单片集成三轴硅微机械震动陀螺仪结构设计与仿真

摘要

近年来，微型惯性测量单元(MIMU)因其广泛的军事应用背景和商业价值成为一个倍受关注的研究热点。硅微型机械振动陀螺仪是微型惯性测量单元的重要组成部分之一，和单轴陀螺相比，三轴陀螺集成度更高。在组合MIMU时。仅需一个三轴微陀螺，安装简单，体积更小。本论文主要研究内容包括以下几个方面：
　　 1)提出了一种适应国内加工条件的集成三轴硅微陀螺，介绍了工作原理，建立了力学模型和动力学方程。
　　 2)给出了陀螺各参数的理论公式及计算结果，建立了陀螺机械结构部分的有限元模型，给出了运用ANSYS对三轴陀螺进行静力分析及动力学分析的结果。
　　 3)对三轴硅微陀螺样机进行了测绘，分析了结构尺寸加工误差对加工后的陀螺驱动频率等主要参数的影响，对样品进行了加电驱动响应测试。
　　 4)分析了三轴陀螺的误差，指出了误差的来源并给出了计算公式，并对原理性稳态误差的相对值进行了仿真，给出了原理性误差及非原理性误差在一定条件下的具体数值。对三轴陀螺间的耦合影响进行了初步仿真。
　　 5)对第一回合设计的陀螺分析了不足之处，针对性的提出了改进措施，并进行了结构改进与仿真。对改进前后的陀螺的模态、驱动和检测响应进行了对比，并给出了计算机仿真结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题的研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 微机械振动陀螺在国内外研究现状

1.2.2 微机械三轴陀螺在国外的研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 结构组成及工作原理

2.1 三轴陀螺布局

2.2 水平轴陀螺结构与工作原理

2.2.1 结构与工作原理

2.2.2 动力学方程

2.3 垂直轴陀螺结构与工作原理

2.3.1 结构与工作原理(动力学放大原理)

2.3.2 动力学方程

2.4 小结

第三章 结构设计与仿真

3.1 理论计算

3.1.1 水平轴陀螺结构尺寸计算

3.1.2 垂直轴陀螺结构尺寸计算

3.2 有限元仿真

3.2.1 有限元理论

3.2.2 仿真结果

3.3 小结

第四章 加工与测试

4.1 硅微机械加工工艺

4.2 测试

4.2.1 尺寸测绘

4.2.2 驱动测试

4.3 小结

第五章 误差分析与结构改进

5.1 误差分析

5.1.1 原理性误差

5.1.2 非原理性误差

5.2 结构改进的原因与措施

5.2.1 改进的原因

5.2.2 改进措施

5.3 结构改进前后理论计算及仿真比较

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

附录

A 水平轴陀螺动力学方程的推导

1 水平轴陀螺结构的等效原理图

2 力学模型

B 垂直轴陀螺动力学方程的推导

1 垂直轴陀螺结构的等效原理图

2 力学模型

致谢

参考文献

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