微机械振动陀螺模态耦合误差分析与激光修形方法研究

较大的模态耦合误差严重影响陀螺仪的零偏稳定性。研究了一种微机械振动陀螺仪的模态耦合误差形成机理,仿真分析了结构加工误差对模态耦合误差的影响规律。仿真结果表明:振动结构支撑梁上的加工误差是引起结构刚度不对称并产生模态耦合误差的主要因素,在与该加工误差对称的位置去除相应的材料可以减小甚至消除模态耦合误差。采用紫外激光微细加工技术,对微陀螺样机进行了结构平衡实验,激光修形后在没有输入角速度时,微陀螺样机模态耦合误差信号的峰峰值从2.88 V降低到0.24 V,取得了明显的修形效果。     

基于光纤陀螺仪的信号补偿

光纤陀螺仪是目前广泛使用的一种惯性仪器, 但在使用过程中仍然会遇到有很多问题. 光纤陀螺仪在使用过程中由于光纤陀螺仪内部元器件构造、材料的使用、以及元器件的精度等因素, 会产生一些误差, 如启动温度、零漂、刻度因子等. 同时在使用的过程中受外界的环境干扰也会使光纤陀螺仪产生误差, 如受外界的振动, 环境温度变化等. 通过分析研究光纤陀螺仪的原理和输出信号, 建立误差补偿模型, 对误差进行补偿分析. 应用分段平均选点法补偿了由于温度变化在信号中产生的线性趋势项, 以及使用平滑滤波算法对光纤陀螺仪输出信号进行     

高精度激光干涉条纹细分系统

在激光干涉测量中,通常以相位差为90°的两路信号进行辨向计数和细分,而在这两路信号中普遍存在着非正交误差、不等幅误差和直流电平漂移误差,这些误差的存在严重地影响了测量结果的精度。因此,设计了以C8051F单片机为核心的电路补偿模块,采用以Heydem ann模型为基础的误差修正方法,对以上3种误差进行了动态补偿,进而实现了纳米级精度的位移测量。     

双框架式硅微陀螺仪正交信号分析

推导了内驱动,外检测双框架式硅微陀螺仪驱动和检测模态的运动方程.在此基础上,利用弹性主轴原理,推导了内外框弹性主轴偏转产生正交信号与敏感信号的比值表达式.同时还推导了外驱动,内检测双框架式硅微陀螺仪在内外框弹性主轴偏转产生正交信号与敏感信号的比值.分析表明,在相同情况下,前者的正交信号要远大于后者.最后测定了这两种框架式硅微陀螺仪的正交信号,大小分别为2 380.1(°)/s和376.3(°)/s,印证了理论的正确性.     

一种新型解耦陀螺的结构及电路设计

提出了一种新型的静电驱动微机械陀螺结构,采用两组对称的梳齿结构作为驱动电极,同时采用中央质量块栅格和另外一组梳齿两种结构检测感应模态的振动.该结构阻尼系数小,可达到较高的测量分辨率和准确率.本文采用解析方法和有限元法分析了该结构的振动阻尼特性、机械解耦和噪声特性以及梳齿结构的电磁学特性.提出了该结构的驱动电路和信号检测电路,并对电路特性进行了仿真分析.     

微机械陀螺的误差抑制电路研究

分析了微机械陀螺的正交误差和同相误差的来源及特点,提出了利用静电力反馈控制来抑制误差的技术方案.该方案利用反馈静电力在检测模态上产生等效电刚度和电阻尼,从而影响陀螺仪驱动和检测模态之间的刚度和阻尼耦合系数,进而抑制误差.为实现误差抑制设计了带有反馈校正环节的闭环检测电路并完成了仿真,仿真结果表明校正环节能够使系统的幅值和相位裕度达到25 dB和36.5°.对微机械陀螺进行频谱分析和性能测试比较,结果表明闭环检测情况下,误差量较开环测试减小了50%,标度因子的非线性度从2.89%减小到1.47%、带宽增加了15 Hz、零偏稳定性提高了1.3倍.     

硅微陀螺仪闭环正交校正研究

针对硅微陀螺仪中正交误差的来源进行了分析,设计了一种基于正交校正电极的闭环控制回路。该电路通过正交校正电极产生静电耦合刚度,以此来抵消结构耦合刚度,从而抑制正交误差。给出了设计方案的原理框图,利用Simulink对整个控制回路进行仿真,仿真结果表明该方案能够较好地抑制正交误差。对加入正交校正前后的硅微陀螺仪样机进行了测试,实验结果表明加入闭环正交校正后,陀螺仪样机的正交误差信号已基本消除,零偏稳定性较校正前提高了一倍以上。     

基于改进卡尔曼滤波的陀螺仪误差补偿算法

针对基于卡尔曼滤波的MEMS陀螺仪误差补偿算法中量测噪声方差选取不准确的问题,提出一种基于改进卡尔曼滤波的陀螺仪误差补偿算法.卡尔曼滤波通常采用统计特性估计得到固定的量测噪声方差,无法自适应地估计不同环境下陀螺仪噪声特性.该算法将卡尔曼滤波与神经网络相融合,使用卡尔曼滤波新息矩阵作为神经网络输入,通过神经网络得到新息协方差矩阵,以此自适应地估计卡尔曼滤波量测噪声方差.将该算法应用到陀螺仪信号误差补偿中,使用Allan方差分析法对原始信号以及误差补偿后的陀螺仪信号进行分析,实验结果表明该算法能够有效地抑制陀螺仪随机误差,提高MEMS陀螺仪的精度.     

MEMS传感器误差建模技术研究

本文针对MEMS传感器存在的随机误差和确定性误差进行建模,运用Allan方差理论对MEMS传感器信号进行了定量分析,同时考虑传感器各轴的不正交特性,构建确定性误差校正模型,实现对误差的快速消除,通过构建的随机误差系数和确定性误差校正模型,可以正确评价陀螺仪的性能指标,构建的误差模型可用于导航算法传中感器误差的消除.     

壳体加速度对硅微角振动陀螺仪性能的影响

分析了壳体加速度对硅微角振动陀螺仪性能的影响,导出并分析了不平衡摆性误差和正交不平衡误差。     

驱动微梁形状对微陀螺仪耦合误差的影响分析

为研究微陀螺驱动微梁在加工误差下的微梁形状变化对正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响,建立了驱动微梁在对角线梁宽误差下的有限元分析模型,采用有限元仿真分析和解析计算相结合的方法研究了U型梁一端梁长的变化对微陀螺正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响.研究发现,当U型梁一端的梁长为另一端长度的二分之一左右时该类加工误差会引发非常严重的正交耦合误差和模态耦合现象,并对检测信号产生极大影响;当U型梁退化为直梁或者为等长梁的时候,对检测信号的干扰很小、正交耦合误差为零、模态耦合程度最小,而且两者的变化规律呈现正相关.适当地加大单自由度微陀螺驱动模态和检测模态的频率差不仅可增加微陀螺的带宽还可减小耦合的影响.     

微型半球陀螺仪的误差源研究

讨论了微型半球陀螺仪特有的一些误差源,主要有感测电路上的量测误差、电极与薄壳间电容的非线性效应误差、温度变化所引发的热漂移、线加速度所引发的误差以及非对称结构和非对称阻尼误差等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

振动式微陀螺正交误差自补偿方法

微陀螺正交误差会影响陀螺的零偏稳定性,为了提高微陀螺的性能,必须减小正交误差。针对正交误差处理中存在的问题,推导了包含交叉耦合误差效应的驱动模态和检测模态的动力学方程,研究了交叉耦合误差引起的正交误差表达式,提出了一种正交误差闭环控制自补偿方法。通过将经正交误差幅值调幅控制的驱动位移信号闭环反馈作用到检测模态的输出,实现正交误差的自补偿。制作PCB电路测试了微陀螺的性能。正交误差自补偿后微陀螺零偏输出均值从778 mV减小到了2 mV,零偏稳定性从75°/h提高到了34.5°/h。实验结果表明,此方法是可行的。     

转子圆度误差对四自由度AMB的稳定性影响

主动磁悬浮轴承(Active Magnetic Bearing, AMB)对转子的加工精度要求很高,圆度误差是转子加工中常见的误差,但是前人的工作中关于圆度误差影响的研究很少。建立了四自由度AMB的数学模型,分析了圆度误差对力-电流系数和力-位移系数的影响,推导了四自由度AMB的闭环特征方程。通过闭环特征方程的性质,分析了圆度误差对四自由度AMB稳定性的影响,通过仿真和实验验证了上述分析的正确性。研究结果表明,过大的圆度误差会使四自由度AMB系统不稳定,但通过选取合适的PID参数能够使系统恢复稳定。     

数控加工中加工误差预测模型的研究

提出了一个在球头端铣加工中预测复杂曲面加工误差的理论模型.在理论模型的基础上,计算出了曲面各个部分的由刀具变形引起的加工误差.对影响加工误差的诸如切削模式、铣削位置角、曲面几何形状等各种切削状况进行了研究.最后,使用加工中心,在各种加工状况下.通过一系列实验对理论模型进行了验证.并利用计算机图形学工具对二者进行了建模仿真,结果显示理论值与实验值非常吻合.恰好证明了趣论模型在预测表面加工误差方面的适应性非常好.     

Improved prediction of stability lobes in milling process using time series analysis

In this paper, a new method is presented for prediction of cutting forces, surface texture and stability lobes in end milling operation based on time series analysis. In the approach, an equivalent damping ratio is defined for the cutting zone while the damping ratio of non-cutting zone is determined by experimental modal analysis. Using correlation dimension criterion, the simulation and experimental force signals are compared to anticipate the value of process damping by assessing the variation of correlation dimension for both signals. The effect of cutter deflections and run out are taken into account. Moreover, the stability lobes are predicted by considering the variation of process damping with cutting conditions. The feasibility of the proposed algorithm is verified experimentally for machining of Aluminum 7075-T6. Comparison of experiment results against simulation results indicates that the improved model can accurately predict cutting forces, surface texture and stability lobes for low radial immersion.