Управление первичными и вторичными колебаниями микромеханического гироскопа
Диссертация
Таким образом, электромеханическая часть датчиков для ММГ рассмотренных принципов действия содержит: подпятник, упругий подвес, инерционную массу, электроды датчиков углов и моментов по осям первичных и вторичных колебаний. Инерционная масса используется как чувствительный к моменту Кориолиса элемент, преобразующий величину действующей угловой скорости в относительное перемещение элементов… Читать ещё >
Содержание
- 1. Структура и математические модели микромеханического гироскопа и его основных элементов
- 1. 1. Состав и описание датчика угловой скорости на базе ММГ
- 1. 2. Уравнения динамики и математическая модель пространственного движения ЧЭ ММГ
- 1. 3. Анализ динамики ЧЭ ММГ при воздействии гармонических моментов по оси вторичных колебаний
- 1. 4. Динамика ММГ при воздействии угловой скорости движения основания
- 1. 5. Математические модели электромеханических элементов конструкции
- 1. 6. Математическая модель преобразователя «емкость-напряжение»
- 1. 7. Характеристики датчиков момента с учетом моментов электростатического тяжения
- 1. 8. Структурная схема объекта управления и его математическая модель
- 2. Возбуждение и стабилизация первичных колебаний ММГ
- 2. 1. Задачи системы управления первичными колебаниями
- 2. 2. Использование резонансных свойств чувствительного элемента в контуре возбуждения. Амплитудная модель первичных колебаний ММГ
- 2. 3. Основные принципы построения и классификация систем управления первичными колебаниями
- 2. 4. Возбуждение первичных колебаний в автогенераторном режиме
- 2. 5. Возбуждение первичных колебаний опорным генератором и системой фазовой автоматической подстройки частоты
- 2. 6. Способы линеаризации и коммутации управляющего момента
- 2. 7. Стабилизация параметров первичных колебаний
- 2. 8. Программа параметрического синтеза системы управления первичными колебаниями «Микродрайвер»
- 2. 9. Широтно-импульсное управление ММГ параметрами первичных колебаний
- 2. 10. Анализ влияния разброса физических параметров ЧЭ ММГ на динамические характеристики системы стабилизации
- 2. 11. Исследование системы управления первичными колебаниями методом полунатурного моделирования
- 3. Управление вторичными колебаниями ММГ
- 3. 1. Задачи систем управления вторичными колебаниями и их классификация
- 3. 2. Влияние демпфирующей обратной связи на характеристики
- 3. 3. Влияние позиционной обратной связи на характеристики ММГ
- 3. 4. Частотные характеристики огибающих вторичных колебаний
- 3. 5. Анализ динамики фазных составляющих при управлении позиционной обратной связью
- 3. 6. Модели динамики огибающих вторичных колебаний ММГ
- 3. 7. Обобщенная модель и управление огибающими вторичных колебаний ММГ
- 3. 8. Система совмещения частот первичных и вторичных колебаний на базе фазового детектора.*
- 3. 9. Синтез регулятора для компенсации момента сил Кориолиса при работе ММГ в режиме совмещенных частот
- 4. Экспериментальные исследования опытного образца ММГ
- 4. 1. Описание и основные характеристики опытного образца ММГ
- 4. 2. Анализ влияния расстройки частот на синфазную и квадратурную составляющие вторичных колебаний ММГ
- 4. 3. Оценка работоспособности и динамических характеристик системы управления первичными колебаниями
- 4. 4. Оценка работоспособности демпфирующей обратной связи в системе управления вторичными колебаниями
Список литературы
- Analog Dialogue 37−03 (2003).
- Anderson G.I. и др. A programmable platform for digital control of MEMS gyroscopes, Symposium Gyro Technology, 2004, p.5.0−5.7.
- Barbour N. et al. Micro-Electromechanical Instrument and Systems Development at Draper Laboratory // 3rd Saint Peterburg International Conference of Integrated Navigation Systems. -SPb.: CSRI «Electropribor», 1996.-Part 1.-P.3−10.
- Bernstein Jonathan. An Overview of MEMS Inertial Sensing Technology, Sensors, February 2003 VOL. 20 NO. 2 или http://www.sensorsmag.com/articles/0203/14/.
- Bernstein et al. Feb. 1993. A micromachined comb-drive tuning- fork rate gyroscope. Proc IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop (MEMS '93), Fort Lauderdale, FL:143−148.
- Bernstein J.J. et al. Comb-Drive Micromechanical Tuning Fork Gyro Fabrication Method. Patent N0.: US 5 496 436. 1996.
- Bernstein J.J. et al. Comb-Drive Micromechanical Tuning Fork Gyro. Patent No.: US 5 349 855.
- Byung Su Chang, Jang Gyu Lee, Taesam Kang. Design and performance test of digital rebelence loop for MEMS gyroscope. Key Engineering Materials Vols.326−328(2006). pp.249−252.
- Caminada Carlo et al. Micro-mechanical sensor with force feedback loop. Patent No.: US 2006/3 2309A1, 2006.
- Caminada Carlo et al. Micro-mechanical sensor with force feedback loop. Patent No.: ЕР 162 4286A 1,2006.
- Challoner A., Gutierrez R., Tang T. Cloverleaf microgyroscope with electrostatic alignment and tuning. World Intellectual Property Organization, Patent No.: WO 03/14 669 A2, 2003.
- Challoner A. et al. Microgyroscope with closed loop output. Patent No.: US 636 0601B1, 2002.
- Challoner A.,* Gutierrez R. Microgyroscope with electrostatic alignment and tuning. World Intellectual Property Organization, Patent No.: WO 03/25 500 A2, 2003.
- David W. DeRoo et al. Method of driving MEMS sensor with balanced four-phase comb drive. US 2002/2 0218A1 Patent, 2002.
- Davis W.O., Pisano A.P. Nonlinear Mechanics of Suspension Beams for a Micromachined Gyroscopes. Modeling and Simulation of Microsystems, 2001, pp.270 273.
- Duwel A., Gorman J. et al. Quality factors of MEMS gyros and the role of thermoelastic damping // Proceedings of the 15th IEEE International Conference on Micromechanical Systems (MEMS), Las Vegas, NV, 2002, pp.214−219.
- Fell C. Hopkin I. Townsend K. Sturland I. A Second Generation Silicon Ring Gyroscope // Symposium Gyro Technology, Germany.-1999.-P. 1.0−1.14.i ,
- Funk K. et al. Surface micromashined silicon gyroscope using a thick polisilicon layer // MEMS-99,-P.57−60.i
- Gallacher B.J., Burdes J.S., Harris A.J. Initial tests results of a multi-axis vibrating ring gyroscope and issues associated> with its fabrication. Symposium Gyro Technology, Stuttgart, Germany, 2003. pp.6.0−6.20.
- Geen J. Coupling for multiple masses in a micromachined device. Patent No.: US 5 635 638, 1997.
- Geen J. Micromachined device with rotationally vibrated masses. Patent No.: US 5 635 640, 1997.
- Geen J. Feedback mechanism for rate gyroscopes. World Intellectual Property Organization, Patent No.: WO 01/27 559 A2, 2001.
- Geen J. Micromachined sensor with quadrature suppression. Patent No.: US 703 2451B2, 2006.
- Geen J. Feedback mechanism for rate gyroscopes. Patent No.: US 647 0748B1, 2002.
- Geiger W. et al. New designs, readout concept and simulation approach of micromachined rate gyroscopes, Симпозиум по гиротехнологиям, Штутгарт, 1997 г.
- Geiger W. The micromechanical Coriolis rate sensor mCORS II. Symposium Gyro Technology, 2003, 5.1−5.9.
- W. Geiger et al. DAVED-LL a novel gyroscope in SOI-technology, Symposium Gyro Technology, 2001, p.5.0−5.8.
- Geiger W. et al. Improved Rate Gyroscope Designs Designated for Fabrication by Modern Silicon Etching // Symposium Gyro Technology, Germany. -1997.-p. 2.0−2.8.
- Guohong He- Najafi, K. A single-crystal silicon vibrating ring gyroscope. Micro Electro Mechanical Systems, 2002. The Fifteenth IEEE International Conference on Volume, Issue, 2002 Page (s):718 721.
- Hee-moon Jeong et al. Rotary gyroscope. Patent No.: US 704 3987B2. 2006.
- Hugh J. Murphy. Micromachined Rate Sensor comb drive device and method. US005530342 Patent, 1996.32. IEEE 1431−2004. Стандарт.
- Ishikawa S. и др., Compact Flat Quartz Vibratory Gyro Sensor Module Using T-Shaped Resonators. Symposium Gyro Technology, 2001, p.4.0−4.8.
- Jeong Ch., Seok S. et al. A study on resonant frequency and Q factor tunings for MEMS vibratory gyroscopes // Journal of Mechanics and Microengineering, 14 (2004), pp.1530−1536.
- Kumar K., Barbour N., Elwell J. Emerging low (er) cost inertial sensors 2-nd Saint Petersburg International Conference on Gyroscopic Technology and Navigation, 1995, Part II, p.p. 11−24.
- Lynch D.D. Coriolis Vibratory Gyros, Симпозиум по гиротехнологии, Штутгарт, 1998.
- M’Closkey R.T., Daneshrad В., Gibson J.S. Algorithm and low power implementation for MEMS Inertial sensors. Mechanical and Aerospace Enginirring University of California. Final Report 1999−2000 for MICRO Project 99−083.
- Murphy H. J. Micromachined rate sensor comb drive device and method. European Patent Office, Patent No.: EP 704 674 A2, 1996.
- Musaleum et al. Compensated integrated micromachined yaw rate sensor with quadrature switching. Patent No.: US 643 9050B1, 2002.
- Park S. Adaptive Control Strategies for MEMS Gyroscopes, Doctoral Thesis, U.C. Berkeley, 2000.
- Pearce C. The performance and future development of a MEMS SiVSG and its application to the SilMU. (BAE Systems, Plymouth, United Kingdom) AIAA-2001−4410 AIAA Guidance, Navigation,. and Control Conference and Exhibit, Montreal, Canada, Aug. 6−9, 2001.
- Pinson J. C. Micromechanical inertial sensor having increased pickoff resonance damping. Patent No.: 957 425, 2003 (Honeywell).
- Ploen S. and Bayard D. Dynamics of Vibratory Microgyroscopes. Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA AIAA-2002−4672 AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, Monterey, California, Aug. 5−8, 2002.
- Shkel A.M., Horowitz R., Seshia A.A., Park S. and’Howe R.T. Dynamics and Control of Micromachined Gyroscopes, Proceedings of the American Control Conference, pp.2119−2124, Jun. 1999.
- Stanley F. Wise. Quadrature compensation technique for vibrating gyroscopes. Patent No.: US 6 883 361, 2005.
- Yazdi N. et al. Micromachined Inertial Sensors // Proceedings of the IEEE, vol. 86, no. 8, AUGUST 1998.-P.1640−1658.
- Ying W. Hsu. Method of canceling quadrature error in an angular rate sensor. Patent No.: US 637 0937B2, 2002.
- Zook J.D., Burns D.W., Guckel H. et al. Characteristics of polisilicon resonant microbeams // Sensors and Actuators A, 35.(1992), pp. 51−59.
- Бесекерский B.A., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования, М. 1966 г.
- Бидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа. — 1972. — 416 с.
- Боголюбов H.H., Митропольский Ю. А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М. Наука. 1974.
- Будкин B. JL, Паршин В. А., Прозоров С. В., Оаломатин А. К., Соловьев В. М. Разработка кремниевых датчиков первичной информации для систем навигации иуправления Гироскопия и навигация, 1998. — № 3(22). — С.94−101.
- Бусняк A.A., Глыбин И. Г., Капустин A.B., Неаполитанский A.C., Хромов Б. В. Микромеханический вибрационный гироскоп. Патент РФ, RU 2 178 548 С1, 20.01.2002.
- Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.:Радио и связь, 1986.
- Гутников В. С. Применение операционных усилителей в измерительной технике. Д., «Энергия», 1975.
- Джашитов В.Э., Лестев A.M., Панкратов В. М., Попова И. В. Влияние температурных и технологических факторов на точность микромеханических гироскопов/'Тироскопия и навигация" № 3 (26), 1999. С.3−17.
- Доронин В.П., Новиков Л. З., Хромов Б. В., Харламов С. А. Основные проблемы создания миниатюрного инерциального измерительного прибора на базе микромеханических чувствительных элементов. Гироскопия и навигация, 1996. -№ 4(15). — С.55.
- Евстифеев М.И. Состояние разработок и перспективы развития микромеханических гироскопов // Навигация и управление движением. СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2000. — С.54−71.
- Евстифеев М.И. Классификационные признаки конструкций микромеханических гироскопов. Гироскопия и навигация. — 2004. — № 3(46). — С. 30−37.
- Евстифеев М.И., Кучерков С. Г., Несенюк Л. П. и др. Микромеханический вибрационный гироскоп. Авторское свидетельство № 18 768, Россия, 2001.
- Ковалев A.C. Лычев Д. И., Матвеев С. И., Шадрин Ю. В. Исследование температурных погрешностей микромеханического гироскопа. Сборник докладов IX конференции молодых ученых. — СПб.: ГНЦ РФ — ЦНИИ «Электроприбор». -2007.
- Ковалев A.C., Евстифеев М.И., М.И., Унтилов A.A., Шадрин Ю. В. Оценка нелинейной жесткости упругого подвеса микромеханического гироскопа. — Гироскопия и навигация. 2004. — № 4. С. 65.
- Ковалев A.C., Евстифеев М.И, Унтилов А. А, Шадрин Ю. В'. Анализ характеристик микромеханического гироскопа с нелинейной жестко-стью подвеса. Известия ТРТУ № 9. Тематический выпуск. Таганрог: Изд-во ТРТУ.*- 2004. -С.204−209.
- Ковалев A.C. Панферов А. И. К вопросу о применении специализированной САПР МЭМС Coventor на отечественных предприятиях// III Международный симпозиуи «Аэрокосмические технологии». Материалы симпозиумаю — СПб.: ГУАП2004.-С. 304−306.
- Ковалев A.C. Лычев Д. И., Шадрин Ю. В. Программно- аппаратный комплекс для автоматизированного контроля параметров вибрационных микромеханических гироскопов. // Гироскопия и навигация. СПб.: ГНЦ РФ -ЦНИИ «Электроприбор», № 1. — 2005.
- Ковалев A.C., Грязин Д. Г., Лычев Д. И., Шадрин Ю. В. К вопросу построения контура обратной связи микромеханического гироскопа // РАН. Научное приборостроение. —Том.17, выпуск 1. 2007. — С.91−97.
- Кучерков С.Г. Определение необходимой степени вакуумирования рабочей полости осциллятора микромеханического гироскопа. Гироскопия и навигация. 2002. — № 1.
- Лестев A.M., Попова И. В., Пятышев E.H. и др. Разработка и исследование микромеханического гироскопа. Гироскопия и навигация. — 1999. — № 2. — С.3−10.
- Лестев A.M.- Нелинейный параметрический резонанс в динамике микромеханического гироскопа. Известия ВУЗов, Приборостроение, т.47, № 2, 2004, С. 36−42.
- Лукьянов Д.П., Ладычук И. Ю., Майзелес А. Я., Филатов Ю. В., Шевелько М. И. Микроакселерометры и микрогироскопы на ПАВ: Гироскопия и навигация. — 2002.-№ 4. -С. 41.
- Моисеев Н.В., Некрасов Я. А. К вопросу выбора преобразователя емкость-напряжение для микромеханического гироскопа. Материалы научной молодежной школьгМСТ-2004, ТРТГУ. — 2004. — С. 94−102-
- Отчет о НИР «Разработка алгоритмов и программ фильтрации и формирования сигналов управления обратными связями в MMF компенсационного типа». СПб ГУАП. — 2005 г.
- Отчет о НИР по теме Выбор конструктивной схемы и основных параметров макетного образца микромеханического вибрационного гироскопа кольцевого типа // ЦНИИ «Электроприбор». С-Пб. — 2001.
- Отчет о НИР «Исследование точностных характеристик микромеханического гироскопа компенсационного типа с учетом взаимодействия каналов возбуждения и измерения». СПб ГУАП. — 2003.
- Панферов А.И., Кучерков С. Г., Шадрин Ю.В-, Ковалев А. С. «Микродрайвер», Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 004 611 525, 21.06.2004.
- Пешехонов В.Г., Несенюк Л. П., КучерковС.Г., Евстифеев М. И., Некрасов Я. А. Результаты разработки микромеханического гироскопа. Гироскопия и навигация № 4(47). СПб. — 2004. — с 65.
- Пешехонов В.Г. Гироскопы начала XXI века Гироскопия и навигация. -2003.-№ 4.- С. 5−18.
- Распопов В.Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тул. Гос. Университет, Московский гос. Технологический университет им. К. Э. Циолковского. Тула: Гриф и К., 2004. — 476 с.
- Северов Л.А., Пономарев В. К., Панферов А. И. и др. Микромеханические гироскопы: конструкции, характеристики, технологии, пути развития. Известия вузов. Приборостроение. — 1998. -Т.41, № 1−2. — С. 57−73.
- Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер. — 2003.
- Унтилов A.A. Исследование и разработка упругого подвеса чувствительного элемента микромеханического гироскопа. Диссертационная работа. 2005 .
- Хардуэй Е.В. Надежный и дешевый датчик положения. «Электроника», 1971, № 17. — С.54−58.
- Шадрин Ю.В. Исследование динамических характеристик чувствительного элемента микромеханического гироскопа. Диссертационная работа. 2005.