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。     

静电悬浮转子微陀螺微位移数字化电容检测通道设计

微位移检测是实现静电悬浮转子微陀螺闭环起支和稳定悬浮控制的重要前提。针对微陀螺轴向起支和悬浮的检测要求、特点及主要技术指标,设计了完整的电容式微位移检测通道。该通道主要由前置C/V转换、差动放大、四阶压控电压源有源带通滤波、相敏解调、四阶Butterworth低通滤波和16位A/D转换等环节组成,具有激励带宽大、检测精度高及数字化输出等特点。试验表明,检测通道的灵敏度为1.4V/pF,线性度为2.11%,微位移检测分辨力优于10nm,能够满足微陀螺轴向起支和稳定悬浮的检测要求。     

静电悬浮转子微陀螺及其关键技术

静电悬浮转子微陀螺具有比振动式微陀螺精度高的潜在优点，并可同时测量二轴角速度和三轴线加速度。介绍了静电悬浮转子微陀螺的研究现状。对该静电悬浮转子微F1螺／加速度计的工作原理、特点进行了分析，并对实现高精度静电悬浮转子微陀螺／加速度计晌关键技术如静电稳定悬浮、微位移检测控制、静电恒速旋转驱动、微机械加工和真空封装技术等进行了探讨。指出这一新颖MEMS陀螺是高精度多轴集成微惯性传感器技术发展的一个重要方向，具有广阔的应用前号和较大的发展潜力。     

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.     

六轴硅微静电加速度计的悬浮回路设计

传统的静电加速度计在空间微弱加速度测量方面可以获得极高的分辨率。提出了一种采用静电悬浮、可实现六轴加速度测量的微静电加速度计。敏感组合件采用玻璃-硅-玻璃三层键合结构、体硅加工工艺;检测质量采用"回"字形结构,以提高加速度计的径向量程和刚度。利用有限元软件分析了大气环境下检验质量的气模阻尼特性,对六自由度静电悬浮回路进行了建模与分析,提出了实现六轴加速度检测的控制方案。给出了静电悬浮回路的仿真结果,评估了六轴加速度计的性能。     

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。     

动力调谐陀螺仪脉冲数字再平衡回路中的量程转换

本文从理论上对回路的极限环进行了分析，并作了相应的仿真，结果表明，对于Ｉ型系统来说，采样频率低于８ＫＨｚ时，系统不存在极限环。本文还在设计双刻度开关逻辑的基础上，通过对回路的数字仿真，确定出量程转换时所选用的合适阈值。     

国外动调陀螺仪再平衡技术的发展

本文在综合大量文献的基础上，详细介绍了国外模拟、数字再平衡技术的发展过程以及现阶段研究状况。同时，对动力调谐陀螺仪模拟、数字再平衡回路进行了分析比较，归纳了两者的主要优缺点。另外，还简略介绍了直接数字控制技术。     

大量程石英加速度计二元调宽再平衡回路的设计与应用

二元调宽再平衡回路具有施矩功率恒定，转换精度高，易于同计算机通讯等一系列优点，因而在惯性元件伺服回路中得到广泛应用。中介绍了二元调宽再平衡回路在大量程石英加速度计线路上的应用，通过理论设计和试验，选择合理电参数，并取得了满意的结果。     

基于静电悬浮转子的硅微陀螺技术

设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简化陀螺结构;通过有源静电悬浮系统约束环形转子沿五自由度的运动,并提供足够的支承刚度;转子的转速控制基于三相可变电容式电机驱动方式,借助于检测转子与定子旋转电极的电容变化获得转子速度以实现转速闭环控制。目前已加工出基于深反应离子刻蚀工艺的微结构,采用基于DSP的数字控制器实现了环形转子的五自由度稳定悬浮。     

三轴硅微静电加速度计的实验研究

静电加速度计依靠可控静电力将敏感质量无接触地悬浮在电极腔内,在空间微重力环境下通过降低带宽和量程可以实现极高的分辨率.设计了一种采用玻璃硅-玻璃“三明治”结构、环形敏感质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,对加速度计的力/力矩平衡回路进行了分析.采用基于DSP的数字控制器,实现了环形敏感质量的五自由度稳定悬浮,在大...     

一种解耦的微机械陀螺研究

设计了一种解耦的微机械陀螺，它能够极大地降低正交误差信号的影响，从而大大地提高佗螺的性能；制造了一批样机，进行了初步的驱动特性和敏感特性的实验研究。研制结果表明，陀螺性能符合设计要求。     

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。     

实时小波滤波方法在硅微陀螺仪中的应用研究

采用实时小波滤波技术构建硅微陀螺仪数字化平台，对快速的MaIfat算法选用何种小波基，是否采用软硬阈值处理以及选用何种尺度和采样点数进行深入分析。考虑到滤波效果即陀螺仪输出信号滤波前后A1lan方差改进情况和硬件处理的实时性，通过比较最终选择3尺度16点软闽值db2小波Mallat快速算法。仿真计算和实验结果表明该滤波方法对改善微机械陀螺仪的零偏稳定性有一定的实用价值。     

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。     

静电悬浮式惯性仪表中的微位移检测技术

静电陀螺仪、空间静电加速度计等基于静电悬浮的惯性仪表在高精度的惯性导航和空间微重力测量领域得到广泛应用。近年来，对基于MEMS工艺的悬浮式微惯性传感器的研究引起了广泛的重视。介绍了静电悬浮式惯性仪表中采用的差动电容式微位移检测电路的原理，分别对静电陀螺、静电加速度计和MEMS微陀螺、微加速度计的电极配置方案和位移检测的接口电路进行了分析，并对不同的位移检测方案进行了比较.     

在ESS中嵌入滤波器实现转子电场恒速的系统设计方法

对于空心大球转子静电陀螺仪,转速接近静电支承系统(ESS)的剪切频率,一般采用磁场恒速控制方法,因而介绍了一种电场恒速控制方法,通过在支承电路中加入滤波器,来提高支承系统的力矩系数,从而利用支承系统构成了恒速控制系统。实验结果表明,系统的稳定性满足要求,恒速精度优于0.1Hz。     

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。