新型微机械隧道陀螺仪的设计和工艺制备

介绍了一种新型微机械隧道振动陀螺仪的设计和工艺制备,该陀螺仪采用平行梳齿驱动和面外振动框架的方式分别作为质量块的振动和恒隧道电流的检测,对平行梳齿驱动的工作原理和隧道陀螺仪的设计进行了详细的阐述.由于采用了硅玻键合和DRIE的DDSOG体硅制备工艺,因而可以获得较大的敏感质量块,从而使得该陀螺仪具有较高的灵敏度.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,该陀螺仪在常压下具有0.07 nm(°/s)的灵敏度.     

双质量微机电陀螺驱动轴结构不对称误差辨识

双质量微机电振动陀螺驱动轴振动的对称性是影响陀螺性能的重要因素,造成振动不对称的主要原因是驱动电容、检测电容和弹性梁刚度都存在不对称误差。该文建立了非理想双质量陀螺驱动轴的动力学模型,分析了刚度不对称和驱动力不对称对陀螺振动特性的影响。弹性梁刚度不对称误差是导致双质量块振幅不等的主要因素。提出了一种通过扫频测试和数据处理辨识不对称误差的方法,采用该方法对所研究的双质量陀螺的不对称误差进行了辨识。依据误差辨识参数对驱动轴振动模型的频率响应特性进行了计算,计算结果和测试结果一致,验证了该辨识方法的准确性。     

微机械谐振陀螺的有限元分析

依据微机械谐振陀螺的结构和工作原理,利用ANSYS有限元仿真软件对微机械谐振陀螺的设计进行了计算和仿真.首先计算了陀螺的驱动模态固有频率和检测模态的固有频率,分析了在检测方向的输出位移、哥氏力与输入驱动信号频率之间的关系,在这基础上,得出当驱动模态的固有频率与检测模态的固有频率比较接近时,输出哥氏力灵敏度较大.同时还分析了内框架梁与外框架梁对陀螺驱动模态与检测模态固有频率的影响,并以此为基础,提出了调节陀螺驱动模态固有频率与检测模态固有频率的方法.     

基于视觉测量的微陀螺振动系统线性度测试研究

为了测试分析微陀螺驱动模态振动系统的线性度,使驱动模态在静电驱动信号激励下产生稳定的线性振动,采用计算机视觉测量方法,使用高速摄像机获取微陀螺驱动模态在频率固定的调幅驱动电压信号激励下的振动位移响应视频图像;通过对运动时序图像的处理、目标识别与运动参数测量,获得振动位移的时变曲线.进一步得到驱动电压幅值变化与振动位移幅值的变化关系,分析结果表明,该方法便于对微陀螺振动系统的线性度进行测试分析.     

基于子结构法的微机械陀螺性能解析

在微机械陀螺性能健壮性设计的研究中,为了解决微陀螺性能解析的高精度和计算时间的问题,以体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺结构为研究对象,提出了基于子结构法的微结构动态性能解析法.在实现了微陀螺的高精度解析和分析的基础上,进行了微陀螺弹性梁优化设计,得到了性能优良的微陀螺弹性梁结构.通过实例解析,不仅验证了基于子结构法的微结构动态性能解析法的有效性,而且证明了其在微机械陀螺性能设计中的潜在价值.     

双质量硅微机械陀螺固有频率温度特性研究

为提高双质量硅微机械陀螺温度特性,该文对陀螺固有频率进行了温度特性研究。分别对杨氏模量温度系数、热应力和材料的热膨胀系数三种因素导致的陀螺固有频率随温度变化特性进行了理论数值计算和有限元仿真分析。为避免由于电路、杂散电容和其他因素引入的测量误差,提出了基于振铃原理的硅微机械陀螺固有频率测量方法。采用该方法在高精度恒温箱中测量了不同环境温度下双质量硅微机械陀螺的固有频率,并计算了陀螺固有频率温度系数。误差分析表明该测量方法测量高品质因数陀螺的固有频率精确度高。实验数据验证了理论分析和仿真结果,杨氏模量温度系数是导致硅微机械陀螺固有频率随温度变化的最主要因素,并且硅微陀螺固有频率与温度近似成线性关系。研究结论为双质量硅微机械陀螺的温度优化设计提供了理论依据。     

基于遗传算法的多自由度振动陀螺仪优化设计

针对微陀螺仪灵敏度与带宽的制约问题,通过一种新型的生物进化遗传算法,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法.编写了多目标遗传算法的相关程序,该方法基于特征提取确定约束条件,以微陀螺振动系统振子质量比、结构频率比以及弹性梁刚度系数比为设计变量,灵敏度与带宽为设计目标,采用多目标遗传算法对模型进行优化.以双检测单驱动三自由度微机械陀螺仪为研究对象进行分析与优化,获得的灵敏度和带宽与二次序列规划算法(SQP)相比分别提升了18 dB和2 175 Hz.结果表明,采用该方法对微陀螺仪的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,达到提升多自由度微陀螺性能的目的,为微机械振动陀螺仪的优化设计提供了新的有效方法.     

梳状微谐振器结构参数对模态及谐振频率的影响

谐振频率的大小是设计微谐振器时必须考虑的重要参变量,采用ANSYS有限元仿真软件分析不同结构尺寸下的微谐振器的谐振频率和模态,主要分析支撑梁长度和梳齿参数对微谐振器模态及谐振频率的影响.分析结果表明,支撑梁长度、梳齿长度及梳齿的个数会影响到微谐振器工作模态的阶次和谐振频率的大小.在微谐振器的相关设计时,可通过调整支撑梁的长度显著改变谐振频率,而谐振频率微调可通过梳齿尺寸的微调实现.     

高敏感度微机械陀螺阵列的设计

提出了一种新型的四自由度陀螺设计方式,结构设计基于科罗奥利效应采用多敏感模态振动单元组合阵列的形式.与传统二自由度陀螺比较,该陀螺阵列在提高增益的同时保持了本身具有的鲁棒性.在四自由度陀螺的设计中,两个具备固有中心频率差值的完全二自由度振动单元被应用在敏感模态中.通过设定中心频率差值,综合考虑了提高陀螺敏感度和稳定性的因素.陀螺阵列通过联合两个敏感模态振动单元的输出,达到提高敏感模态增益和增强系统敏感度的目的.仿真结果表明:与单个敏感模态振动单元相比,陀螺阵列的增益增加了8dB;而且在敏感模态和驱动模态分别产生了220和160Hz范围内的3dB带宽;两个模态的带宽彼此高度匹配,并且为整个系统提供了160Hz的带宽.陀螺阵列对于结构参数的变化和制造误差都有很强的鲁棒性,从而说明该设计能满足实际需求.     

微机械陀螺数字读出系统及其解调算法

为实现灵活的参数调整、改善陀螺的控制性能和进行误差补偿,提出了一种用于微机械陀螺的数字读出系统。该系统通过对陀螺输出信号进行数字化,并采用浮点数字信号处理器(DSP)进行反馈控制和算法解调,实现了对微机械陀螺中的微小电容的检测,其中的解调算法采用了最小均方误差解调(LMSD)技术。仿真和实验结果表明:LMSD算法使噪声水平比经典的乘法解调算法下降了29%;将该数字读出系统用于大气条件下工作的一种振动轮式微机械陀螺,噪声水平达到0.0073(°)/(s.Hz-1/2),带宽为100Hz。     

微机械陀螺仪反馈控制器鲁棒性分析及闭环接口检测电路设计

在分析微机械陀螺仪静电力反馈检测结构的基础上,提出了一种对现有Sigma-Delta静电力反馈检测方式的改进设计.对微机械陀螺仪闭环检测系统进行了离散化处理.基于Lyapunov稳定性原理,构造了一类能够使系统有限时间稳定的输出反馈控制器,并对其鲁棒性能进行了分析.该电路系统在Cadence平台下使用AMS 0.35 ...     

基于模糊逻辑的混合动力汽车控制策略研究

针对插电式混合动力汽车具有电量消耗和电量保持2个阶段的特点,文章提出一种基于转矩分配的模糊控制策略。在Matlab/Simulink环境下建立整车模型,并对提出的控制策略在不同行驶工况下进行仿真。结果表明,在已知路况里程的前提下,能使得电量消耗续驶里程尽量接近总行驶里程,发动机工作在高效区域,并且具有较好的燃油经济性。     

新型3-CRC并联机构结构及运动解耦分析

提出了一种能实现空间三维平动的3-CRC并联机构;应用机器人机构拓扑结构学理论对该机构的结构及运动输出进行了分析,并计算了机构的自由度;根据机构特点,运用解析几何中的坐标变换和投影理论求得了该机构位置正、反解的显式表达式;由正解结论分析机构的输入输出解耦性并利用ADAMS软件对该机构的运动及解耦性进行了仿真验证.     

新型解耦控制器的设计及其应用

基于传统的解耦方法和内模控制理论,提出一种采用单位反馈结构的PID/PI解耦控制器的解析设计方法,通过适当地添加补偿项,消除控制器中可能包含的不稳定因素,使得这种新型的解耦控制策略适用于含有多时滞和右半平面零点的双输入双输出系统.该方法克服了现有数值化求解方法的局限性,可在线调节解耦控制器的控制参数,使系统达到较好的动态性能和鲁棒性能.同时,对于存在乘性不确定性的被控过程,分析了控制系统满足标称性能和鲁棒稳定性的充要条件,并由此确定出控制器参数的调节范围.将这种新型的解耦控制策略应用在四容(阶)水箱试验中,仿真验证了其优越性.     

认知无线电系统的最优帧长设计

建立了当贝叶斯风险一定时,发送时间与干扰之间关系的模型.在此基础上,提出了2种满足干扰约束的算法,单用户感知模式下最大化系统吞吐量时的帧长设计算法和多用户合作感知模式下基于纽曼-皮尔逊准则的帧长设计算法.仿真结果表明,同已有算法相比,由于帧长的优化,即使贝叶斯风险较大,新算法也能取得相对较优的吞吐量.     

基于SMA阻尼器的输电塔风振控制

 根据SMA 阻尼器的工作原理和输电塔的振动特性,提出应用SMA 阻尼器对输电塔风致振动进行控制。应用有限元软件建立输电塔和阻尼器的有限元模型,基于Matlab 软件,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本;应用能量法计算所需阻尼器数量,根据阻尼器的工作原理和输电塔结构特点设计不同的阻尼器布置方案;对不同方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移和加速度时间历程进行比较分析。模拟了多种风荷载,进一步对各方案的控制效果进行了对比分析。结果表明:SMA 阻尼器对输电塔风振控制效果较好;将阻尼器布置在塔头上,可有效控制塔顶位移,减振率在28%以上;在塔身上布置阻尼器,可有效控制塔顶加速度,减振率在66%以上。通过综合比较,选出了阻尼器的最佳布置方案。     

融合照明与信息显示功能的智能LED汽车灯设计

针对当前汽车灯存在信息传递能力较弱、信息交互不直观等缺点,提出了一种照明与信息显示融合的智能LED汽车灯。在提出汽车灯光路改造及智能控制系统的总体设计方案基础上,借助多物理场有限元仿真软件COMSOL对光路传输性能及可靠性进行了仿真分析及优化设计,最后根据仿真结果定制了透镜等关键组件并制作了汽车灯实验原型。通过试验实测证实,该智能LED汽车灯高效地实现了人-车-环境之间明确、直观的信息交互,能够有效提升汽车驾驶的安全性,并具有兼容性强、成本低、智能化高等优势,它的设计可为无人驾驶技术中人-车-环境交互的发展提供新的思路。     

扇形梳齿驱动式微机械隧道陀螺仪的初步研究

设计了一种扇形梳齿驱动式隧道陀螺仪,意在取代现有的平板驱动方式,以此来提高陀螺仪的灵敏度.从扇形梳齿驱动的工作原理出发,推导了该型陀螺仪的运动方程,分析了结构参数与其灵敏度的内在联系.在此基础上,对陀螺仪设计中与陀螺仪性能相关的机械耦合、静电驱动频率和敏感方向刚度等问题进行了有益的探讨,揭示了静电驱动频率的选择与敏感方向品质因子和驱动方向品质因子大小之间的内在联系,为陀螺仪的尺寸优化设计奠定了理论基础.     

采用Kagome夹心板的航天器仪器安装板振动控制

为了实现航天器仪器安装板的振动控制,建立了采用Kagome夹心板制作的仪器安装板的有限元模型,并选用一种圆柱形黏弹性阻尼器,通过Biot模型建立了该阻尼器的有限元模型;计算了各阶模态中Kagome平面桁架的模态应变能在结构总模态应变能中所占的比例,将其作为模态可控度,再结合给定载荷情况下的模态位移来确定需要控制的模态,由此提出了一种利用模态应变能比来控制多模态振动的阻尼器布置方案.特征值分析及时域响应数值模拟表明,该阻尼器布置方案只需使用很少数量的阻尼器,便可以显著增加较宽频带内所有模态的阻尼比,而且对于其他模态的振动也有一定的抑制作用.