磁悬浮转子微陀螺中转子微加工方法的研究

微陀螺是微小卫星、微飞行器等装备中不可缺少的惯性器件,磁悬浮转子陀螺能克服机械支承和定位的摩擦,使之可以达到普通陀螺的精度要求。本文介绍了磁悬浮转子微陀螺的基本原理,根据产生电涡流、保持稳定悬浮和旋转的需求,对转子进行了设计,对比研究了溅射、蒸镀、冲压等三种加工微转子的方法,悬浮试验证明冲压铝箔法制备的转子能够满足微陀螺的要求。     

磁悬浮转子陀螺的研究进展

悬浮转子陀螺具有精度高的潜在优点,并可同时测量二轴角速度和三轴加速度.它可分为静电悬浮转子与磁悬浮转子陀螺两种类型.本文就国内外研究的磁悬浮转子陀螺的各种结构及其工作原理、工艺和性能特点进行了阐述,特别是对磁悬浮转子微陀螺发展的最新进展作了较详细的介绍.     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。     

非线性强陀螺效应磁悬浮转子的解耦控制

针对磁悬浮控制力矩陀螺径向磁悬浮转子强非线性、强陀螺效应耦合对系统稳定性的影响,建立了磁悬浮转子多通道非线性动力学模型与功放模型,分析了磁悬浮转子系统的强陀螺效应耦合性,提出了一种考虑功放环节的α逆系统结合滑模控制器的解耦控制方法,并对其进行了仿真试验。结果表明,该方法对磁悬浮转子系统有良好的解耦效果与鲁棒性。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的优化设计

介绍了一种磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)的结构,其中陀螺转子的额定角动量为200N·ms.利用多学科设计优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS,以质量为优化目标,以静力学、动力学和其他要求同时作为约束条件,对永磁偏置混合磁轴承支承的5自由度高速盘形转子(额定转速为20 000 rpm)进行了优化设计.通过优化设计,其静强度安全系数由原来的2.39提高到2.63,提高了10%;转子质量由15.032 kg减小为13.972 kg,减少了7.1%.为满足控制系统对共振频率的要求,转子的弹性一阶共振频率为1 313 Hz(动力学).     

微框架效应磁悬浮飞轮转子轮缘优化设计

基于由磁阻式锥形磁轴承和洛伦兹力磁轴承组成的五自由度微框架磁悬浮飞轮,对转子轮缘进行了优化设计.根据飞轮转子结构特性,提出以质量为优化目标,对轮缘质量、极转动惯量和一阶共振频率等进行理论分析和研究,确定了优化变量.应用优化设计软件iSIGHT集成有限元分析软件ANSYS,采用序列二次规划算法,以一阶共振频率、极转动惯量、最大等效应力、极惯性矩与赤道惯性矩之比等作为约束条件并考虑轮辐根数对轮缘质量的影响,对轮缘进行了优化计算,得到了相关变量的最优化结果.结果表明,其他变量最优、轮辐根数为3时,轮缘具有最小质量为2.036 kg,比初始质量2.226 kg减小了8.54％.提出的优化方法提高了转子设计的合理性和效率,对飞轮系统整体优化设计具有重要意义.     

磁悬浮转子系统演示装置的研制

磁悬浮转子系统是磁力轴承的一个典型应用。介绍了一种科普用磁悬浮转子系统演示装置的基本结构、控制原理，并给出了基于MATLAB的径向磁力轴承的控制方案和仿真结果。     

静电悬浮转子微陀螺微位移信号检测系统的设计

为实现对悬浮转子微陀螺转子五自由度的测量,提出了一种频分复用的微位移检测原理,主要介绍了多频率信号发生器,前置放大器,锁相放大器组成的测试系统,设计了一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。实验和分析结果表明,该电路能实现多自由度微位移检测,设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0．005821Hz,相位分辨率可以达到0．006rad,检测轴向灵敏度为1．34V／μm,检测径向灵敏度为0．092V／μm,测量电路的轴向位移分辨率为0．45nm,径向位移分辨率为6．6nm,转角的分辨率为0．25μrad,位移检测电路的分辨率,灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。     

基于α阶逆系统的两自由度主被动磁悬浮转子解耦控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)磁轴承两径向平动自由度之间存在较强耦合的问题,提出采用α阶逆系统方法对主被动磁轴承系统进行解耦控制。首先,根据主被动磁轴承的结构特点,建立了主被动磁悬浮转子径向通道平动力模型以及动力学模型;利用上述模型分析了两径向自由度之间的耦合特性,并对系统进行可逆性分析,得到了原磁轴承系统的α阶逆系统模型。然后,将原系统与α阶逆系统组合得到二阶积分线性系统,利用最优控制器实现闭环控制。最后,对本文方法进行了仿真及实验。结果表明,当x向有40μm位移阶跃和18μm幅值的正弦干扰时,利用本文方法可将y向位移跳动控制在PID控制方法的13.6%和17.9%,实现了主被动磁悬浮转子两径向平动通道之间的解耦控制。     

车载飞轮电池磁悬浮刚性转子的数学模型

研究汽车运动对车载飞轮电池的影响。以及车载飞轮电池磁悬浮转子的受力分析。结合国内外研究现状。建立了车载飞轮电池磁悬浮转子的数学模型。     

Design of multi-degree-of-freedom micromachined vibratory gyroscope with double sense-modes

This paper presents a novel multi-degree-of-freedom (multi-DOF) micromachined vibratory gyroscope design operated at atmospheric pressure. In this design, the complete 2-DOF vibratory structure is utilized in drive-mode and sense-mode and also, the 2-DOF sense-mode is implemented in both driving frame and proof frame, which form the double 2-DOF sense-modes. The 2-DOF vibratory structure could provide drive-mode and sense-mode with large bandwidth and the double 2-DOF sense-modes could provide high gain of gyroscope system, which improves the inherent robustness and sensitivity simultaneously. The simulation results demonstrate that the summed signal of drive-mode dynamic response is consistent with that of sense-mode and that the gain of proposed multi-DOF micromachined vibratory gyroscope can reach up to −10 dB, increased by above 8 dB compared to the design with single 2-DOF sense-mode. Meanwhile, the 3 dB bandwidth of gyroscope system is larger than 200 Hz.     

扇形梳齿驱动式体硅微机械 隧道陀螺仪的设计与制备

介绍了一种利用隧道效应所具有的高位移敏感特性来获得较高灵敏度的微机械隧道振动陀螺仪的设计和工艺制备,该陀螺仪分别采用扇形梳齿驱动和面外振动悬臂梁的方式实现质量块的振动和恒隧道电流的检测。介绍了扇形梳齿驱动的工作原理和隧道陀螺仪的设计。由于采用了硅玻键合和深反应离子蚀刻(DRIE)的DDSOG体硅制备工艺,因而可获得较大的敏感质量块,从而使陀螺仪具有较高的灵敏度和较大的动态响应范围。根据检测模态和驱动模态匹配的原则,利用有限元模型对隧道陀螺仪的结构尺寸进行了优化,仿真结果表明,该陀螺仪在常压下的灵敏度为0.007 nm(°)/s。     

Design and simulation of a tuning fork micromachined gyroscope with slide film damping

1Introduction Micromachinedgyroscopeshaveattracted lotsofattentionduringthepastseveralyears duetotheirsmallsize,lowcost,massproduc tionandeasyintegrationwithelectronics[12].It isveryimprotantforaeronautics,astronautics,automobilesandmilitaryapplicationtodevelop micromachinedgyroscopewithhighperform ance.Allvibratorygyroscopesarebasedonthe transferofenergybetweentwovibrationmodes ofastructurecausedbyCoriolisacceleration.A numberofgyroscopes,includingtuningforks,vi bratingbeamsandvibtatingshell…     

电容式微机械陀螺调理电路

电容式微机械陀螺的驱动电压比敏感信号大4个数量级以上,而且敏感电容很小,敏感电容与驱动电容之间的杂散耦合电容往往只比敏感电容小2个数量级,因此产生驱动电压严重干扰敏感信号问题。电容式微陀螺有2个振动自由度,2个振动自由度的机械耦合也严重干扰敏感信号。本文提出一种调理电路方案,该方案利用电容式微陀螺振动的惯性,对其进行不连续驱动,在敏感信号达到最大值时进行积分采样,并且在采样时关闭驱动电压的方法,有效地减少了干扰。在往复运动的固定相位点进行信号采样,也有利于减缓机械耦合干扰,此方法比常规连续波相敏检测的方法的信噪比有了明显的改善。     

解耦z轴微机械陀螺的研制

提出了一种检测模态解耦的z轴微机械陀螺,其检测模态被约束为1自由度振动,可抑制驱动模态的影响,降低不期望的检测模态偏置,并使用双质量结构在降低模态耦合的同时获得了较好的模态频率匹配.为满足驱动和检测模态自由度约束要求,使用了U形支撑梁.采用反应离子深刻蚀工艺制作了高深宽比结构层,获得了较大的验证质量,抑制了器件的机械热...     

微机械振动陀螺仪正交误差分析

本文在简要介绍微机械振动陀螺仪工作原理的基础上,分析影响陀螺仪性能的正交误差所产生的原因,推导其内在的数学机理,并探讨抑制或消除正交误差影响的方法和措施.     

硅微机械谐振陀螺仪结构优化设计

介绍了硅微机械谐振陀螺仪的工作原理,给出了陀螺仪标度因数的表达式,分析了陀螺仪驱动模态的最大振幅、陀螺质量块结构参数、杠杆、DETF结构参数对标度因数的影响,优化了结构设计.利用有限元分析软件ANSYS对陀螺仪的结构进行了仿真,并制作了原理样机.     

硅微陀螺仪接口电路分析

建立了某硅微陀螺仪的等效电路，分析了寄生电容对接口电路的影响。结果表明，合理的接口电路不仅消除了大部分寄生电容的影响，而且减小了信号的衰减幅度，抑制了大部分的耦合信号和噪声信号。最后对接口电路进行了改进，保留了以上的优点，减小了载波信号的变化和电源变化对分辨率的影响，提高了整个电路的分辨率。     

静电陀螺仪空心球转子变形分析

提出了基于有限元方法对静电陀螺仪空心球转子离心变形、温度变形、压力变形和综合变形的分析方案,并给出了减少变形的措施。分析结果表明:转子的变形主要是由温度引起的,压力和离心产生的变形相对比较小;离心变形对转子的球形度影响较大,但变形值要比温度引起的变形值约小2个数量级;温度变化对转子的半径变化产生较大影响,但主要影响转子与电极之间的间隙,对转子的球形度几乎没有影响;同样,压力变形对球形度影响较小,对半径影响也较小。因此,在结构设计时将转子半径变化考虑进去,并加以补偿,则对转子半径的影响就可以忽略。可以通过在四个标准大气压和五个标准大气压下将空心球转子研磨成球形,来消除离心变形对转子球形度的影响。结果还表明该方案对空心转子静电陀螺仪转子的研制具有重要的应用价值。