無(wú)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的硅微機(jī)械陀螺若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的硅微機(jī)械陀螺是一種基于哥氏力效應(yīng)的新型角速度傳感器，它利用旋轉(zhuǎn)體自旋作為驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，體積小，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可同時(shí)敏感旋轉(zhuǎn)體的滾動(dòng)、俯仰、偏航三個(gè)角速度。這種微機(jī)械陀螺是一種很有前景的傳感器，可廣泛應(yīng)用于諸如滾轉(zhuǎn)導(dǎo)彈等高速旋轉(zhuǎn)體的姿態(tài)檢測(cè)，它的研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文分別完善了這種無(wú)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的硅微機(jī)械陀螺的數(shù)學(xué)模型，提出了抑制滾動(dòng)角速度變化對(duì)陀螺輸出信號(hào)影響的方法，實(shí)現(xiàn)了輸出信號(hào)分

2、離算法等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上研制了以DSP2812為核心處理器的微機(jī)械陀螺姿態(tài)傳感器樣機(jī)。本文的創(chuàng)新工作包括以下具體內(nèi)容：
　　 1.針對(duì)前期所建微機(jī)械陀螺的數(shù)學(xué)模型只考慮偏航或俯仰的情況，利用歐拉方程，結(jié)合陀螺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了微機(jī)械陀螺在俯仰和偏航并存時(shí)的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建模型的正確性，進(jìn)一步完善了微機(jī)械陀螺的理論。
　　 2.針對(duì)滾動(dòng)角速度變化對(duì)微機(jī)械陀螺輸出信號(hào)的影響，定義了滾動(dòng)速度變化對(duì)刻

3、度因子的影響率，提出了一種抑制滾動(dòng)角速度變化對(duì)輸出信號(hào)影響的方法，通過(guò)對(duì)具體微機(jī)械陀螺的實(shí)驗(yàn)、分析，結(jié)果表明，通過(guò)該方法處理后，其影響率降低了近23倍，提高了陀螺刻度因子的一致性。
　　 3.研究了通過(guò)微機(jī)械陀螺輸出信號(hào)和加速度計(jì)信號(hào)的相位差與旋轉(zhuǎn)體空間偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，提出了利用相位差確定空間偏轉(zhuǎn)方向的方法，進(jìn)行了理論證明和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；并深入分析了影響相位差的因素：如滾動(dòng)角速度、輸入角速度（俯仰和偏航合角速度）、溫度及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形式

4、下加速度計(jì)被調(diào)制等；針對(duì)兩信號(hào)相位差受到滾動(dòng)角速度及輸入角速度影響突出，提出了一種相位差復(fù)合建模補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢?shí)驗(yàn)表明補(bǔ)償后相位差的最大絕對(duì)誤差小于2°，減小了影響。
　　 4.微機(jī)械陀螺輸出信號(hào)是一包含滾動(dòng)、偏航和俯仰角速度的調(diào)制信號(hào)，為了從微機(jī)械陀螺輸出信號(hào)解調(diào)出滾動(dòng)、俯仰、偏航三個(gè)角速度信息，以便用于旋轉(zhuǎn)載體的多通道控制系統(tǒng)，提出了微機(jī)械陀螺輸出信號(hào)的解調(diào)算法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。結(jié)果表明：①該算法能夠解調(diào)出旋

5、轉(zhuǎn)載體的滾動(dòng)角速度、偏航角速度和俯仰角速度；②解調(diào)出來(lái)的滾動(dòng)角速度與實(shí)際滾動(dòng)角速度在5s內(nèi)的最大相對(duì)誤差小于0.3％，偏航角速度與實(shí)際偏航角速度最大絕對(duì)誤差是5.2°/s，俯仰角速度與實(shí)際俯仰角速度的最大絕對(duì)誤差是4.1°/s。
　　 5.基于上述研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以DSP2812為核心處理電路的微機(jī)械陀螺姿態(tài)傳感器樣機(jī)，并利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)模擬滾轉(zhuǎn)導(dǎo)彈對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，該姿態(tài)傳感器可以將同時(shí)敏感的滾動(dòng)、偏航和俯仰三個(gè)角