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原文传递硅微陀螺仪温度稳定性研究

论文题名：	硅微陀螺仪温度稳定性研究
关键词：	硅微陀螺仪;温度稳定性;PID控制;模糊控制;软件仿真
摘要：	硅微机械陀螺仪是一种用于测量物体运动角速度的新型惯性器件，具有体积小、重量轻、易于数字化和智能化等优点，但由于硅微型机械振动陀螺具有零位漂移随温度变化大、零位稳定性差、精度低等弱点，目前多应用于低端惯性系统中。温度变化是影响陀螺测量精度的主要因素之一，不仅会引起陀螺仪结构尺寸及硅材料特性的变化，还导致信号处理电路的干扰热噪声发生变化，致使陀螺仪精度和稳定度得不到保证。因此，对硅微机械陀螺仪的温度稳定性进行研究具有重要意义。　　目前主要有三种方法减小温度对硅微陀螺工作稳定性影响：一是从硅微陀螺的结构、材料和工艺上提高敏感器件的温度稳定性，以提高陀螺精度；二是对陀螺仪输出进行误差特性分析、测试、建模与补偿；三是采取控制温度的方式使陀螺仪工作的环境温度维持恒定，保障陀螺仪硅结构体及驱动检测电路不受温度变化的影响，从而使陀螺仪零偏维持稳定，提高陀螺仪的稳定度。基于目前现有的工艺水平及以往的研究基础，本文对第三种方法展开了研究。　　本文以Z轴硅微机械振动陀螺仪为研究对象，主要工作可归纳为如下几个方面：　　首先，结合陀螺仪的基本理论和材料力学理论，分析了Z轴硅微机械振动陀螺仪的工作原理。详细探讨研究了温度因素对硅微机械振动陀螺仪工作性能的影响机理。　　其次，通过大量的温度实验，对陀螺仪的谐振频率、品质因数以及零偏输出随温度变化的规律进行了研究，根据实验结果进行了定性的分析和讨论。　　第三，对硅微机械振动陀螺仪温度稳定性控制算法进行了研究。对PID控制、模糊控制和模糊PID控制算法分别进行了软件仿真分析；通过重复性试验验证了控制效果，试验分为环境温度恒定以及环境温度变化两种情况进行；并对三种控制算法进行了分析讨论，并确定采用PID算法作为下一步陀螺仪温度控制算法。　　第四，通过试验验证了硅微陀螺在温度控制条件下的稳定性效果。本文选用了I23号及B98号陀螺进行验证试验。在温度控制条件下陀螺输出零偏值-10℃～+40℃范围内的变化量大大减小，I23号由60mV减少到20mV，B98号由210mV减少到19mV。实验表明该温度控制系统也适用于其他微陀螺仪。
作者：	陈淑铃
专业：	仪器科学与技术
导师：	王寿荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文