Исследование динамических характеристик чувствительного элемента микромеханического гироскопа

• Автор: Шадрин, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

1. Уравнения движения ротора микромеханического
гироскопа
1.1. Обзор конструктивных схем
1.2. Принцип действия
1.3. Вывод уравнений ротора микромеханического гироскопа
1.4. Влияние отдельных слагаемых в уравнениях ММГ
2. Первичные колебания ротора ММГ
2.1. Требования к первичным колебаниям
2.2. Расчет момента электростатического привода
2.3. Способы возбуждения первичных колебаний в режиме автогенерации
2.4. Результаты моделирования системы стабилизации амплитуды в режиме автогенерации
2.5. Сравнение схем автогенерации с интегрированием и дифференцированием
2.6. Влияние нелинейности жесткости на характеристики ММГ
3. Выходные колебания ротора ММГ
3.1. Оценка полосы пропускания ММГ при работе в разомкнутом контуре
3.2. Расчет датчика угла по оси выходных колебаний
3.3. Исследование передаточных функций по ошибке
3.4. Аналитическая модель микромеханического гироскопа
4. Методика и результаты экспериментальных исследований
4.1. Определение перечня исследуемых параметров
4.2. Блок-схема контрольно-проверочной аппаратуры для проведения испытаний

4.3. Методики испытаний
4.4. Методики обработки информации
4.5. Экспериментальная оценка резонансных частот
4.6. Оценка влияния угловой скорости на амплитуду первичных колебаний
4.7. Определение изменения величины масштабного коэффициента при изменении амплитуды первичных колебаний в условиях нелинейной жесткости
Заключение
Список литературы
Актуальность работы. Развитие техники бесплатформенных инерци-альных навигационных систем, предназначенных для определения местоположения, параметров угловой ориентации и параметров движения подвижных объектов в пространстве в течение относительно малых интервалов времени автономной работы при жестких ограничениях на массо-габаритные характеристики, потребовало создания нового класса специализированных прецизионных устройств - микромеханических инерциальных датчиков. Эти датчики (гироскопы и акселерометры) характеризуются: малыми размерами (единицы кубических сантиметров), устойчивостью к ударным воздействиям, совершенно новой в данной области, полностью автоматизированной технологией изготовления [1, 2, 3, 49, 50, 51, 53, 59, 62, 73, 79], отработанной в производстве изделий микроэлектроники [75, 81, 82, 83]. Групповая технология позволяет изготавливать одновременно партии датчиков из одной заготовки в виде пластины кремния. Предполагается, что при массовом производстве такие датчики, конечно, имеющие точностные показатели, на порядки более низкие, чем используемые в относительно крупногабаритных корабельных и самолетных инерциальных навигационных системах, будут иметь низкую стоимость (десятки долларов).
Все перечисленное выше позволило открыть для бесплатформенных инерциальных навигационных систем с микромеханическими датчиками новые области применения, недоступные ранее для крупногабаритных и дорогих приборов. Одним из основных потребителей микромеханических инерциальных датчиков (ММИД) на сегодняшний день является автомобильная промышленность, использующая их в качестве источников первичной информации о параметрах движения автомобиля для построения систем контроля и безопасности [54, 57]. Широкое применение находят ММИД в современных видеокамерах, биноклях, мобильных телефонах и игрушках. Инерциальные навигационные системы с ММИД перспективны также для различных отраслей военной техники [55, 56, 60, 61].
Работы по созданию ММИД берут свое начало с 80-х гг. в рамках так называемой "Программы Звездных Войн" с целью создания высокоточного оружия (Smart Munition). Позднее, в связи с закрытием этой программы и снижением объема финансирования, дальнейшее развитие работ было в знаНеобходимый уровень амплитуды определяется регулятором, в цепи которого присутствует изодромное звено для уменьшения статической ошибки.
Оба варианта схем возбуждения ММГ в режиме автогенерации были промоделированы в пакете МаЙЬаЬ для выявления особенностей каждой из них. Результаты моделирования схемы с операцией дифференцирования приведены в предыдущем пункте. Исследование схемы с интегрированием проводилось аналогично. В результате сравнения выяснилось, что обе схемы одинаково реагируют на шумовую составляющую сигнала и на гармоническое воздействие, порождаемое качкой изделия, а также имеют схожие переходные процессы (рис.2.23-2.25).
«.с
Рис.2.24. Скорость угловых колебаний при воздействии гармонического ускорения
(а - с дифференцированием, б - с интегрированием)