硅微陀螺儀溫度穩(wěn)定性研究.pdf

1、硅微機(jī)械陀螺儀是一種用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)角速度的新型慣性器件，具有體積小、重量輕、易于數(shù)字化和智能化等優(yōu)點(diǎn)，但由于硅微型機(jī)械振動(dòng)陀螺具有零位漂移隨溫度變化大、零位穩(wěn)定性差、精度低等弱點(diǎn)，目前多應(yīng)用于低端慣性系統(tǒng)中。溫度變化是影響陀螺測(cè)量精度的主要因素之一，不僅會(huì)引起陀螺儀結(jié)構(gòu)尺寸及硅材料特性的變化，還導(dǎo)致信號(hào)處理電路的干擾熱噪聲發(fā)生變化，致使陀螺儀精度和穩(wěn)定度得不到保證。因此，對(duì)硅微機(jī)械陀螺儀的溫度穩(wěn)定性進(jìn)行研究具有重要意義。
　　

2、 目前主要有三種方法減小溫度對(duì)硅微陀螺工作穩(wěn)定性影響：一是從硅微陀螺的結(jié)構(gòu)、材料和工藝上提高敏感器件的溫度穩(wěn)定性，以提高陀螺精度；二是對(duì)陀螺儀輸出進(jìn)行誤差特性分析、測(cè)試、建模與補(bǔ)償；三是采取控制溫度的方式使陀螺儀工作的環(huán)境溫度維持恒定，保障陀螺儀硅結(jié)構(gòu)體及驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電路不受溫度變化的影響，從而使陀螺儀零偏維持穩(wěn)定，提高陀螺儀的穩(wěn)定度?；谀壳艾F(xiàn)有的工藝水平及以往的研究基礎(chǔ)，本文對(duì)第三種方法展開了研究。
　　 本文以Z軸硅微機(jī)械振動(dòng)

3、陀螺儀為研究對(duì)象，主要工作可歸納為如下幾個(gè)方面：
　　 首先，結(jié)合陀螺儀的基本理論和材料力學(xué)理論，分析了Z軸硅微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀的工作原理。詳細(xì)探討研究了溫度因素對(duì)硅微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀工作性能的影響機(jī)理。
　　 其次，通過大量的溫度實(shí)驗(yàn)，對(duì)陀螺儀的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)以及零偏輸出隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行了研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定性的分析和討論。
　　 第三，對(duì)硅微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀溫度穩(wěn)定性控制算法進(jìn)行了研究。對(duì)PID控制、

4、模糊控制和模糊PID控制算法分別進(jìn)行了軟件仿真分析；通過重復(fù)性試驗(yàn)驗(yàn)證了控制效果，試驗(yàn)分為環(huán)境溫度恒定以及環(huán)境溫度變化兩種情況進(jìn)行；并對(duì)三種控制算法進(jìn)行了分析討論，并確定采用PID算法作為下一步陀螺儀溫度控制算法。
　　 第四，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了硅微陀螺在溫度控制條件下的穩(wěn)定性效果。本文選用了I23號(hào)及B98號(hào)陀螺進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在溫度控制條件下陀螺輸出零偏值-10℃～+40℃范圍內(nèi)的變化量大大減小，I23號(hào)由60mV減少到20mV，