模态分析在高精度加速度计结构设计中的应用

石英振梁式加速度计是一种频率输出的高精度加速度计。石英谐振器是石英振梁式加速度计的关键部件。由于高动态性能要求，在结构设计阶段，必须对其进行模态分析。用模态分析理论和有限元软件工具，进行结构模态分析和谐响应分析，揭示其结构的静、动态性能。理论分析和计算机仿真结果表明所设计的结构能满足使用要求，同时为改善优化设计时的效率和质量提供依据和方法。     

基于Simulink的高精度重力仪稳定平台水平误差仿真

给出陀螺稳定平台水平误差的数学模型，然后介绍了Simulink的稳定平台水平误差建模方法，并建立了系统的Simulink仿真图形模型，对稳定平台水平误差及其；引起的重力仪测量误差进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。该仿真方法避免了求拉氏变换和拉氏反变换所带来的大量运算，不仅能保证误差分析的精度，而且使系统的误差分析过程变得容易、直观、迅捷。Simulink仿真表明，稳定平台不水平引起的重力仪测量误差为2．12mGal，远大于重力仪的设计误差0．5mGal。因此，必须补偿水平加速度引起的重力仪测量误差。     

具有硬弹簧非线性的MEMS振动式陀螺仪驱动模态控制方法

当振动式M EM S陀螺仪的驱动模态的振幅较大时,驱动模态中的硬弹簧非线性将变得显著。在驱动模态具有此非线性的情况下,比较了MEMS陀螺仪中常用的两种控制方法,即锁相环驱动和自激驱动。由于非线性模态在频域内的相位响应有迟滞效应,锁相环驱动方式不能稳定地锁定非线性模态的谐振频率。然而得益于自激驱动方式的工作原理,自激方式可以将非线性模态驱动在谐振点上。提出了一种改进的数字锁相环驱动方式。该改进的驱动方式以较大的驱动力为代价,提高了控制回路的稳定性。实验结果与仿真结果相一致,并且验证了所提出的驱动方式的可行性。     

基于低频调制激励的硅微陀螺仪自动模态匹配技术

根据二阶质量-弹簧-阻尼系统的幅频特性和相频特性关于谐振频率对称的特点,提出了一种低频振荡激励的实时模态匹配技术,根据检测模态的输出响应来判别驱动模态和检测模态的匹配程度。首先简要介绍了带频率调谐功能的双质量线振动硅微陀螺仪,该陀螺利用负刚度效应来调节检测模态的谐振频率;然后通过理论推导以及系统仿真验证了基于低频调制激励的自动模态匹配技术的可行性和有效性;最后设计了一种基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的数字控制电路,并且对同一测试陀螺进行了模态匹配和模态不匹配下的性能对比。试验结果表明,相比模态不匹配条件下,陀螺零偏稳定性从5.89(°)/h提高到1.26(°)/h,角度随机游走从0.36(°)/√h提高到0.079(°)/√h,性能分别提高了4.7倍和4.6倍。     

挠性陀螺仪用永磁直流电机的设计与控制

设计了一种用于挠性陀螺仪的外转子、内定子小功率达松伐尔型永磁直流电动机,给出了电机机械结构型式,讨论了其电磁结构参数的设计计算方法。采用面向对象的概念和先进软件工具,研制了该电机的CAD软件,通过频率微调实现了挠性陀螺仪的电调谐;通过测速反馈和PWM实现了转速闭环控制;通过启动检测解决了该类电机启动困难的问题。     

硅微陀螺正交误差直流校正设计与分析

为硅微陀螺设计了一种正交误差直流校正方法,通过设计校正结构和加载直流电压实现正交校正。建立了存在正交误差时敏感质量的运动微分方程,分析明确了正交响应的成因和对驱动运动轨迹的影响。为硅微陀螺设计了正交校正结构,实现构建静电耦合弹性系数并利用驱动运动产生校正静电力。校正力的频率和相位无需电路控制,使该方法相较于传统校正方法具备特殊优势。设计并分析了校正电压的两种加载方式,通过实验测试验证了正交响应幅值随校正电压的变化规律。实测校正电压接近理论值,证明了校正结构设计的正确性。该方法在双线振动式硅微陀螺中具有重要应用价值。     

水下重力辅助导航实时水平加速度改正方法

为了消除水平加速度引起的重力测量误差,为重力辅助导航系统提供准确的实时重力信息,在分析水平加速度改正原理的基础上,根据平台坐标系与方位捷联地平坐标系之间的关系,得出了水平加速度改正的计算公式;基于陀螺稳定平台的误差方程,设计了用于估计平台水平误差的自适应卡尔曼滤波器,并提出了采用平台加速度计测量值推算载体水平加速度的方法.平台误差估计及水平加速度改正的仿真结果表明,采用自适应卡尔曼滤波估计平台水平误差,以及用平台加速度计测量值推算载体水平加速度的方法能实现在线水平加速度改正,并能够满足较高的精度要求.     

自适应Kalman和零相移滤波算法在重力信号处理中的对比

为了有效消除海洋重力仪测量信号的噪声,提高重力数据的获取精度,根据随机过程理论,借助基于二阶高斯一马尔可夫异常位模型的重力异常协方差函数,得到海洋重力测量中重力异常信号的状态方程.对sage-husa滤波算法和零相移算法进行了理论分析,为了抑制零相移滤波器的首尾数据畸变,求解了滤波器的初始状态.根据实测重力数据,进行了去噪仿真试验.理论分析和仿真结果表明,sage-husa与零相移滤波算法均能较好地抑制采样重力数据中的噪声干扰,但零相移滤波算法的性能优于sage-husa滤波器.