静电悬浮微陀螺的压膜阻尼特性

空气阻尼对静电微陀螺系统的动态特性起着重要的影响。根据流体力学,构建了描述微陀螺内部气体压膜阻尼特性的线性Reynolds方程。将微陀螺内部气膜分成了13个分区,推导了转子在轴向振动、径向振动、径向摆动时的压膜阻尼系数。根据微陀螺的结构参数进行仿真,结果表明:轴向压膜阻尼系数对微陀螺支承系统的动态特性影响最大,而压膜阻尼系数与气体的温度,压强呈线性关系,与振动幅值呈抛物线型关系;在低频段系统呈现阻尼力,而到高频段,系统呈现弹性力。利用Simulink进行了微陀螺的系统建模,得出压膜阻尼系数Cz对PID参数的选取,尤其是Kd参数,起着重要作用,同时对系统的稳定性也有一定的影响。     

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。     

模糊控制在静电悬浮转子微陀螺起支中的应用

给出了一种基于UV-LIGA技术的静电悬浮转子微陀螺,提出了控制系统组成方案,为了实现转子的起支控制和稳定悬浮,模糊控制被应用于该系统中,首先,对轴向压膜阻尼和滑膜阻尼进行有限元分析,并用解析法进行分析,计算结果表明两种方法的一致性,从而得到阻尼的解析表达式。然后,建立了带偏置电压的双边支承下的数学模型,并对数学模型进行模糊控制仿真研究,仿真结果表明,相对于PID控制,模糊控制具有较强的鲁棒性,具有响应速度快,自适应能力强的优点。最后,设计了悬浮控制系统,给出了硬件和软件组成。