全角模式半球谐振陀螺建模与控制算法研究.pdf

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1、硕士学位论文全角模式半球谐振陀螺建模与控制算法研究RESEARCHONMODELINGANDCONTROLALGORITHMOFWHOLE-ANGLEMODEHEMISPHERICALRESONATORGYRO王泽宇国内图书分类号：V241.5学校代码：10213国际图书分类号：681.513密级：公开工程硕士学位论文全角模式半球谐振陀螺建模与控制算法研究硕士研究生：王泽宇导师：伊国兴研究员申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V241.5U.D.C:681.513Dis

2、sertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMODELINGANDCONTROLALGORITHMOFWHOLE-ANGLEMODEHEMISPHERICALRESONATORGYROCandidate：WangZeyuSupervisor：Prof.YiGuoxingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June

3、,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要半球谐振陀螺是一种寿命长、可靠性高、精度高的高性能陀螺，有着广阔的发展前景。但是目前我国国产半球谐振陀螺主要为力反馈形式，产量低、应用范围较为有限。因此提出了一种全新的全角控制模式的半球谐振陀螺，对其建模和控制方法进行了研究，目的在于使半球谐振陀螺得到进一步的发展。本文的主要研究内容概述如下：介绍了半球谐振陀螺的工作原理；介绍了力反馈式陀螺表头的组成部分和结构；设计了全角控制模式陀螺的结构，并分析了这一结构的独

4、特优势；通过ANSYS有限元仿真，明确了谐振子的振动特性，分析了谐振子结构与谐振频率之间的关系，确定了一组表现较好的谐振子参数。根据薄壳理论推导了谐振子的几何方程、力平衡方程及物理方程；将上述方程与谐振子半球壳相结合，得到了谐振子的动力学方程；求解了无外载荷作用下二阶谐振状态的运动方程，解释了半球谐振陀螺进动的原理。建立了振动检测系统的模型；在该模型的基础上，给出了谐振子的安装误差的具体定义及量化描述，并通过仿真分析了该误差对检测系统输出的影响；设计了一种谐振子静态安装误差的辨识方法，实现了对安装误差高精度的辨识。分析了全角控制方案的振型角检测原理，设计了电极配置方

5、案及整体的控制和检测回路的具体流程，明确了激励信号的形式并提出了电容转换电压的实际解决方案，实现了全角模式的控制；介绍了全角控制方案与力反馈控制方案的区别，分析了全角控制方案的优势。关键词：半球谐振陀螺；全角模式；动力学模型；结构误差；控制系统-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractHemisphericalresonatorgyroisahighperformancegyroscopewithlongservicelife,highreliabilityandhighaccuracy.Ithasbroadprospectsfordevelopment.

6、Butatpresent,thedomestichemisphericalresonatorgyroismainlyintheformofforce-to-rebalancemode,withlowoutputandlimitedapplicationscope.Therefore,anewtypeofhemisphericalresonatorgyrowithwhole-anglemodeisproposed,anditsmodelingandcontrolmethodsarestudiedinordertoimprovethedevelopmentofthehe

7、misphericalresonatorgyro.Themaincontentsofthispaperaresummarizedasfollows:Theworkingprincipleofthehemisphericalresonatorgyroscopeisintroduced.Thecomponentandstructureoftheforce-to-rebalancegyroscopeisintroduced.Thestructureofthegyroscopewithwhole-anglemodeisdesigned.Theuniqueadvantag