电磁悬浮转子微陀螺悬浮稳定性分析

电磁悬浮转子微陀螺(MGELR)是一种新型的角速率传感器,它和传统机械陀螺具有相同的工作机理.MGELR有望成为具有高精度的微陀螺.对于MGELR来说,转子的稳定悬浮是极为重要的.文中对微转子的稳定悬浮进行了全面的研究.详细分析并给出线圈、转子直径、电流幅值、悬浮高度等因素对微转子悬浮稳定性的影响.文中提出边界效应理论来解释微转子偏心所带来的侧向力.试验结果进一步论证了分析的正确性.文章最后得出稳定悬浮所应满足的条件.文章的研究内容为MGELR的结构设计提供理论基础.     

磁悬浮转子微陀螺电容结构设计

为了实现磁悬浮转子微陀螺的电容检测,使用数值积分方法计算了新型磁悬浮转子微陀螺的电容值与转子倾斜角度的关系。计算确定了电容极板尺寸,电容的连接采用了差动电容的连接方式。通过电容检测电路,检测到了小角度输入范围内的陀螺输出信号。检测结果表明:该电容结构对于静态角度输入具有较好的线性响应,该微陀螺原形的电容结构能够检测到的转子倾斜角度可达到0.1°,对应的电容变化约为1 000 aF,满足了微陀螺对电容检测的要求。     

基于陀螺力矩的永磁悬浮转子稳定性分析

为了探讨永磁悬浮转子的稳定性,从能量的角度分析了引入动能后存在稳定悬浮的区域。根据陀螺效应的成因建立了陀螺力矩的解析式,分析了自由转子在受迫进动情况下实现稳定的最低临界转速,同时将该结论引申到受外力矩下的转子稳定的最低临界转速。同时得出了转子参数对临界转速影响的规律:转子绕对称轴的转动惯量越大,转子的临界转速越小;转子绕x轴或y轴方向的转动惯量越小,转子的临界转速越小;转子质量-长度系数越小,转子的临界转速越小。转子的临界转速越小,那么转子越容易达到稳定悬浮状态。     

磁悬浮转子微陀螺的电容检测系统分析和实现

介绍了一种新型磁悬浮转子微陀螺的电容检测方案,其特点是检测定子上径向分布的电容极板和悬浮转子形成差动电容的变化.检测电路为基于相关检测原理的交流电容电桥的方法.电路实现中采用积分电荷放大器作为前置级,对其输出和噪声进行了深入的分析.之后,前置级的输出信号经过低噪声放大器进行放大,再通过带通滤波以及相关解调等电路实现检测系统需要的输出幅值和信噪比.实验证明,实现的检测系统对角度输入有较好的线性响应,角度分辨率达到0.1°,即可检测到的电容变化约为1fF.     

磁悬浮转子微陀螺旋转驱动电路设计

介绍了基于MEMS技术的磁悬浮转子微陀螺的基本原理,重点对旋转的原理进行讨论,给出相应实现方案的指标分析和系统设计,并进行了实验.经过驱动后,微陀螺可以得到3 000 r/min的旋转效果,并对旋转的转速和力矩进行了分析.     

静电悬浮转子微陀螺悬浮控制系统的研究

针对一种新颖的基于MEMS技术的静电悬浮转子微陀螺,提出了悬浮控制系统的原理和设计,并着重对z轴悬浮控制系统的设计进行了分析,建立了Z轴方向悬浮控制系统的数学模型,通过分析扰动力对转子位移的影响,得出PID(比例-积分-微分控制)参数决定动态刚度,通过仿真结果可以看出,采用反馈线性化可补偿系统的负刚度特性,结合变预载控制实现转子的快速准确定位,为后续的旋转和加矩控制提供良好的条件.     

一种新型玻璃基底可用于微陀螺的反磁悬浮结构的设计与制造

主要介绍了反磁悬浮系统的悬浮和稳定的原理以及用作惯性传感器的原理。研究了对反磁悬浮微器件理论。使用ANSOFT的MAXWELL3D有限元软件包分析了反磁转子悬浮微器件的悬浮问题,对于转子的悬浮、稳定和旋转进行了系统的仿真分析,包括受力分析与位移分析。对反磁悬浮微器件的制作工艺进行了研究。对反磁悬浮器件进行了相关实验。     

基于DSP的悬浮转子微陀螺数字幅度解调

在悬浮转子微陀螺中输出的角度检测信号为一经过幅度调制的调幅波形,为了使用数字信号处理器(DSP)读取调制波形中的低频有用信号,需要开发一种数字解调系统。介绍了一种能应用于悬浮转子微陀螺信号检测的基于DSP的数字滤波自相关算法及其实现,使用D/A和异步串行口将解调所得信号输出。使用经低频调制的20 kHz载波信号进行了实验。实验结果表明:该系统可响应的低频角度变化为25Hz,能够满足悬浮转子陀螺信号检测和后续控制的要求。     

基于DSP的静电悬浮转子微陀螺测控系统

开发了一种基于数字信号处理器(DSP)的静电悬浮转子微陀螺的可视化闭环测控系统.该系统是在VC33DSP平台下,采用增量式PID算法控制器,对VC33DSP开发系统的外设A/D、D/A和PCI芯片进行编程应用.具体为使用VC++编写可视化界面,对PCI芯片编程实现DSP与PC之间通信,使用VC33DSP汇编语言编程实现数据的输入输出.经编程测试,增量式汇编函数能够有效运行,为静电悬浮转子微陀螺的悬浮、旋转等检测控制实现奠定了一定的基础.     

磁悬浮控制敏感陀螺转子偏转通道稳定控制方法

为克服强陀螺效应对高速磁悬浮控制敏感陀螺(MSCSG)转子偏转通道稳定性的影响,提出一种基于分散PID结合滤波交叉反馈的数字控制方案.根据洛伦兹力磁轴承支承的转子偏转系统结构特点,建立了MSCSG转子偏转动力学模型;利用所建立模型分析了两径向偏转自由度间的耦合特性,并提出在PID控制器的基础上,引入滤波交叉反馈来抑制径向偏转通道中的陀螺效应;搭建了以DSP和FPGA为核心的数字控制系统,并采用双线性变换将所提出的控制方法进行数字化实现.采用根轨迹法对所提出控制方法的稳定性进行了分析,通过实验比较了引入滤波交叉反馈控制前后转子偏转通道的稳定性.实验结果表明,分散PID控制条件下MSCSG转子在转速为3200 r/min时失稳,而引入滤波交叉反馈后,转子转速升至5000 r/min后仍可稳定运行.实验结果验证了所提出稳定控制方法对强陀螺效应的抑制作用.     

一种新型电磁式微机械陀螺的结构设计与仿真

介绍了一种基于介观压阻效应的新型电磁式微机械陀螺,对陀螺进行了结构设计。该结构采用电磁驱动方式,实现了工作电压小、驱动力大、行程大的要求;采用共振隧穿二极管(RTD)所具有的介观压阻效应检测方式,本质上提高了陀螺的灵敏度。用ANSYS软件对结构进行了模态分析和路径分析,确定了结构的固有频率和RTD放置位置。结合目前工艺要求,对该陀螺进行了工艺设计并实现了结构加工。     

基于共振隧穿二极管的微机械陀螺设计

介绍了一种基于介观压阻效应的新型电磁式微机械陀螺,并对陀螺进行了结构设计。该结构采用电磁驱动方式,实现了工作电压小、驱动力大、行程大的要求;采用共振隧穿二极管(RTD)所具有的介观压阻效应检测方式,本质上提高了陀螺的灵敏度。用ANSYS软件对结构进行了模态分析和路径分析,确定了结构的固有频率和RTD放置位置。结合目前工艺要求,对该陀螺进行了工艺设计并实现了结构加工。     

微机械电子隧穿陀螺仪研究初步研究􀀁

本文提出了根据微机械振动陀螺仪与电子隧道传感器相结合的设想,介绍了该型陀螺仪的工作原理,推导了陀螺仪的运动方程,从理论上阐述了该设想的可行性,仿真结果表明,该陀螺仪较电容检测陀螺仪,其灵敏度可以得到很大提高。     

微机械陀螺仪模态分析

利用计算机软件对有限元法构建的微机械陀螺仪模型进行分析可以掌握其各种参数。根据静电梳状驱动结构,设计符合性能指标的陀螺仪结构,并利用有限元分析法借助ANSYS软件对陀螺仪进行模态分析,从而得出陀螺仪的驱动模态和敏感模态,为已经设计的结构提供分析和修正的参考,从而提高微机械陀螺仪设计结构的品质因数。     

三轴微机械陀螺仪的结构设计与仿真

提出了一种适应国内加工条件的三轴微陀螺仪,依据三轴陀螺的结构和工作原理,利用ANSYS有限元仿真软件对三轴陀螺的设计进行了计算和仿真.在此基础上,通过调节结构参数实现各轴驱动模态与敏感模态固有频率的匹配以提高各轴的灵敏度.最后介绍了加工所采用的工艺.     

微陀螺模态特性的参数化分析方法

模态分析是微陀螺结构设计的重要环节,针对一种采用L形截面悬臂梁支撑的微陀螺结构,提出了参数化的模态分析方法.建立了微陀螺的参数化模型,以VC作为封装ANSYS的APDL命令流的工具,开发了微陀螺参数化的模态分析模块.利用该模块研究了微陀螺模态频率随主要结构尺寸变化的规律,发现对模态频率影响较大的是硅结构的厚度和支撑梁的...     

微陀螺仪特征频率分析及结构参数优化

应用Coventorware软件系统模型的方法对一种振动板式微陀螺仪进行了特征频率分析和结构参数优化,研究了静电压对特征频率的影响。并用有限元分析方法进行了验证,比较了两种方法的差别。