计算并作为BP神经网络在线训练样本,以保证网络参数与当前舰船运动态势的一致性;否则视为进入高过载环境,并利用之前最新训练好的BP神经网络模拟当前陀螺信号输出,保证捷联惯性系统的平稳工作。采用智能模拟的优点是:数据并行计算速度快,不需要改变系统硬件条件。半物理仿真试验结果表明:该方法在加速度计输出为5⁵0g的高过载环境下,可有效改善陀螺输出信号出现畸变的问题,实现舰船运动状态的实时模拟。     

提高旋转载体驱动微机械陀螺标度因数稳定性的算法

旋转载体驱动微机械陀螺是一种新型的振动式MEMS陀螺,它没有微机械陀螺通常所具有的驱动结构,而只有检测模态。它安装于旋转载体上,巧妙地利用了载体的自旋作为驱动,从而使得敏感质量获得角动量。当载体发生横向转动时,敏感质量将受到科里奥利力的作用。在进动力矩、弹性力矩和阻尼力矩的共同作用下,敏感质量将产生周期性振动。振动频率对应于载体自旋频率,振动幅度与载体输入角速度大小成比例。由此工作机理,得出了敏感元件的动力学方程,并基于动力学方程建立了陀螺标度因数的误差模型。接着,根据误差模型,对标度因数的稳定性进行了分析和实际测试。分析和实验数据说明,载体自旋频率的变化是造成标度因数不稳定的主要原因。为了保证陀螺测量精度,提出了一种抑制载体自旋频率变化对标度因数影响的补偿算法,提高标度因数稳定性。最后,针对该算法的有效性,进行了实验验证。实验结果表明,此种方法能有效地提高标度因数的稳定性,标度因数相对于自旋频率变化的影响因子由补偿前的1.31 m V/(°/s)/Hz下降至7.14×10-3 m V/(°/s)/Hz。     

一种振动轮式微机械陀螺仪的特性研究

微机械惯性仪表具有成本低、可靠性高、体积小、重量轻等优点,国际上已有许多报导[1]-[5].我们研制了一种振动轮式微机械陀螺仪[6].本文主要针对这种微机械陀螺仪的特性进行研究:设计和研究了陀螺的检测系统、检测轴固有频率补偿回路,推导出了此类陀螺检测输入角速度的灵敏度、开环和闭环传递函数、交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理,以及闭环控制改善动态测量频带的方法.本文的最后给出了该陀螺原理样机的初步试验结果.