陀螺漂移_机械工程硕士论文精选范文：多功能微机械陀螺及其应用.doc 全文免费在线阅

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网友小博士近日为您收集整理了关于机械工程硕士论文精选范文：多功能微机械陀螺及其应用的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：机械工程硕士论文精选范文:多功能微机械陀螺及其应用第一章绪论1.1研究背景及意义陀螺是惯性系统中一种核心部件,代写硕士论文在航空、航海、航天、兵器及其它一些民用领域,有着十分广泛和重要的应用。飞行器控制与稳定系统性能的改进,很大程度上取决于飞行器上陀螺的精度和可靠性。陀螺按照框架的数目和支承的形式分类可分为三自由度陀螺[1-3]和双自由度陀螺[4-6]。1.1.1三自由度陀螺在飞行器上的应用三自由度支承能使陀螺在空间保持主轴方向不变,这种方法支承,陀螺是自由的。三自由度陀螺应用于飞行器上,其基本功能是敏感角位移,因此三自由度陀螺也称为自由陀螺或位置陀螺。根据三自由度陀螺在飞行器上安装方式的不同,可分为垂直陀螺[7.12]和水平陀螺(1)垂直陀螺垂直陀螺的功能是测量飞行器的偏航角度和滚转角度。垂直陀螺测量角度的原理:飞行器发射的瞬间,陀螺转子轴与飞行器坐标系0Z轴重合,内环轴与飞行器纵轴0X轴重合,外环轴与飞行器坐标系0Y轴重合,如图1-1所示。飞行器在飞行过程中,由于陀螺的定轴性,其转子轴在空间的方向不变,转子轴绕陀螺内、外环轴的转角皆为零。当飞行器发生滚转或偏航运动时,转子轴绕内环轴或外环轴转角不为零,输出电压幅值与飞行器转动角度呈线性关系。陀螺的内环测量滚转角度,外环测量偏航角度。(2)水平陀螺水平陀螺的功能是测量或控制飞行器的俯仰角度。水平陀螺测量的原理与垂直陀螺相同,只是在安装方式上不同,陀螺转子轴与飞行器坐标系0X轴重合,内环轴与飞行器纵轴0Z轴重合,外环轴与飞行器坐标系0Y轴重合,如图1-2所示。陀螺的外环测量俯仰角度,并将角度转换为电压。水平陀螺控制原理与测量原理相反,将电压值转换为角度,控制飞行器程序转弯。1.1.2二自由度陀螺在飞行器上的应用将二自由度陀螺安装在带机座的支架上,转子绕0Z轴旋转的动量矩为H,如图1-3所示。当基座绕陀螺转子轴或内环轴转动时,陀螺转子轴方向仍稳定在原来的方向不变。但当基座以角速度CO绕0Y轴转动时,由于陀螺绕0Y轴没有自由度,所以基座0Y轴转动时将通过内环轴的一对轴承带动内环框架、转子轴和转子一起转动,称为“强迫进动”,这时陀螺转子将产生0X轴方向的陀螺力矩Mg,其大小为Hco,在陀螺力矩作用下,陀螺将绕内环轴进动,进动角速度与基座的转动角速度成正比,这表明,二自由度陀螺具有敏感绕其缺少自由度轴方向的角运动的特性。1.1.3本文研究意义由于传统的陀螺体积大,重量重,成本高,功耗高等特点,大大限制了其应用。20世纪90年代,微机电系统加工技术日趋成熟,相继出现各种样式的微机械陀螺。尽管存在多种微机械陀螺设计方案,但是绝大多数方案是利用驱动结构起振,引起质量块振动,通过敏感结构敏感角速度。此类微机械陀螺一般只能够敏感一个方向上的角速度。相对上述陀螺,本文研究的多功能微机械陀螺利用旋转载体绕纵轴滚转作为驱动,可以敏感旋转载体纵轴方向的滚转角速度和垂直于旋转载体纵轴方向的横向角速度。此外,配合地理坐标基准,可以将横向角速度分解为偏航角速度和俯仰角速度。因此,多功能微机械陀螺能够敏感三个方向上的角速度,陀螺信号可以解算出横向角速度、方位角、偏航角速度、俯仰角速度和滚转频率,具有三个垂直安装的一般速率陀螺的功能,适用于旋转飞行器姿态控制。通过对多功能微机械陀螺运动学方程研究,分析单个多功能微机械陀螺敏感偏航、俯仰和滚转的角速度机理。针对旋转飞行器飞行过程中出现圆锥运动问题,研宄建立地理坐标系,判别陀螺敏感横向角速度的方向。研究利用单个陀螺信号解算出旋转飞行器的偏航、俯仰和绝对滚转角速度和角度,研究利用两个垂直安装的陀螺信号解算旋转飞行器绝对滚转角速度和角度的快速算法。研宄陀螺在旋转飞行器姿态控制的用法。通过陀螺制作工艺优化,解决陀螺芯片基准问题,提高芯片生产的一致性。经过上述研宄,从理论和应用两方面,解决了部分多功能微机械陀螺生产和使用中遇到的问题。第二章多功能微机械陀螺的原理与设计2.1陀螺原理陀螺的质量振动可通过如图2-2所示的坐标系来描述。坐标分析:OXYZ(Z方向为娃的厚度方向)为固定于质量块上的质量块坐标系、OXiYiZi为旋转体偏航或俯仰坐标系、0X2Y2Z2为旋转体滚转坐标系、OXoYoZo为惯性坐标系(固定坐标系)。质量块坐标系随Coriolis力相对OXqYqZg坐标系、OXiYiZi坐标系和OX2Y2Z2坐标系而变化。2.2陀螺芯片结构仿真在多功能微机械陀螺芯片的设计过程中,采用SolidWorks仿真功能得到了陀螺摆片3阶振动模态,有限元分析参数见表2-1。一阶模态中摆片绕扭转梁转动,摆片左右两侧振动方向相反,这是陀螺的检测彳吴态,固有频率为313.5Hz,如图2-4(b)所示。二阶模态中摆片两侧同向振动,固有频率为2227Hz,如图2-4(c)所示。三阶模态中摆片上下两侧反向振动,固有振动频率为3496.3Hz,如图2-4(d)所示。由于旋转飞行器的滚转频率小于40Hz,因此陀螺主要为一阶振动模态起作用。第三章多功能微机械陀螺的性能特征.....................67-943.1单方向运动中多功能微机械....................67-703.2圆锥运动中多功能微机械....................70-763.3坐标系的建立和偏航俯仰方向判别....................76-833.4变滚转转速运动中多功能....................83-883.5陀螺静态性能测试....................88-923.6本章小结....................92-94第四章多功能微机械陀螺的信号解算94-1284.1理论基础....................944.2算法推导....................94-954.3算法实现....................95-1004.4信号解算试验....................100-1174.5双陀螺快速解算滚转角速....................117-1194.6双陀螺信号解算试验....................119-1224.7微机械陀螺姿态解算程序V1.0....................122-1264.8本章小结....................126-128第五章多功能微机械陀螺在旋转....................128-1505.1多功能微机械陀螺用于多通....................128-1345.2多功能微机械陀螺用于单通道....................134-1385.3线振动对陀螺信号的影响....................138-1405.4陀螺抗冲击性研究....................140-1495.5本章小结....................149-150结论本文对多功能微机械陀螺及其应用进行了深入地探讨。研究内容

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