液浮陀螺仪浮子组合件动力学分析

基于振动理论建立了液浮陀螺仪浮子组合件的动力学分析模型,用有限元模态分析方法计算了组合件结构的前五阶模态,从机械谐振的角度,将结构的第一阶振型作为浮子伺服系统未建模动特性进行分析,为力反馈伺服系统设计和结构优化提供了重要依据。     

液浮陀螺仪可靠性技术分析

在可靠性设计与分析的基础上，针对某型液浮陀螺仪技术特点，对影响其可靠性的各种关键因素做了较为详细的分析，同时对陀螺电机这一关键部件提出了可靠性设计方法。通过技术分析提出设计该型高可靠性液浮陀螺仪的关键因素及方法。     

某型液浮陀螺仪定位壳体温度场有限元分析

介绍了某型液浮陀螺仪定位壳体温度场模型,利用有限元分析软件ANSYS对其等效温度场进行分析,得出其温度场分布的精确量化结果,为惯导系统建立起最初的热源,并通过实验验证了分析结果的正确性,为后续的平台热设计研究提供了重要的参考依据。     

长寿命、低功耗、低噪声液浮陀螺仪技术分析

根据我国目前液浮陀螺仪的应用特点，结合已应用于型号的单自由液浮陀螺仪产品，对研究并设计新型长寿命、低噪声、低功耗液浮陀螺仪的各种关键因素做了较为详细的分析，通过分析提出设计该型陀螺仪采取的方法。     

提高液浮速率陀螺仪可靠性的技术研究

针对某型液浮速率陀螺仪产品存在漂移率大、零位位置误差大、输出后效大、功耗高等缺点，通过提高浮子组件的同轴度，采用叉簧扭杆，改进信号器加工工艺和真空充液工艺，加装液浮速率陀螺仪自检接口等手段，提高了产品的可靠性。     

过载-振动复合环境下液浮积分陀螺仪动力学分析

采用有限元数值计算方法对液浮积分陀螺仪在过载—振动复合环境中的动力学特性进行研究。对液浮积分陀螺仪浮子组件谐态和模态进行了分析计算，获得了复合载荷下浮子组件质心的附加偏移的数据，从而为分析陀螺仪的附加误差提供了依据。     

太空环境压力变化对液浮陀螺性能的影响分析

对太空气压变化影响液浮陀螺性能的机理进行了理论分析,然后利用有限元分析法对陀螺仪在压力变化时浮子产生的变形进行了计算.明确了压力变化对陀螺仪结构件变形的影响程度,并从几个对陀螺仪漂移产生影响的主要方面进行了深度分析,得知压力变化导致浮子的结构变形是陀螺仪性能变化的主要因素,其中框架的变形引起的陀螺漂移达0.3((°)·h-1),g.最后通过对某型陀螺仪进行压力变化试验,验证了分析结果的正确性.此外还对陀螺仪进行了封闭波纹管的实验.得出结论:采用相对厚实的结构,刚度较大、稳定性好的材料可大大提高陀螺仪对环境的适应性,另外还可以给陀螺仪装上对外界环境的密封隔离装置.     

液浮陀螺仪框架结构刚度特性的研究

本文用有限元数值计算方法对引起液浮陀螺仪 b2 项漂移的陀螺仪框架结构 X、Y方向的刚度特性进行了分析 ,给出了三类框架模型在不同载荷作用下所表现出来的柔度特性 ,并对陀螺仪框架进行了结构优化 ,其结果为陀螺仪的改进设计提供了重要的参考依据     

液浮陀螺仪浮子迟滞试验检测方法

由于液浮陀螺仪常规测试方法偏重于正常陀螺性能参数的测试以及试验条件脱离实际使用状态,常使存在缺陷的陀螺无法准确筛选出来.为了弥补液浮陀螺仪常规测试方法不足,提高陀螺仪的检测可靠性,在常规试验的基础上增加了浮子迟滞试验.对浮子迟滞试验检测技术从试验机理和技术实现上进行了较为详细的分析和研究.在力矩反馈测试系统反馈放大器的输入端施加高精度三角波信号,在陀螺仪浮子沿输出轴在选定的角度范围内周期性缓慢匀速摆动过程中完成了陀螺力矩、阻尼力矩、角弹性力矩、常值干扰力矩及摩擦型干扰力矩的检测.利用浮子迟滞试验技术在液浮陀螺仪多余物检测以及最佳工作温度优选方面取得了很好的实用效果,是提高陀螺仪性能检测可靠性和故障定位准确性的一种关键检测技术.     

液浮惯性仪表真空充液工艺流程自动化系统

本文通过悬浮对液浮惯性仪表的作用，以及液浮惯性仪表真空充液工艺流程中各节点关键量的控制对液浮惯性仪表的重要性分析，指出真空充液工艺流程自动化的重要性。进而设计出一个液浮惯性仪表真空充液工艺流程自动化系统的硬件和软件组成框图及有关指标和要求，为实际研制提供了有益的依据。     

硅微机械陀螺仪频率调谐控制系统设计

硅微机械陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其结构机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺结构处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大峰值且噪声和分辨率等指标可得到有效提高。提出了一种基于正交信号和驱动位移相位差的鉴相控制方法,以判断陀螺结构是否处于频率调谐状态,并通过调节检测模态刚度达到频率调谐目的。首先,介绍了陀螺结构检测模态谐振频率调节的原理,并结合结构参数量化分析了频率调节范围。其次,分析了鉴相控制方法,并在其基础上设计了频率调谐控制系统,建立了整机系统模型,并对其进行了稳定性分析。最后,结合整机模型进行了仿真,采用所提出的方法可实现(Δf)的快速、稳定、自主调节,系统的标度因数指标调谐前后分别为13.1 m V/(°/s)和220.6 m V/(°/s),大大提高了结构的机械灵敏度,验证了设计方案。     

微机械陀螺仪结构误差的控制技术

研究了与加工精度相关的结构误差以及结构参数随环境改变产生的仪表误差。在分析机理的前提下,提出了采用数字控制技术来抑制陀螺结构误差的技术方案,即结构的反馈解耦控制,驱动模态的恒频恒幅控制以及检测模态的力反馈解耦控制。利用平均和摄动理论分别对上述控制回路进行建模,并给出了仿真结果。分析和仿真结果表明,上述控制方案能有效消除结构的耦合运动,降低陀螺输出对结构参数的依赖。     

Nonlinear dynamics and control for single-axis gyroscope systems

A nonlinear feedback control system of the single-axis gyroscope governed by a servo motor is studied in this paper. The closed-loop feedback is designed to account for the gimbal nutation as the gyroscope undergoing an angular velocity in the perpendicular directions. This paper integrates the singular perturbation modeling technology and sliding mode control strategy, while the stability of the closed-loop system is ensured by proof via Lyapunov direct method. Finally, comparisons among pole placement, sliding mode control and angular displacement feedback with respect to regulation capability and transient performance are reported. The simulation results demonstrate the superiority of singular perturbation sliding mode control and its potential to be facilitated in the aircraft safety module on detection and prevention from rollover during flight.     

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。     

高速磁悬浮转子稳定性研究及其在控制力矩陀螺中应用

磁悬浮支承应用于控制力矩陀螺具有高精度，长寿命的优点。高速转子的陀螺效应导致的失稳制约了其在CMG中的应用，尤其是章动造成的磁悬浮转子高速失稳问题。该文分析了由于陀螺效应产生的章动造成系统失稳的根本原因，提出了控制系统的解决方案。研究结果表明，章动失稳的主要原因是系统的相位延迟造成的，尤其对数字控制系统，相位延迟更为严重，使用简单交叉解耦控制不能解决问题，需要对现有的控制器进行优化才能保证系统在高速下的稳定性。     

硅微陀螺仪驱动模态离散控制分析

针对硅微陀螺仪数字控制系统,为了有效控制陀螺仪的驱动模态,采用离散域(Z域)分析方法,全面分析、研究并实现了基于数字锁相环(DPLL)和数字自动增益控制的(DAGC)驱动模态控制。分别建立了基于离散域分析的相位控制模型和幅度控制模型,给出了相应稳定控制的参数条件,并且进行了仿真验证。最后设计了一种基于FPGA的数字化双闭环驱动控制电路。试验结果表明,室温条件下,驱动检测幅度相对变化量小于2′10~(-5),在温度变化-40℃~60℃条件下,驱动频率与自然频率的最大相对误差为8′10-6数量级,频率跟踪特性和幅度控制稳定性均达到了良好的效果。试验验证了硅微陀螺仪驱动模态全数字化分析的可行性。该数字控制系统方案实现了陀螺驱动模态的高精度控制。     

Adaptive control of MEMS gyroscope using global fast terminal sliding mode control and fuzzy-neural-network

An adaptive control of MEMS gyroscope using global fast terminal sliding mode control (GTSMC) and fuzzy-neural-network (FNN) is presented for micro-electro-mechanical systems (MEMS) vibratory gyroscopes in this paper. This approach gives a new global fast terminal sliding surface, which will guarantee that the designed control system can reach the sliding surface and converge to equilibrium point in a shorter finite time from any initial state. In addition, the proposed adaptive global fast terminal sliding mode controller can real-time estimate the angular velocity and the damping and stiffness coefficients. Moreover, the main feature of this scheme is that an adaptive fuzzy-neural-network is employed to learn the upper bound of model uncertainties and external disturbances, so the prior knowledge of the upper bound of the system uncertainties is not required. All adaptive laws in the control system are derived in the same Lyapunov framework, which can guarantee the globally asymptotical stability of the closed-loop system. Numerical simulations for a MEMS gyroscope are investigated to demonstrate the validity of the proposed control approaches.     

液浮陀螺电磁场有限元分析

针对液浮陀螺的永磁陀螺电机漏磁场可能造成陀螺噪声大的问题,需首先搞清永磁陀螺电机的漏磁场量值及分布以及与之可能产生耦合力矩的力矩器端部漏磁的量值及分布。用有限元软件ANSYS对其内部主要电磁元件进行了三维有限元数值计算,得出这些元件的气隙磁密分布图和它们的漏磁形式及大小;分析得出陀螺电机的外圆柱面和力矩器端部存在着较大漏磁,两者存在着磁场的耦合作用。在设计中应对陀螺电机的外圆柱面和力矩器的端部施加磁屏蔽。     

八电极静电陀螺仪的非线性建模及控制参数优化

考虑扰动作用下转子相对于电极腔中心可能存在较大范围运动,建立了八电极结构静电陀螺仪四轴斜坐标系下三阶转子-电极电容模型,同时结合转子在电场力和重力作用下的动力学模型,实现具有非线性特征的静电支承控制模型。在此基础上探讨了转子偏离电极腔中心时加力控制信号对位移测量信号的影响,并建立了基于抵消机制的位移测量模型。另外采用Simulink Response Optimization工具箱优化了控制器参教。离线仿真实验表明,设计的支承控制器在转子较大偏离电极中心时,仍能确保转子的定中性。