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中国惯性技术学报 2023年第1期31卷 80-84,106页

作者：肖凯王灵草韩世川陈朝春雷霆卜继军中国电子科技集团公司第26研究所重庆400060

速率积分模式下半球谐振陀螺具备大测量范围、高带宽及极佳的标度因数等优良特性,但阻尼不均匀及其随温度、老化等的变化导致的驻波周向漂移及其不稳定性限制了速率积分半球谐振陀螺的工程应用。为减小这种驻波周向漂移的影响,基于半球... 详细信息

速率积分模式下半球谐振陀螺具备大测量范围、高带宽及极佳的标度因数等优良特性,但阻尼不均匀及其随温度、老化等的变化导致的驻波周向漂移及其不稳定性限制了速率积分半球谐振陀螺的工程应用。为减小这种驻波周向漂移的影响,基于半球谐振陀螺的二维振动模型和控制模型,通过驻波角周期性自进动与频率调制结合的自校准方法实现了模型参数的实时辨识、周向漂移的实时补偿及载体转速的实时解算。自校准速率积分半球谐振陀螺实测20小时的数据表明,启动2小时后,从0时刻开始的平均零偏为0.06°/h,10小时后稳定在0.018°/h以内,零偏不受周向漂移影响,陀螺的长时工作精度得到了大幅提高。

关键词：半球谐振陀螺阻尼不均匀性自校准频率调制

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圆柱壳体振动陀螺的模态交换技术研究

圆柱壳体振动陀螺的模态交换技术研究

引用

作者：管锐国防科技大学

学位级别：硕士

金属圆柱壳体振动陀螺具有易加工、成本低、精度高、体积小、抗冲击能力强等特点,近年来受到越来越多的研究和应用。金属谐振子是该陀螺的核心器件,由于存在加工误差和材料不均匀性,谐振子会产生频率裂解和阻尼不均匀性两大品质缺陷,影... 详细信息

金属圆柱壳体振动陀螺具有易加工、成本低、精度高、体积小、抗冲击能力强等特点,近年来受到越来越多的研究和应用。金属谐振子是该陀螺的核心器件,由于存在加工误差和材料不均匀性,谐振子会产生频率裂解和阻尼不均匀性两大品质缺陷,影响陀螺的性能。频率裂解可以通过机械修调抑制,而阻尼不均匀性目前没有较好的修调方法。本文针对圆柱壳体振动陀螺的阻尼不均匀性,探究了其基本理论和影响规律,分析了模态交换技术基本原理,提出了圆柱壳体振动陀螺的模态交换技术和基于FPGA电路模态交换的具体实现方法,进行了模态交换实验,分析了主要误差因素对模态交换的性能影响规律,主要研究工作如下:1、分析了圆柱壳体振动陀螺的基本结构和工作原理,建立了圆柱壳体振动陀螺的漂移模型和包含频率裂解和阻尼不均匀性的误差模型。通过理论计算以及仿真分析,获得了开环模式和闭环模式下阻尼不均匀性的影响规律。2、分析了对称陀螺的模态交换技术的基本原理,提出了圆柱壳体振动陀螺模态交换的实现方案,通过理论计算和仿真分析,获得了闭环模式下模态交换对阻尼不均匀性漂移的抑制规律。3、提出了基于FPGA数字电路的模态交换的整体实现方法,设计了FPGA数字电路的主要功能单元、工作流程和工作时序,研制了基于FPGA的圆柱壳体振动陀螺模态交换控制电路。4、进行了圆柱壳体振动陀螺基于FPGA数字电路的模态交换常温实验,变温实验以及开机漂移实验,实现了模态交换对阻尼不均匀性的抑制。5、分析了测控电路相位角度、压电电极角度和增益误差因素形成机理,通过理论计算以及仿真,研究了各误差因素对模态交换性能的影响以及模态交换对各误差因素的抑制效果,获得了模态交换对各误差的抑制规律。

关键词：圆柱壳体谐振子阻尼不均匀性模态交换 FPGA 实验设计误差分析

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圆柱壳体振动陀螺阻尼不均匀性分析及其修调方法研究

圆柱壳体振动陀螺阻尼不均匀性分析及其修调方法研究

引用

作者：孙江坤国防科技大学

学位级别：硕士

圆柱壳体振动陀螺具有测量精度高、加工难度大、成本低、能耗小等一系列优点,逐渐成为波动陀螺领域的重要研究方向。高品质的圆柱壳体谐振子对于陀螺的性能至关重要,但由于材料不均匀和加工误差的存在,谐振子会出现频率裂解和阻尼不均... 详细信息

圆柱壳体振动陀螺具有测量精度高、加工难度大、成本低、能耗小等一系列优点,逐渐成为波动陀螺领域的重要研究方向。高品质的圆柱壳体谐振子对于陀螺的性能至关重要,但由于材料不均匀和加工误差的存在,谐振子会出现频率裂解和阻尼不均匀性等缺陷。频率裂解可以通过机械修调或者闭环反馈控制进行消除,但阻尼不均匀性对陀螺的影响一般无法通过修调或者闭环控制进行有效去除。陀螺工作在力平衡模式下时,其主要的漂移误差来源于阻尼不均匀性,但目前对于阻尼不均匀性及其修调方法的研究相对比较匮乏。因此本文针对圆柱壳体谐振子的阻尼不均匀性,探究了其基本理论及影响,基于Q值圆周分布分析了阻尼不均匀性,研究了压电电极对谐振子阻尼特性的影响,提出了阻尼不均匀性修调方案,主要有以下几项内容:1.概述了圆柱壳体振动陀螺的结构及工作原理,建立了圆柱壳体谐振子的误差模型和动力学模型,并且分析了在开环模式和力平衡模式下的阻尼不均匀性对陀螺性能的影响。2.基于圆柱壳体谐振子的Q值圆周分布对其阻尼不均匀性进行分析,简要介绍了阻尼不均匀性的来源,并且分析了通常用于测量谐振子Q值的幅频响应法的缺陷,同时建立了圆柱壳体谐振子的理论模型,从理论上分析了谐振子Q值圆周分布规律,最后通过设计实验进行了验证。3.分析和归纳了压电电极对谐振子阻尼特性的影响规律,首先建立了谐振子-粘结层-压电电极耦合系统的动力学模型,并且分析了影响压电电极和粘结层能量损耗的因素,然后利用有限元模型分析了粘结层和压电电极参数对谐振子阻尼特性的影响,最后设计实验对有限元仿真结果进行了验证。4.分析了压电材料的阻尼特性,建立了圆柱壳体谐振子阻尼不均匀性修调的理论模型,并且利用有限元方法仿真了压电电极阻尼不均匀性修调的方向性,归纳了修调时阻尼变化的规律,最后基于理论分析提出了正向修调和逆向修调两种阻尼不均匀性修调方案,并且进行了相应的实验验证。

关键词：圆柱壳体谐振子阻尼不均匀性 Q值圆周分布压电电极有限元仿真阻尼不均匀性修调

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