MEMS谐振陀螺实时自动模态匹配控制技术

为了消除温度对陀螺模态匹配的影响,提出了一种实现微机械谐振陀螺在温度-30～60℃内实时自动模态匹配控制方法。驱动模态和检测模态的谐振频率跟温度成线性关系,两轴的谐振频差与温度也成线性关系,该方法以驱动模态谐振频率作为温度参考而获得两模态谐振频差,根据谐振频差实时调节静电调谐电压,使得检测模态谐振频率与驱动模态谐振频率匹配。实验结果表明:检测谐振频率和驱动谐振频率在温度-30～60℃范围内,匹配误差不超过0. 3 Hz,验证了该方法的可行性、匹配精度,同时证明本文所采用的开环控制方案的有效性。     

硅微机械谐振式陀螺仪的技术研究

介绍了硅微机械谐振式陀螺仪的工作原理,设计了一种新型微机械谐振式陀螺,并用有限元方法进行了仿真,制造了一批样机,进行了初步的驱动特性实验.结果表明,该微机械谐振陀螺仪实际驱动模态的谐振频率与仿真值的最大误差小于6%,满足设计要求.     

MEMS陀螺振动特性试验技术

对于MEMS振动陀螺来说,找到一个快速有效的方法来评估其结构参数是非常重要的,比如谐振频率和阻尼系数,应根据微机械陀螺设计和制作的不同阶段,从测试精度、测试速度和试验方便程度等方面考虑,采用不同的方法进行动态试验。本文给出了一种能够判断MEMS器件振动特性的可靠的电测试系统,并通过分析和实验比较了几种微机械陀螺振动系统传递函数的快速测定方法,分析讨论了微机械陀螺振动系统测试方法和数据处理等问题。     

静电梳齿微谐振器结构参数化设计

从理论上分析静电梳齿微谐振器的机械力学特性,给出了活动梳齿的横向谐振频率解析解。鉴于目前静电微谐振器模拟仿真中存在的问题,提出利用基于MAST语言实现的MEMS宏模块建立微谐振器系统级通用仿真模型,为验证外围电路提供了基础。仿真结果与理论模态分析相一致,验证了模型的有效性。通过谐振频率对结构参数的敏感性分析为优化谐振器性能提供基础,使工作模态远离其他高阶模态;合理安排激励电极,抑制一阶模态扰动。敏感性仿真表明:在横向振动微谐振器中,工作模态谐振频率随梁长的增加而减小;随梁宽的增加而增大;结构层厚度对横向振动频率没有影响;梳齿部分所有参数的变化造成频率的反向变化。     

基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计

针对压电微固体模态陀螺的信号采集与算法要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的兼具高精度高采样频率的陀螺数字检测系统.介绍了该系统的原理与实现方法.FPGA主控芯片选择XC6SLX25,ADC选择AD7960芯片(18 bit,5MSPS).经试验验证,制作的样机可以同时采集三路输出信号,并实时处理传给上位机显示.测得陀螺共振频率稳定在349.89 kHz,上下波动范围8Hz,参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004 V.检测系统稳定,具有较高精度.研究的数字化检测电路能很好地应用于MEMS微陀螺检测信号的处理,提高MEMS微陀螺的稳定性和抗干扰性.     

MEMS陀螺仪驱动谐振频率的温度补偿方法

微机电系统(MEMS)陀螺的模态谐振频率和品质因子具有较强的温度敏感性,使得MEMS陀螺的输出零偏随温度漂移。为了解决零偏随温度漂移问题,提出了一种基于MEMS微机械陀螺的驱动谐振频率做温度基准的零偏温度补偿方法。温度在-40～60℃范围内变化,经多次循环测量陀螺零偏,获得零偏与温度之间的变化关系,并在此基础上,对零偏进行建模分析。利用谐振频率与温度的线性关系,以驱动谐振频率为温度参考,对陀螺零偏进行实时温度补偿。实验结果表明:上电零偏稳定性由补偿前的143. 81°/h变为补偿后的26. 51°/h,降低了5. 42倍;温度在-40～60℃范围内变化,补偿前后的零偏稳定性分别为1368. 05°/h和62. 86°/h,降低了22倍。     

一种Z轴微机械陀螺的自解耦方法研究

在分析了微机械陀螺机械耦合误差产生原因的基础上,提出了一种解耦梁方案,可以从结构上消除振动式微机械陀螺敏感模态对驱动模态的耦合影响;基于该解耦梁方案设计了一种新型的Z轴微机械陀螺结构.分析表明,该陀螺结构消除了敏感模态对驱动模态的耦合影响,实现了解耦设计的目的.     

基于模糊控制的MEMS陀螺仪数字驱动闭环设计

提出了基于模糊控制的微机电系统(MEMS)陀螺驱动闭环设计的方法,介绍该方法在MEMS陀螺驱动模态的应用,并在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现。模糊控制属于智能控制的一种,具有很强的鲁棒性、稳定性和非线性系统的控制能力。主要在于基于模糊控制的MEMS陀螺数字驱动闭环的方法,将陀螺驱动信号在FPGA的内部处理。由坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法产生驱动及解调正弦波信号,驱动模态位移信号经过解调和低通滤波后,再由模糊控制对幅值进行恒定控制。实验结果表明:该设计方法能够使MEMS陀螺仪稳定工作在谐振状态下,幅值基本保持恒定,数字驱动闭环的响应信号幅值抖动精度可达到51×10~(-6)。     

硅微陀螺模态频率温度特性的研究

硅微机械陀螺的零位输出受温度影响较大,为提高精度,对其进行温度误差补偿很有必要,而陀螺表头真空封装后内部温度难以直接测量.通过研究模态频率与温度之间的关系,发现驱动轴谐振频率与温度之间存在很好的线性相关性,同时具有很好的温度重复性.由于谐振频率的精度很高,所以用谐振频率测量温度会有很好的分辨率.因此,可以利用驱动模态的谐振频率来标定陀螺表头内部的温度,为下一步的温度补偿提供新的方法.     

电容式MEMS器件模态频率的电学测试方法研究

针对电容式MEMS器件,提出了一种基于调制解调原理的模态频率测试方法,详细介绍了该测试方法的测试原理和测试系统的组成。利用Ansys对某插齿式微加速度计进行了模态仿真分析,分析得到的模态频率为3 941 Hz,利用该测试方法对该微加速度计进行模态频率测试,得到的测试结果为3 440Hz。仿真与测试得到的结果接近,验证了该测试方法的有效性,产生偏差的主要原因可能是制造过程中的加工误差。     

基于改进PSO算法的嵌套环式微陀螺结构优化设计

摘要：改变嵌套环陀螺的结构设计会引起陀螺性能发生很大的改变,但由于其结构复杂,参数众多,导致陀螺在仿真过程中计算量过大,难以探索陀螺多参数变量对陀螺性能的影响规律,针对这一问题提出了一种基于改进PSO算法的嵌套环陀螺结构优化设计方法。该方法在传统PSO算法寻优的基础上,引入极值扰动来避免算法陷入局部极值,并针对嵌套环陀螺进行了一定的条件约束,解决了多参数在总和固定情况下的优化问题。改进后的优化算法以机械热噪声为目标函数,在波音设计的陀螺模型基础上对其间隙分布进行了优化实验,并与未优化前进行了性能对比,结果表明,改进后的优化算法使嵌套环陀螺性能显著提高,结构优化设计更加高效简洁,适用于嵌套环陀螺进行各种多参数的优化问题。     

提高力反馈速率陀螺动态特性的优化设计

陀螺带宽窄将影响系统的动态特性.本文采用比例-积分控制和迟后-超前网络相结合的校正方法,通过优化校正网络的参数、合理配置零极点、设计控制回路,使陀螺系统的带宽提高到150 Hz、输出噪声小于10 mV.并通过仿真验证了控制回路设计的合理性.     

基于个人偏好的多目标优化问题目标权重计算方法

针对多目标优化过程中如何根据个人偏好确定各目标权重的问题,提出一种约束优化方法以获得各目标的最佳权重.首先,将目标权重计算问题转化为综合适应度最大方差计算问题;然后,将个人偏好转化为最大方差问题不等式约束条件;最后,利用遗传算法和梯度投影法求解约束优化问题以获得最佳的目标权重.在电力机车故障维修策略决策过程中应用该算法计算各部件经济性、安全性等目标权重,实验结果验证了所提出方法能够获得满足个人偏好的最佳目标权重.     

Fuzzy goal programming with multiple priorities via generalized varying-domain optimization method

This paper proposes a generalized varying-domain optimization method for fuzzy goal programming incorporating multiple priorities. According to the three possible styles of the objective function, the varying-domain optimization method and its generalization are corresponding proposed. In contrast to the previous method, the proposed method can make that the higher priority achieving the higher satisfaction degree. In this way, the decision-maker can get the optimal solution as well as guarantee the priorities of the multiple objective optimization problem. We demonstrate the power of this proposed method by three illustrative examples and a practice application.     

双频率调制光纤陀螺中阶梯波实现的研究

在双频率调制的谐振式光纤陀螺中,要求阶梯波易于控制且具有较高的精度,本文针对此,提出了一种实现方案,详细阐述了如何求解单个阶梯波的台阶高度、个数和组合方式,以及如何形成两种频率组合的阶梯波,最后在DSP上进行了方案的验证.     

一种具有全局快速寻优的多学科协同优化方法

针对协同优化算法迭代次数多、易收敛于局部极值点问题,提出一种全局快速寻优的协同优化算法。在系统级一致性等式约束中采用改进后松弛因子,改进动态松弛因子使优化设计点快速收敛于极值点,静态松弛因子使优化设计点跳出局部极值点,确保系统目标函数得到全局最优解;子学科目标函数由一致性目标函数和子学科最优目标函数两个部分以不同权重相加组成,考虑一致性的同时,又兼顾子学科独立性。采用减速器优化案例对改进协同优化算法进行验证。仿真结果表明,改进后算法在保证最大约束值较小的前提下,可快速得到全局最优解且鲁棒性好。     

硅微陀螺带通ΣΔ闭环检测环路设计

本文研究了SDM调制器在陀螺闭环检测中的应用,主要针对其闭环检测的结构设计和参数获取作了相应的研究和阐述。硅微机械陀螺敏感模态为二阶模态,基于SDM调制器的设计原理,结合DSToolbox来设计整个闭环检测电路,得到闭环检测电路的结构和参数。最终仿真得到的闭环检测系统的信噪比达到了106 dB。在量程为±200°/s,带宽为200 Hz时,分辨率可以达到0.001°/s。     

Taguchi方法混合ABC算法的车辆部件优化设计

针对车辆部件的结构设计制造优化问题,提出了基于Taguchi方法的混合鲁棒人工蜂群算法（HRABC）。采用Taguchi方法生成了目标函数的方差分析（ANOVA）表,根据ANOVA表寻找到设计变量的合理区间,并根据这些区间定义人工蜂群算法的鲁棒初始种群;利用基于目标函数的多个设计变量的影响提取人工蜂群算法的解空间,从而得到优化结果。在车辆部件结构设计优化及多刀具铣削优化问题上,验证了所提算法的有效性及鲁棒性。分析结果表明,与几种常用的优化算法相比,在收敛速度和有效性方面,该HRABC算法具有最好的优化效果。     

基于网络数据库的陀螺仪性能评测系统

介绍了通过现代化管理手段对陀螺仪装配进行管理，并采用网络数据库管理陀螺仪测试数据的陀螺仪性能评测系统，摆脱了原来陀螺测试的单机操作、手工记录的方式．优化了生产管理流程，能够提高陀螺仪的质量。     

基于正则化的混合准则放疗规划模型的改进

针对调强放射治疗中基于等效均匀剂量线性目标函数的物理生物混合准则模型的不足,利用正则化理论构造了最大函数的平滑和凸正则化函数,改进了基于等效均匀剂量线性目标函数的混合准则放疗规划模型,解决了原模型限制优化算法寻优能力和难以确定梯度算法步长的问题。实验证明,该方法可以在保证相似靶区剂量覆盖特性的前提下,更好地保护危及器官,提高了放疗计划质量。