半球諧振陀螺儀的誤差機(jī)理分析與測試.pdf

1、半球諧振陀螺儀以其壽命長、可靠性高、體積小、重量輕、精度高而且可微型化的優(yōu)點(diǎn)將在衛(wèi)星、潛艇等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。對半球諧振陀螺儀進(jìn)行研究，改進(jìn)它的制造工藝水平，提高它的使用精度，具有非常重要的理論意義與實用價值。本文以某預(yù)研項目為背景，針對半球諧振陀螺儀中存在的模型非線性、影響陀螺儀精度的系統(tǒng)誤差的誤差機(jī)理、隨機(jī)誤差的辨識、三軸轉(zhuǎn)臺的誤差的影響，以及技術(shù)指標(biāo)的測試方法和誤差模型系數(shù)辨識等方面的問題進(jìn)行了研究。
　　在綜述了哥氏

2、振動陀螺的基礎(chǔ)上，介紹了目前研制的半球諧振陀螺儀的國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，并對半球諧振陀螺儀的隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差的誤差源、誤差模型、誤差測試分析與辨識方法等進(jìn)行了綜述，指出了提高半球諧振陀螺精度的意義與重要性。
　　為充分體現(xiàn)各種因素的影響以及它們之間的相互關(guān)系，將半球薄殼唇沿簡化為環(huán)形諧振子，利用基?；舴?李亞夫假設(shè)條件，給出了諧振子位移幾何關(guān)系，根據(jù)能量守恒原理和分析力學(xué)的相關(guān)知識推導(dǎo)了環(huán)形諧振子的動力學(xué)模型，并分別在參數(shù)激勵和

3、位置激勵方式下，分析了角速率平方項以及角加速度項的影響，分析了激勵頻率與諧振頻率不一致時，對于半球諧振陀螺儀解算精度的影響。
　　針對影響半球諧振陀螺儀精度的諧振子誤差源及其誤差機(jī)理進(jìn)行了分析。對2種誤差源，即諧振子半徑不均勻和品質(zhì)因數(shù)不均勻進(jìn)行了研究，通過半球諧振陀螺儀的半徑不均勻和品質(zhì)因數(shù)不均勻?qū)︸v波漂移速率影響的仿真計算，給出了其對于半球諧振陀儀螺漂移的影響。根據(jù)環(huán)形諧振子的動力學(xué)方程推導(dǎo)出了半徑不均勻的四次諧波引起諧振子的

4、頻率裂解，它將帶來非等彈性和非等阻尼誤差，從而對陀螺儀的零偏項產(chǎn)生影響；推導(dǎo)了品質(zhì)因數(shù)不均勻的四次諧波帶來非等阻尼誤差，從而影響陀螺儀的零偏項。
　　針對影響半球諧振陀螺儀精度的裝配誤差源及其誤差機(jī)理進(jìn)行了分析。對電極和位移傳感器對準(zhǔn)誤差、由于比力存在時支撐桿裝配剛度項相關(guān)誤差進(jìn)行了研究。電極、位移傳感器的對準(zhǔn)誤差引起陀螺儀的非線性輸出，通過實驗證明了對準(zhǔn)誤差引起角速率平方和立方項誤差，同時帶來零偏和標(biāo)度因子誤差；比力的存在由于諧

5、振子支撐桿的剛度，引起對準(zhǔn)誤差，帶來零偏誤差。然后給出了滿足陀螺儀精度的部分誤差源的允差，最后針對相關(guān)誤差源給出了相應(yīng)的抑制方法。
　　針對半球諧振陀螺儀技術(shù)指標(biāo)的測試方法進(jìn)行了研究。設(shè)計了陀螺儀的失準(zhǔn)角的測試方法，采用誤差分離技術(shù)分離了轉(zhuǎn)臺安裝誤差、夾具誤差和失準(zhǔn)角誤差，并對失準(zhǔn)角誤差進(jìn)行了實測；設(shè)計了品質(zhì)因數(shù)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)的測試方法，利用激勵到穩(wěn)態(tài)再斷電，通過測量衰減時間常數(shù)完成了品質(zhì)因數(shù)的測試；利用三軸轉(zhuǎn)臺兩個正交軸系的速率

6、功能設(shè)計了測試半球諧振陀螺儀帶寬的方法；利用兩組電極和位移傳感器，設(shè)計了頻率裂解及固有剛性軸的測試與辨識方法，并給出了最佳的采樣時刻。
　　針對半球諧振陀螺儀誤差模型系數(shù)的辨識方法問題進(jìn)行了研究。設(shè)計了基于D最優(yōu)的多位置試驗方法；設(shè)計了半球諧振陀螺儀誤差模型系數(shù)在三軸轉(zhuǎn)臺上標(biāo)定方法，并分析了三軸轉(zhuǎn)臺的誤差如何影響半球諧振陀螺儀誤差模型系數(shù)的測試誤差；采用 Allan方差方法對陀螺儀的隨機(jī)誤差進(jìn)行分析，確定了半球諧振陀螺儀零漂數(shù)據(jù)中