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。     

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。     

半球谐振陀螺仪谐振子振动特性的有限元分析

应用 ANSYS 软件对半球谐振陀螺仪谐振子的振动特性进行了有限元分析,建立了Ψ型半球壳谐振子的有限元模型,计算出了谐振子的固有频率及振型。在理论分析的基础之上,提出了对于Ψ型半球壳谐振子的结构设计的合理建议。     

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。     

基于电极模态切换的半球谐振陀螺自校准方法

针对因受加工技术、加工条件以及外部环境因素等影响,半球谐振陀螺在力平衡模式下输出零偏稳定性及重复性变化较大的问题,提出一种基于模态切换的陀螺自校准方法。基于半球谐振陀螺二阶振动模态机理,建立理想状态下谐振子运动方程,并分析推导了谐振子在阻尼不均和频率裂解等非理想因素影响下的运动模型和参数控制方程。根据谐振陀螺输出漂移特性,提出了一种基于电极功能切换的半球谐振陀螺自校准方法。通过相关实验,分析比较了电极模态切换前后陀螺输出稳定性及重复性,实验结果表明,陀螺零偏稳定性提升1.8倍以上,陀螺零偏重复性提升90.5%,所提方法能有效估计及补偿陀螺漂移,提高半球谐振陀螺输出的稳定性和重复性。     

基于超快激光技术的半球谐振陀螺点式修调方法

针对石英半球谐振陀螺中谐振子的频率裂解修调难题,提出基于超快激光技术的点式去重修调方法。首先,分析了频率裂解与四次谐波不平衡质量的对应关系,根据傅里叶级数展开原理以及谐波函数叠加原理,推导了点式去重的修调算法。然后,通过仿真验证了修调效果,并总结出均布对称修调的最优方案。最后采用飞秒激光时空整形加工新方法,进行了石英半球谐振子的修调实验。实验结果表明,所提出的方法可以使频率裂解修调至8 mHz左右,实现了0.5 mHz的修调分辨率。     

基于最小均方算法的半球谐振子特征参数辨识方法

作为半球谐振陀螺的核心元件,半球谐振子的加工水平直接决定了陀螺的性能优劣.然而,目前尚缺乏有效方法来对半球谐振子的性能进行量化评估.针对这一问题,提出一种利用最小均方(LMS)算法来对半球谐振子的刚度各向异性Δω、刚度失准角θω、阻尼各向异性种特征参数进行辨识的方法.首先,根据非理想谐振子的正交误差方程,在外界恒定转速...     

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。     

陀螺进动与强迫进动轨道

陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性. 通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道. 若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道. 采用四元数建模方法求解了这种强迫进动轨道的进动规律,给出了解析表达式,据此分析了这种轨道的性质. 分析结果表明这种强迫进动轨道与初始圆轨道在同一球面上,且与初始位置相切. 其角速度为进动角速度与初始轨道角速度的合成,是一种悬浮轨道,即属于非开普勒轨道. 悬浮轨道在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通讯以及地球工程等领域具有潜在应用前景. 从强迫进动的角度出发所作的分析为悬浮轨道的实现提供了一种新途径.     

抑制耦合干扰的半球谐振陀螺信号分频调制检测方法

针对半球谐振陀螺的共用电极结构引起振动检测信号中耦合干扰的问题,提出了一种抑制陀螺检测信号中耦合噪声的分频调制检测方法。从振动检测机理入手,首先建立了电容检测数学模型,分析了信号检测端的耦合噪声源。然后,通过改进激励与检测电极配置方法,利用两个不同频率的高频载波对谐振子x轴向和y轴向上的振动信息进行分频调制,实现了振动信号与驱动响应干扰信号的频域分离,经过信号检测器完成分频传输,从而抑制了耦合干扰。最后,进行了实验验证。实验结果表明所提出的方法相比使用较广泛的单频信号检测方法可有效抑制信号检测端的驱动耦合干扰,使控制回路锁相精度提高了一个数量级以上,陀螺输出信号噪声带由2.1 mV降至1 mV以内。     

基于半球谐振陀螺与星敏感器的星载姿态测量系统实现

为满足长寿命卫星对高精度、高可靠、低功耗、轻重量的姿态测量系统的需求,构建了一种基于半球谐振陀螺与星敏感器的星载姿态测量系统。针对国产半球谐振陀螺和加速度计结构特点,建立了惯性器件配置结构,完成了系统的相关标定,开发了以四元数为基础的姿态算法,利用卡尔曼滤波技术,将惯性姿态测量系统与星敏感器进行组合,实现了工程样机设计。测试表明,在实验室环境下,静态姿态精度达到13.9″(峰值),动态姿态精度达到15.4″(峰值),所研制的工程样机的精度指标能够满足高精度卫星的使用要求。     

比力对半球谐振陀螺仪解算精度的影响

为了分析半球谐振陀螺仪非敏感轴X、Y轴存在比力输入时,对输出角速率解算精度的影响,首先,利用环形谐振子的动力学方程,得到了径向振动方程。然后,分析了存在比力输入时,谐振子唇沿中心将偏移激励器和位移传感器所确定的圆心,并根据闭环检测原理,推导了陀螺仪解算角速率误差的表达式,仿真计算了相对偏移量对输出结果的影响程度。最后,利用分度头进行了非敏感轴的多位置翻滚试验,验证了输出中存在与非敏感轴比力输入有关的误差。     

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.     

基于卷积非粘滞阻尼模型的超高层结构风效应分析

有限元方法中相对于对结构质量与刚度特性的描述,结构阻尼的描述仍具有较大的模糊性。随着新型建筑材料与复杂结构体系的发展,以及对计算机模拟要求的提高,阻尼作用的机理与相应阻尼模型的研究成为值得关注的问题。基于一种阻尼力与质点速度历程相关的卷积非粘滞阻尼模型,采用微分求积求解算法,对一个大型复杂超高层建筑结构的风振响应进行了分析,并与常用的比例粘滞阻尼模型进行了对比。对卷积非粘滞阻尼力模型系统的响应特征进行了分析,特别是该模型的松弛效应对结构响应的影响。另外,作为将这种新阻尼模型应用于实际工程的一次探索,本文采用微分求积算法,建立了一套可将该阻尼模型及其求解算法嵌入通用有限元软件的求解系统,可用于复杂结构的动力响应分析。     

基于量纲分析理论的煤尘爆炸能量预测模型

为预测煤尘爆炸能量,基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数λ的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计,测定10次爆炸最长火焰长度平均值l₀、10次最长火焰长度出现时间平均值t₀与该小型煤尘爆炸中释放能量E₀,确定模型中参数λ为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明:量纲选取完备,预测模型科学合理。     

基于RBF网络的激光陀螺标度因数数据建模研究

前向神经网络中的径向基函数(RBF)网络是一种局部逼近网络,它用局部逼近的总和达到对训练数据的全局逼近,在理论上可以实现全局最优.该文利用径向基函数神经网络对某一温度段的陀螺标度因数的温度数据进行建模处理,并利用各组数据建立一种两因素RBF网络,这两个输入因素选择为温度以及各个温度值对于所属组初始温度的增量.仿真结果表明,所建立的两因素RBF网络可以精确地拟合各温度下的标度因数温度数据,仿真数据的误差与均方差比用BP网络训练的数据效果要好,在数值上提高了近一个数量级.     

基于实测爆破振动计算岩体介质P波品质因子

爆破地震波传播衰减研究对爆破振动预测及安全控制有着重要的指导意义。针对爆破振动实测信号,结合P波、S波的初至识别结果,计算P波、S波在岩体中的传播速度及P波的上升时间,进一步得出岩体介质P波品质因子。结合现场实测振动数据,计算丰宁抽水蓄能电站及舟山绿色石化基地试验区域内岩体介质P波品质因子,计算结果分别为19.02和14.07。结果表明,通过实测地表爆破振动计算得到的P波品质因子远小于经验公式的计算值及一般原岩的品质因子,说明地表疏松层对爆破地震波的传播衰减有较大影响。

     

基于灰色BP神经网络的陀螺电机状态预测

陀螺电机状态直接影响惯导系统的精度和可靠性,对其进行预测是惯导系统性能评估和寿命预测的重要途径。利用灰色理论的建模预测方法对随机性较大的数据预测精度不高;BP神经网络模型的预测方法具有良好的非线性和自学习能力,但训练效率不高且训练效果受样本数影响较大,网络容易限于局部最小值。针对陀螺电机状态特征参数的特点,本文提出一种基于灰色BP神经网络的混合模型。该模型利用BP神经网络对灰色模型误差进行建模,模型输出返回灰色模型进行输入修正。利用灰色理论、BP神经网络以及混合模型对状态特征参数进行建模和预测,结果表明,混合模型的预测误差比灰色模型减小了约2／3,比神经网络减小了约1／3,证明了该模型的有效性。     

旋转式光纤捷联惯导系统的误差效应分析

旋转式光纤捷联惯导系统的误差效应研究关乎系统的设计和精度的提高.在建立惯性元件误差模型的基础上,分析了系统的旋转调制原理,推导了惯性元件的零偏、安装误差、标度因数误差和随机误差在单轴单方向旋转下产生的误差效应,仿真研究了转速大小对系统精度的影响.结果表明,旋转调制可以有效补偿与转动轴垂直方向惯性元件的零偏,且转速越大效果越好;旋转调制会引入额外的标度因数误差效应,且转速越大误差越大.在设计旋转式捷联惯导系统时,要求惯性元件的标度因数误差和安装误差尽可能小,并且转速不宜过大,采取正反旋转相结合的方式可以取得更显著的误差补偿效果.