双框架硅微型机械振动陀螺仪鲁棒控制研究

以内框驱动式双框架硅微型角振动机械陀螺仪为对象,建立了闭环力平衡控制模型,采用鲁棒H∞控制理论中的混合灵敏度法设计了鲁棒控制器。仿真结果表明,同开环微机械陀螺相比,通过合理选择加权函数设计出的鲁棒H∞控制器能使微机械陀螺对敏感轴固有频率摄动敏感性显著降低,微机械陀螺鲁棒性能显著提高。     

A new probe for atmospheric electric field mill

介绍了一种由大气电场采集部分、前置放大电路和相敏检波电路构成的差动式大气电场仪探头的设计。采集部分采用了由双定子构成的差动输入电路,使精度提高一倍;前置放大电路部分由I-V转换电路、差分放大电路和次级放大电路构成;相敏检波电路用于检验电场的极性。经过Multisim仿真,得到了较为理想的仿真结果,证明了设计的有效性。     

磁力轴承中电感位移传感器的研究

为提高磁力轴承控制系统中传感器的抗干扰和灵敏度等性能,设计了电感式传感器的机械结构及硬件电路,在硬件电路中采用恒流源激励、相敏检波电路进行检测信号的测量。实验结果表明：所设计的传感器具有较好的线性度和灵敏度,完全适用于磁力轴承系统。     

压电电极对圆杯形陀螺振子振动特性影响分析

压电电极作为圆杯形谐振陀螺的驱动及检测换能器,直接影响振子的振动特性及陀螺性能.针对合金振子的振动特性,建立了压电电极的机电耦合模型,通过有限元方法重点分析了不同结构尺寸的压电电极对谐振子谐振频率、频率裂解、输出增益及等效应力的影响,得到了优化结构参数(8 mm ×2 mm×0.3 mm),并进行了试验验证.结果表明:电极结构变化对谐振子的谐振频率和频率裂解的影响都很小,分别在10 Hz和2 Hz以内,而对输出增益和应力的影响随长、宽、厚有规律变化.研究工作为陀螺电极设计、陀螺性能提高提供了依据.     

一种栅型结构微机械陀螺的研究

介绍了一种新型结构微机械陀螺的设计及制作。新型陀螺的驱动振动和敏感检测振动的阻尼均为滑膜阻尼，且几乎相同，惯性质量块为栅型结构，由弹性悬臂梁支撑，驱动固定电极和敏感检测固定电极位于惯性质量块下方。分析了新型陀螺的工作特性，说明了陀螺结构参数对陀螺灵敏度的影响，实验结果表明，大气状态下，新型栅结构微机械陀螺的驱动和敏感检测品质因子Q均可达到66。     

一种压电陶瓷驱动电源的设计

快刀伺服加工技术在光学模具的精密制造中具有许多优势,而压电陶瓷驱动电源则是快刀伺服加工系统中重要的一环。针对快刀伺服系统的加工需要,设计了一种压电陶瓷驱动电源。该驱动电源以单片机为控制器,经过数模转换和低通滤波电路后,通过放大电路将信号放大,实现对压电陶瓷位移的控制。对线性放大电路进行了分析,通过对开环输出电阻的设置以及相位补偿,保证线性放大电路在驱动大容性负载时保持良好的稳定性。     

低电平高精度同步相敏检波开关

本文研讨用于自动控制系统及其自动装置中低电平频率较高的正弦载波高精度同步相敏检波开关和信息的最佳传递问题。首先提出精密模拟开关的基本要求,进而导出精密对称双平衡情况下(相同电路结构,幅值相等、间隔相等的双通道参考方波,相同性能理想的双通道开关,正负相等增益的差分输入滤波器)。同步相敏检波开关——差分输入滤波器的传递函数;从系统的敏感度与精确度的观点出发,用对数敏感度理论导出开关系统主通道一次变分的敏感度函数,并对信息传递精确度作了简要分析,提出精密对称双平衡高精度同步相敏检波开关系统信息最佳传递条件。文中最后给出两种典型低电平高精度同步相敏检波开关电路作了说明。     

航空火控系统软件速率陀螺分析

主要研究了航空火控系统软件速率陀螺的组成和工作原理.航空火控系统软件速率陀螺是通过对载机的航姿角进行数值微分和坐标转换等数学方法计算出来载机角速度,对角速度计算工作式、姿态角信号变换电路及计算机处理的软件预编程序等进行分析.采用软件速率陀螺其故障率、可维护性、寿命、体积、重量及功耗等方面大大优于硬件陀螺,从而增加角速度测量的余度,提高其可靠性.     

基于LabVIEW的三维静磁场计微弱信号检测系统

针对一种新型基于压电悬臂梁驱动器结构的三维静态磁场计,介绍了基于LabVIEW的测量微弱交流信号的检测系统.该检测系统包括高增益的前置运算放大器电路和信号处理2个部分.在虚拟仪器平台上利用LabVIEW设计了包含相敏检波的信号处理方法.实验结果显示:该检测系统具有很高的磁场检测灵敏度,在31μT的范围内,具有10 nT的分辨率和1%的线性度.该检测系统同样适用于其他微弱传感器信号的检测.     

电容式环形微机电振动陀螺的设计

针对环形振动陀螺结构对称、模态特性参数相同与抗干扰特性好的特点,提出了一种新型的电容式环形微机电振动陀螺。设计了S形弹性支撑梁形式的硅基环形振动陀螺敏感结构,并仿真分析了陀螺的工作模态与幅频响应特性。根据环形振动陀螺的动力学特性,研究了陀螺的机电接口形式与硅基电极的设置方法,建立了硅基电极的电学参数模型与陀螺的角速度敏感模型。基于深离子刻蚀技术设计了简单可行的传感器制备流程,并成功制备了陀螺的敏感结构。实验测试结果显示,该环形微机电振动陀螺驱动与检测模态的谐振频率分别为9 028.86Hz与9 036.15Hz,品质因数分别为25 051与25 026,标度因数为0.589 7mV/((°)·s~(-1))。实验结果验证了陀螺设计与研究方法的正确性,为高性能硅基微机电陀螺的研制提供了一种可行的方案。     

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

基于高频振动切削原理 ,设计了一种振频 2 0± 1KHz、振幅 2 5 μm的新型超声轴向振动钻削装置 ,该装置由数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器、轴向半波长圆柱型压电陶瓷换能器、半波谐振圆锥型变幅杆以及工具系统组成 ,可在软质材料上实现微细深孔的精密、超精密加工     

非共振式压电直线电机精密驱动及定位控制

为实现光机结构、集成电路等领域中大行程及高精度的位移控制,利用较为适用的非共振式尺蠖型压电直线电机,基于高压功率运算放大器,设计了非共振式压电直线电机的精密复合放大驱动电路,通过理论分析及实验得到的伯德图验证了驱动电路的分辨率和幅频特性。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心处理器,以光栅尺为反馈元件,通过分析非共振式压电直线电机的多种运行模式,根据直线电机的运行时序,设计完成了开环大范围整步运行模式与闭环小范围单步运行模式相结合的控制策略,在单步运行模式中分别设计完成了PID控制算法及PID与压电陶瓷迟滞逆模型前馈相结合的复合控制算法。实验结果表明,该控制策略能够实现大行程内的精密位移控制,复合控制算法具有比PID更加优越的控制效果,能够在21mm大行程内实现1.5nm的闭环定位控制精度,直线电机的最大驱动力可达300N,满足大行程高精度位移控制的应用需求。     

一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型,并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计,然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析;采用齐次变换法,建立该机构位置正反解表达式,得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系,并进行有限元软件的加载试验,验证正、反解结果;根据设计原理,得出该精密平台的原理误差,计算出功能方向与非功能方向的位移误差,同时对比输出位移和误差大小,用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦,结构紧凑,控制方便的特点,具有较好的应用前景。     

采用双晶片驱动的棒板结合式压电驱动器设计

设计制作了一种采用双晶片压电陶瓷结构的棒板结合式压电驱动器.和瓷片分别粘接在青铜定子的上下两侧.定子上的金属圆柱体被用来放大振动的横向位移,并对金属棒状的转子进行激振,使其旋转.利用有限元分析(FEA)对定子进行了分析,发现在同样的驱动模式下,与传统的单片陶瓷片驱动器相比,该驱动器可以提供更多的横向和纵向的振动位移,大约提高25%左右.这种新结构也可避免不同振动模式之间的模态耦合现象,并产生理想的振动模态,以提高驱动器的运行稳定性.实验表明,驱动器在25 Vo-p低电压下可以提供512r/rain的转速,而单片陶瓷驱动器在该电压下不能工作.这种压电驱动器可以经过优化和调整来满足不同的实际应用,如精确定位仪器,生物工程和光聚焦系统等.     

振弦式陀螺频率检测结构设计与振动分析

针对微陀螺高精度和微型化的发展趋势,依据振弦式陀螺的工作原理建立了振弦式陀螺频率检测数学模型;应用ANSYS软件分析了陀螺检测结构参数影响,优化了振弦式陀螺整体结构并建立了振动响应仿真分析.结果表明振弦式陀螺驱动结构振动响应随着驱动力的增大,驱动响应位移量也随之增大,且驱动力与位移量之间具有很好的线性关系,可以很好地控...     

磁流体动力学陀螺仪的结构设计与实验研究

磁流体动力学陀螺仪不存在传统陀螺仪的机械磨损和光学陀螺仪寿命易受光学器件制约的缺点,因而具有高精度、宽频带、长寿命的特点,此外还具有抗冲击、体积小、重量轻等综合性能。该传感器不但在惯性导航中表现优异,同时在卫星微角振动测量及寻北等领域也具有广阔的应用前景。通过对磁流体动力学陀螺仪基本工作原理进行简要分析,对简化模型进行了推导,并提出一种磁流体动力学陀螺仪的结构设计方法;对磁路进行仿真,获得工作间隙处磁感应强度分布,并代入磁流体仿真环节;对流动进行仿真,同时对样机进行标定实验,可得出标定过程的仿真与实验间差值的平方和均值的开方为5.69 m V,非线性度为0.6%,表明通过研究导电流体的流动过程进而分析该陀螺仪的性能是十分必要的,并证明了磁流体动力学陀螺仪具有良好的发展前景。     

低温环境下MEMS动态测试系统

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统.对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究.采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行.研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励.采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机;另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测.以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化.对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述.     

基于压电陶瓷的新型尺蠖式微位移器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,基于尺蠖运动原理设计了一种高精度定位的微位移器。本文详细介绍了这种新型尺蠖式微位移器的设计过程。针对当前压电陶瓷驱动电源不能将断电后的压电陶瓷中的电荷放出的缺点,本文所设计的新型放电电路使其放电时间达到毫秒级。通过加入这个放电电路,压电陶瓷将能更快的恢复原形,提高了压电陶瓷的运动精确性。     

硅微陀螺仪高精度数字化相敏解调ASIC

为了抑制相敏解调引入的闪频(1/f)噪声,实现硅微陀螺仪的高精度片上数字化输出,设计了一种基于sigma-delta模数转换器的相敏解调ASIC。首先,提出了一种量化硅微陀螺仪驱动及检测载波信号的低闪频噪声数字化方案,建立了sigma-delta模数转换器的系统级分析模型,并利用Simulink完成了基于谐振器级联前馈(CRFF)结构的三阶sigmadelta模数转换器系统级设计。其次,研究了sigma-delta模数转换器的电路级实现方法,在Cadence IC平台上完成了包括低噪声开关电容积分器、加法器及1bit高速量化器等模块的晶体管级电路设计与验证,并采用AMS 0.35μm工艺进行了流片。实验表明:该sigma-delta模数转换器具有三阶噪声整形功能,在硅微陀螺仪的工作频率处(6.4kHz)量化噪声小于200nV/Hz1/2,等效精度位数为12。硅微陀螺仪数字化输出角度随机游走0.012(°)/h1/2,Allan方差零偏不稳定性为0.34(°)/h,零偏稳定性(1σ)为0.94(°)/h,满足高精度硅微陀螺仪的数字化精度需求,并提高了整表集成度。     

微流挤出成形工艺中新型挤出结构的研究

微流挤出成形工艺是基于陶瓷3D打印技术的兴起而出现的一种新兴制造工艺,其具有微米级高精度的特点,适用于高精度陶瓷制造领域.而在微流挤出成形工艺中,挤出结构设计是提高陶瓷零件成形性能的关键因素,将直接影响到成形能否顺利进行.在比较了几种目前国内外使用较为广泛的陶瓷3D打印挤出结构后,提出了一种以微型螺杆泵为核心部件的新型...