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半球谐振陀螺温度漂移分析与模型研究

作　者: 李广胜
导　师: 谢红卫
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 半球谐振陀螺误差分析温度漂移多项式模型
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
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内容摘要

温度漂移是半球谐振陀螺的主要误差源之一,温度漂移的主要原因是半球谐振陀螺内部热源释放和周围环境温度的变化。对于半球谐振陀螺仪来说,温度对其造成的影响包括谐振子材料物理参数的改变、谐振子主体、基座与电极等尺寸的变化。半球谐振陀螺由于采用真空封装,当温度变化时陀螺内部难免存在温度梯度,造成陀螺元件线性尺寸变化不均,对系统能引发谐振子固有频率漂移、谐振子质心位移、谐振子阻尼变化等。温度漂移是半球谐振陀螺进入工程应用的主要障碍之一,当外界环境温度变化时,半球谐振陀螺的温度漂移已经严重地影响了其输出精度,因此,分析温度效应造成的漂移和建立陀螺温度漂移模型对提高半球谐振陀螺的精度十分必要。本文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)分析了温度对谐振子物理参数的影响,研究了谐振子物理参数温度效应造成的误差。温度变化影响谐振子固有频率;温度变化导致的谐振子半径不均,使得陀螺的输出不再保持恒定的线性关系,而是随驻波的进动而变化,且变化的幅值正比于半径变化的幅值;温度效应造成的谐振子质量不均,当陀螺基座振动时,谐振子会产生附加振荡,造成驻波的不规则进动,使得陀螺出现漂移;温度效应造成的阻尼变化会引起陀螺的比例系数和常值误差。(2)分析了温度效应造成的闭环测角漂移因素。激励器热胀冷缩形变不均造成的误差对半球谐振陀螺零位输出无影响,但影响半球谐振陀螺输出曲线的线性度,影响测量精度;温度效应造成的激励器与拾振器错位误差导致半球谐振陀螺偏置漂移,温度变化愈大愈明显;拾振器环向热膨胀不均造成的误差使得振幅的测量值偏小;温度效应造成振幅检测误差,该误差使得陀螺静止输出不为零,表现为静态漂移。(3)在理论分析的基础上,提出了温度漂移的解决办法,对半球谐振陀螺整体的温度特性进行了实验研究,对实验结果进行了分析,总结了半球谐振陀螺温度漂移的规律。对半球谐振陀螺温度偏置模型进行了深入的研究,分析了基于最小二乘的多项式拟合法的原理和步骤,根据以上得出的规律建立了半球谐振陀螺温度偏置漂移模型。并深入地从两个方面研究了多项式模型的阶次确定问题,最终建立了恰当的温度漂移模型。实验结果表明该方法能够很好的补偿温度漂移,具有一定的工程实用性。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-20
  1.1 课题背景  13-14
  1.2 半球谐振陀螺技术优势及应用需求  14-16
    1.2.1 半球谐振陀螺技术优势  14-16
    1.2.2 半球谐振陀螺的应用需求  16
  1.3 国内外发展概况  16-19
    1.3.1 国外发展概况  16-17
    1.3.2 国内发展概况  17-18
    1.3.3 半球谐振陀螺误差研究现状  18-19
  1.4 本文研究的主要内容及结构安排  19-20
第二章半球谐振陀螺基本结构及工作原理  20-27
  2.1 谐振子驻波进动简介  20
  2.2 半球谐振陀螺的基本结构  20-22
    2.2.1 半球谐振子  21-22
    2.2.2 激励器  22
    2.2.3 电容传感器  22
  2.3 半球谐振陀螺工作原理简介  22-26
    2.3.1 谐振子的固有频率  23-24
    2.3.2 谐振子振型进动原理  24-25
    2.3.3 谐振子环向驻波数n的确定  25
    2.3.4 半球谐振陀螺两种工作模式  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章谐振子物理参数的温度效应造成的漂移分析  27-38
  3.1 温度对谐振子物理参数的影响分析  27-30
    3.1.1 温度对谐振子弹性模量的影响  27
    3.1.2 温度对谐振子波松比μ的影响  27-28
    3.1.3 温度对谐振子厚度和半径的影响分析  28
    3.1.4 温度对谐振子材料密度的影响分析  28-29
    3.1.5 温度对谐振子膜层应力的影响  29-30
    3.1.6 温度变化对谐振子固有频率的影响  30
  3.2 物理参数的温度效应造成的漂移分析  30-36
    3.2.1 谐振子频率变化造成的漂移分析  30-31
    3.2.2 谐振子半径变化造成的漂移分析  31-32
    3.2.3 谐振子质心偏移造成的漂移分析  32-35
    3.2.4 阻尼的温度效应造成的漂移分析  35-36
  3.3 本章小结  36-38
第四章温度效应造成的陀螺测角漂移分析  38-48
  4.1 温度效应造成的闭环测角漂移分析  38-42
    4.1.1 半球谐振陀螺闭环测角原理  38-40
    4.1.2 温度效应造成的闭环测角漂移因素分析  40-42
  4.2 温度效应造成的陀螺振幅及测角漂移分析  42-46
    4.2.1 半球谐振陀螺振幅检测原理简介  42-43
    4.2.2 温度效应造成的振幅误差分析  43-45
    4.2.3 温度效应造成的振幅误差导致的测角漂移分析  45-46
  4.3 半球谐振陀螺温度漂移抑制方法  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章半球谐振陀螺温度偏置漂移模型研究  48-68
  5.1 半球谐振陀螺温度漂移的建模分析  48-50
    5.1.1 系统辨识的基本概念  48-49
    5.1.2 工程中对陀螺温度漂移模型的基本要求  49-50
  5.2 半球谐振陀螺温度测试实验与分析  50-54
    5.2.1 半球谐振陀螺温度测试的内容及方法  50
    5.2.2 半球谐振陀螺温度特性测试实验  50-54
  5.3 基于回归多项式模型温度偏置漂移建模  54-67
    5.3.1 基于最小二乘的回归理论分析  54-55
    5.3.2 基于多项式模型的温度偏置漂移建模方法  55-59
    5.3.3 半球谐振陀螺温度偏置漂移多项式模型拟合  59-63
    5.3.4 温度偏置漂移模型验证  63-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
作者在学期间取得的学术成果  74

半球谐振陀螺温度漂移分析与模型研究

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