一、音叉电容式微机械陀螺的误差源分析与消除（论文文献综述）
东泽源[1]（2021）在《车载微振动陀螺仪的结构设计与仿真分析》文中指出微振动陀螺仪相较于传统机械陀螺仪,具有小型化、低成本、低功耗等优势,在汽车智能驾驶和安全控制等领域应用广泛。但汽车复杂的行驶工况会给微陀螺施加相当恶劣的环境条件,受MEMS结构加工制造误差及复杂工况（如振动、冲击、温变等）影响,微陀螺在车辆姿态测量和导航应用环境下仍存在较大误差。为此,针对车载微陀螺的使用需求,论文提出了一种双质量全解耦多自由度检测的微陀螺结构设计模型,建立了微陀螺动力学等效分析模型,通过双质量全解耦设计、模态频率匹配设计和二自由度检测模块设计有效提升了微陀螺的带宽、抗干扰能力和工作鲁棒性。具体工作包括:（1）建立了单质量微振动陀螺的动力学模型,推导了科氏力作用下驱动质量和检测质量的稳态位移响应,分析了机械灵敏度与带宽之间的制约关系,给出了造成耦合误差与共模干扰的关键影响因素。（2）提出了一种双质量全解耦微陀螺结构,采用全解耦设计减小机械耦合误差,双质量反相驱动进行差分检测消除振动、冲击等共模干扰,建立了微陀螺结构的等效解耦动力学模型,设计了具有负刚度特性的驱动与检测耦合弹性结构,并通过敏感弹性结构的尺寸参数优化实现了驱动模态与检测模态的频率匹配（反相驱动6149Hz、反相检测6194Hz）,同时有效提升了反相与同相运动的模态频差（达1366Hz）从而提高了微陀螺抗高频干扰能力。（3）为了提升微陀螺系统的带宽和鲁棒性,设计了具有二自由度检测模块的双质量全解耦微陀螺结构,建立了具有单驱动质量和二自由度检测系统的微陀螺等效解耦动力学模型,推导了零阻尼状态下的传递函数得到系统的增益与带宽表达式,并利用遗传算法对结构尺寸参数进行优化,得到了高灵敏度大带宽的陀螺微结构,数值仿真计算了所提出新结构的频响特性。结果表明:二自由度检测微陀螺带宽为210Hz,远大于单自由度检测微陀螺带宽40Hz。系统分析了工艺误差和阻尼变化对微陀螺机械灵敏度的影响关系,本设计可将加工误差引起频率偏移所导致的机械灵敏度衰减由80%降到2%,将阻尼变化所导致的机械灵敏度衰减由75%降到5%,从而验证了所提构型的高灵敏度、大带宽与良好鲁棒性特征。
卜峰[2]（2020）在《硅微机械轴对称陀螺测控技术与性能优化研究》文中研究表明硅微机械陀螺具有体积小、重量轻、低成本的特点,在民用和军用领域有着重要的应用价值。随着微加工工艺的改善和测控电路的优化,微机械陀螺性能已经达到战术级水平,使其在某些领域代替昂贵的大尺寸高端陀螺仪成为可能。轴对称结构的圆盘谐振陀螺（Disk Resonator Gyroscope,DRG）具有结构对称性好、能量传递效率高和抗振性好等优点,已成为高性能微机械陀螺的重要候选方案。陀螺的零偏误差反映着检测分辨率和长期稳定性等核心性能参数,决定了陀螺的检测精度。本文以课题组自主设计的真空封装类蛛网型DRG（Cobweb-like DRG,CDRG）为研究对象,以提高陀螺的零偏稳定性和检测分辨率为目的,分析了影响零偏的误差因素,重点在测控技术方面提出了解决问题的方法。主要研究工作和创新点如下:（1）分析了零偏形成机制以及影响零偏的误差因素,为提升陀螺性能提供思路。从结构不对称性、结构电馈通、测控电路和环境变化这几个方面分析了影响零偏的误差因素,以及这些因素对零偏的作用机制,为解决这些问题提供了切入点。主要包括结构不对称引起的正交和同相误差,电极间耦合电容引入的信号馈通,测控电路中的相移和噪声,以及环境温度变化导致的频率和Q值变化等。（2）构建力平衡（Force to Rebalance,FTR）闭环检测系统,推导出FTR闭环下的传递函数,为分析闭环特性提供理论基础。从传递函数入手,给出了FTR闭环下的标度因数和带宽的表达式,并与开环检测进行对比。重点分析了在FTR闭环检测下,谐振子频率和Q值对检测输出的影响,证明了FTR闭环能够很好地抑制由频率裂解和Q值变化带来的标度因数和零偏漂移误差,提高检测输出对结构不对称性和环境温度变化的鲁棒性。（3）提出一种FTR闭环检测下的电路相移补偿方法,降低正交误差对零偏的影响。相位是谐振器控制中的一个重要因素,为此在调制-解调FTR检测系统中,分析了各部分电路相移对检测输出的影响。得出了在驱动和敏感模态信号拾取电路一致的情况下,敏感检测输出与驱动模态电路相移相关的重要结论。当相移补偿不准确时,则会将正交误差引入到检测输出中,导致存在较大零偏和随环境温度变化的漂移。在相位分析的基础上,提出了一种电路相移自补偿系统。实验结果表明,该方法能够准确计算并补偿电路相移,大大降低了正交误差对检测输出的影响,改善了零偏稳定性和零偏温度灵敏度等性能指标。（4）提出一种FTR闭环检测下的系统噪声模型,为降低噪声对零偏的影响提供解决方案。系统噪声直接决定陀螺的检测分辨率,为此在调制-解调FTR闭环系统中,分析了4种噪声对检测输出的影响,在频域上给出了噪声等效角速率表达式。与现有闭环噪声模型不同,该模型中考虑了在采用机电幅度调制（Electromechanical Amplitude Modulation,EAM）检测技术时,存在反馈电路中载波频率处噪声的电馈通情况,并阐述了反馈电路中两路噪声在EAM检测电路的传递路径。基于理论噪声模型,给出了改善各种噪声对检测输出不利影响的方法。实验结果表明,对于所采用的电路系统,当对馈通噪声进行抑制后,能够有效降低检测输出中的噪声水平,改善角度随机游走（Angle Random Walk,ARW）等性能指标。使用FPGA实现FTR闭环检测系统,在采用上述相位补偿和噪声优化后,使陀螺的零偏不稳定性指标由7.663°/hr下降到了0.617°/hr,ARW指标由0.209°/√hr下降到了0.017°/√hr,0℃-70℃范围内的零偏温度灵敏度从0.055°/s/°C降低到了0.001°/s/°C。陀螺零偏的性能得到明显改善,达到了预期-目标,为后续实现高精度、高稳定性测量打下良好基础。
顾昊宇[3]（2020）在《MEMS陀螺零偏在线自校准方法研究》文中研究说明微机电（MEMS）陀螺仪是一种用于测量角速率或姿态角的惯性传感器。微机电陀螺具有体积小、成本低、重量轻及功耗小等优点,在民用汽车业、工业控制、消费电子,在军用无人机、导弹、火控等领域均有着广泛且重要的应用。武器系统向着小型化、便携式、智能化方向飞速发展,就要求MEMS陀螺能够在小体积、低功耗的基础上,实现高精度、高稳定的测量。受到制造工艺误差、材料分散性、封装可靠性等问题的限制,MEMS陀螺达到一定的测量精度之后,如需进一步提升其测量精度及稳定性,技术难度及成本控制受到极大的挑战。近年来MEMS陀螺数字化测控技术得到了较快的发展,其具有高稳定、高精度、可重构的特点,体现出了极大的技术发展优势。基于MEMS陀螺数字化测控技术,通过研究智能化的自校准算法,可突破既定工艺技术的制约,实现高精度、高稳定的智能化MEMS陀螺,极大的拓宽MEMS陀螺应用场景。具有重大的科研与应用价值。本论文通过基于MEMS陀螺加工工艺和接口电路误差的零偏误差模型,提出了基于模态反转与神经网络学习的零偏自校准方法,通过基于多目标参数优化的MEMS陀螺测控系统设计方法,突破了 MEMS陀螺零偏自校准测控系统关键技术,研制了 MEMS陀螺自校准系统硬件平台,验证了零偏自校准系统理论模型及算法,实现了 MEMS陀螺零偏自校准,有效提升了 MEMS陀螺的零偏稳定性。本文主要研究内容如下:通过包含工艺误差和接口电路误差导致的刚度不均衡、阻尼不均衡、质量不均衡、静电激励力不均衡,寄生电容耦合以及相位误差等在内的MEMS陀螺零偏误差模型,本文以课题组自研的正交模态全对称式MEMS陀螺为例,分析讨论了上述问题对MEMS陀螺输出信号的影响,并得到的零偏误差信号特征,为后续零偏自校准方法的研究和测控系统的设计提供了理论基础。提出了基于模态反转与神经网络学习的零偏自校准方法,对MEMS陀螺的偏误差进行了校准。具体而言,该零偏自校准方法通过模态反转技术实时校准模型,对零偏误差信号实现了初步校准;通过基于CEEMDAN信号特征提取的阈值滤波算法,消除了模态反转校准后零偏信号中的随机噪声,而后采用基于Bagging-ELM的神经网络算法,对零偏误差信号中的缓变漂移量进行了校准补偿。该零偏自校准方法显着提升了 MEMS陀螺的零偏稳定性。提出了基于多目标参数优化的MEMS陀螺测控系统设计方法,设计得到了 MEMS陀螺的驱动和检测闭环控制环路。通过基于遗传算法和蒙特卡洛分析的多环路优化方法,缩短了闭环控制环路的设计时间,提升了控制环路对陀螺敏感结构参数变化的鲁棒性;通过基于自适应矩估计优化的最小均方解调算法,提升了检测环路的解调信噪比。最后,采用本文提出的基于模态反转与神经网络学习零偏自校准方法和基于多目标参数优化的MEMS陀螺测控系统设计方法,以课题组自研的全对称式MEMS陀螺为对象,研制了 MEMS陀螺零偏在线自校准系统硬件平台。测试实验结果显示,MEMS陀螺的零偏不稳定性由23.76°/h和19.8°/h降低为2.7072°/h,角度随机游走分别为0.0071°/（?）和 0.0122°/（?）降低至 0.0013°/（?）,刻度因子从 17.7mV/（°/s）提高到23mV/（°/s）,刻度因子的非线性度从84.52ppm降低到61.56ppm,带宽从23Hz提高至101Hz。本文的工作为提升MEMS陀螺的零偏稳定性提供了一条全新有效的技术手段,对高精度MEMS陀螺的后续研究也具有一定参考价值。
欧芬兰[4]（2019）在《圆片级真空封装蝶翼式微陀螺优化设计》文中研究说明陀螺仪是智能系统的关键组成部分之一,它能够测量运动载体相对于惯性空间旋转角速度运动参数,被广泛的应用于军事和民用领域。MEMS微陀螺具有尺寸小、可靠性高、功耗低、成本低、易于批量制造等优势,特别适用于需求量大、追求成本低的应用领域,因而受到了各国的高度重视。本论文以蝶翼式微陀螺作为研究对象,为提高陀螺性能并适应大尺寸圆片级真空封装批量化工艺,对其结构尺寸进行小型化改进设计。论文从动力学理论分析、非线性振动系统理论建模、结构优化设计、容差能力分析、正交误差控制等方面开展了研究,主要研究内容如下:1、以圆片级真空封装蝶翼式微陀螺为研究对象,完成了蝶翼式微陀螺敏感结构的整体优化设计,阐述了蝶翼式微陀螺敏感结构的工作原理,建立了蝶翼式微陀螺关于驱动振动幅值和灵敏度等主要参数的理论模型;在此基础上,获得了蝶翼式微陀螺的理论性能参数,为后续结构优化设计建立了设计目标;介绍了陀螺非线性振动系统原理,并建立了蝶翼式微陀螺驱动模态和检测模态的非线性理论模型。2、对蝶翼式微陀螺的振动梁进行了优化设计和容差能力分析。蝶翼式微陀螺的整体尺寸缩减5.6倍,导致振动梁对工艺误差更加敏感。论文研究了蝶翼式微陀螺加工工艺误差对零偏不稳定性的影响机理,定量分析了振动斜梁主要误差与陀螺主要性能指标之间的内在关系;通过优化蝶翼式微陀螺振动梁截面形状,合理设计加工工艺方案,获得了具有较强工艺容差能力的蝶翼式敏感结构;并通过仿真分析确定了优化后的振动梁结构尺寸。3、提出了一种新型的折叠梁式应力释放结构,在显着改善结构对称性的同时获得了较好的应力释放效果。理论分析了驱动和检测模态频率与频差等陀螺的固有特性随环境温度变化而发生的变化,研究了热应力、结构应力、温度变化等因素对蝶翼式微陀螺性能的影响;对比分析了多种应力释放结构,提出了一种折叠梁式应力释放结构;通过仿真分析,确定了应力释放结构的最优尺寸参数。4、提出了采用静电修调抑制蝶翼式微陀螺正交误差的方法,有效提升了陀螺零偏不稳定性。正交误差信号导致的零偏输出信号与陀螺实际角速度检测输出信号混杂在一起,严重影响陀螺的信噪比,限制陀螺性能的提升。论文分析了蝶翼式微陀螺的正交误差的产生及其对陀螺零偏不稳定性的影响机理,建立了陀螺模态耦合误差模型;通过分析加工工艺对陀螺正交误差和灵敏度的影响程度,提出了基于正交误差静电修调的方法来实现对蝶翼式微陀螺的正交误差的抑制。5、完成了蝶翼式微陀螺敏感结构的制造,并对其主要特征参数进行了测试。对陀螺尺寸误差、谐振频率、Q值、正交误差量等敏感结构固有特征参数的重复性和一致性进行了测试与评估验证了工艺容差设计的合理性;对陀螺样机进行了热应力实验和静电修调实验,验证了折叠梁式应力释放结构和正交误差静电修调方法的有效性;对陀螺样机的非线性振动效应进行了测试,验证了蝶翼式陀螺非线性振动理论的准确性;最后,对陀螺样机整体性能进行了测试,蝶翼式微陀螺的零偏不稳定性达到了0.56o/h（Allan方差）。
苗桐侨[5]（2018）在《小型化蝶翼式硅微陀螺非线性振动及模态耦合特性研究》文中提出随着微机械电子系统（MEMS）的迅猛发展,MEMS陀螺已经广泛应用于航空航天、惯性导航、智能电子、汽车安全等军用和民用领域。蝶翼式MEMS陀螺具备易于加工、灵敏度高、环境适应性强等优点,逐步成为MEMS陀螺领域的重要研究方向。小型化设计对于蝶翼式MEMS陀螺缩小体积、降低成本和功耗、提升产量至关重要,但是由于陀螺整体尺寸的减小,非线性振动和模态耦合现象凸显。陀螺工作模态的非线性振动将导致固有频率发生较大幅度漂移,限制了陀螺机械灵敏度的进一步提升,抑制陀螺各工作模态的非线性振动成为进一步提升机械灵敏度的关键。模态耦合是指两个振动模态在某一振动模态下的振动输入导致另一振动模态下的响应。一方面,陀螺工作模态之间的耦合需要进行抑制,因为这种耦合效应导致陀螺检测的正交误差;另一方面,巧妙利用陀螺非工作模态与工作模态之间的耦合进行边带激励可以有效改善陀螺的动态特性。但目前对于MEMS陀螺非线性振动及模态耦合的研究鲜有报道。因此本文首先设计并加工了一种小型化蝶翼式MEMS陀螺,其次分析了各工作模态非线性振动特性,提出了从陀螺设计的角度抑制工作模态非线性振动的方法,然后研究了工作模态之间的耦合机理,提出了一种基于模态解耦的正交误差抑制方法,最后研究了边带激励特性,提出了一种基于边带激励的检测模态品质因数（Q值）调节方法。主要内容包括:1.介绍了小型化蝶翼式MEMS陀螺设计加工及工作原理。概述了陀螺的结构及工作原理,分析了动态特性,确定了关键尺寸并与传统蝶翼式MEMS陀螺进行对比,介绍了加工工艺。2.研究了小型化蝶翼式MEMS陀螺的非线性振动特性。介绍了工作模态非线性振动产生机理,分别对工作模态的非线性振动进行了建模与分析,提出从陀螺设计的角度抑制工作模态非线性振动的方法。3.研究了小型化蝶翼式MEMS陀螺正交误差及其抑制方法。介绍了正交误差和零偏输出的产生机理,分析了正交误差对零偏输出的影响机理,提出基于模态解耦的正交误差抑制方法。4.研究了基于边带激励的小型化蝶翼式MEMS陀螺检测模态Q值调控方法。介绍了边带激励产生机理,对边带激励进行理论建模与分析,提出基于边带激励的检测模态Q值调节方法。
李文印[6]（2018）在《切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计理论与加工工艺研究》文中提出陀螺是测量运动载体旋转角速度的仪器,是惯性导航系统中重要的组成部分,在军用与民用领域都有广泛的应用。微机械陀螺是一种很有发展潜力的陀螺,与传统的陀螺相比,具有体积小、功耗低、集成度高、易于批量化生产等优点,在航空航天、无人控制、消费电子等领域都有巨大的应用前景。国外对微机械陀螺研究起步较早,目前市面上已经有高性能的微机械陀螺产品。但国外在微机械陀螺的产品与相关技术方面对我国严格控制,迫使我们必需研发具有自主知识产权的高性能微机械陀螺产品,打破国外的垄断与封锁。因此,研制高性能的微机械陀螺具有重要的战略意义。本实验室针对蝶翼式硅微陀螺开展了多年的研究,取得了丰硕的成果。但目前所研制的蝶翼式硅微陀螺采用法向静电力驱动,陀螺驱动模态的振动存在法向分量,使得驱动振幅与电容间隙互相制约,限制了性能的进一步提升。基于这一问题,本文提出了一种切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺结构,并对其工作原理、结构设计、加工工艺与误差分析等开展了研究,主要研究内容如下:1、切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺的基本工作原理。介绍了法向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺结构,结合静电吸合效应,分析了驱动振幅与电容间隙的相互限制;研究了切向静电力产生机理,基于切向静电力的产生条件,设计了切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺结构,分析了矩形梁结构的力学特性;分析了切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺的动态特性,包括机械灵敏度与机械热噪声,分析了切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺在灵敏度提升与机械热噪声抑制方面的优势;介绍了基于自动增益控制的驱动回路恒幅控制与检测信号的微弱电容检测方法。2、切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计。设计了驱动梳齿,包括驱动梳齿的分布方式、驱动梳齿的长度与宽度,在结构尺寸一定的条件下最大限度的增大机械灵敏度,减小边缘效应的影响;仿真分析了不同结构参数条件下陀螺的模态频率,根据仿真结果确定了结构关键尺寸;结合结构尺寸与所需要的静电力大小,确定了陀螺所能达到的最大驱动振幅;在“硅结构-玻璃电极”两层结构的基础上,设计了基于玻璃回流工艺的“TGV衬底-硅-TGV衬底”三层全对称结构,并分析了所设计陀螺的理论性能。3、切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺关键加工工艺研究。根据所设计的陀螺结构,设计了加工工艺流程,并对其关键加工工艺开展了研究,通过硅敏感结构加工工艺的研究保证了敏感结构加工精度,通过TGV衬底加工工艺的研究保证了衬底的加工质量,通过圆片级真空封装工艺研究,保证了三层键合强度,实现了双面引线,为切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺提供了工艺保障。4、切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺误差分析。分析了硅敏感结构的厚度误差、矩形梁尺寸误差、矩形梁侧壁陡直度误差对模态频率的影响规律,确定了误差范围;分析了法向静电力误差来源,研究了三层全对称结构对法向静电力误差的抑制效果;分析了环境温度误差对陀螺灵敏度的影响,研究了静电负刚度效应对环境温度误差的抑制作用;研究了非线性误差对驱动振幅的影响规律,揭示了结构非线性对驱动振幅的主要抑制作用。5、切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺性能测试。测试了器件级封装切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺的性能,其驱动与检测模态频率分别为3268Hz与3477Hz,对应的Q值分别为14296与4084,与法向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺相对比,标度因数提升了19倍;测试了圆片级封装切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺的封装气密性,检测模态的Q值为53,经标定后气密性在200Pa到240Pa之间。
邢朝洋[7]（2017）在《高性能MEMS惯性器件工程化关键技术研究》文中指出MEMS惯性技术的发展把基于旋转和非旋转的惯性器件从宏观概念向微观世界推进了一大步。近年来,特别是微纳加工技术与振动惯性技术的有机结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,因而大大拓展了惯性技术在军用和民用领域中的应用[1]。高性能MEMS惯性器件将对国民经济和军事装备起到越来越大的作用。论文针对工程应用需求,对两种典型的MEMS惯性器件——MEMS陀螺仪和MEMS加速度计的设计、工艺、电路、测试及应用方法等工程化关键技术进行了研究。论文的主要研究内容和研究成果如下:开展了双质量线振动MEMS陀螺仪和“三明治”式MEMS加速度计的结构机理与方案研究。解决了MEMS陀螺仪大角速率输入下的频率漂移及由此引起的线性度问题,提出了一种机械及热应力隔离结构,改善了MEMS敏感结构的力学特性和温度特性。开展了高精度体硅MEMS干法和湿法工艺加工技术研究,提出MEMS敏感结构工艺参数晶圆级在线控制方法,建立了微精密结构与工艺参数的影响关系模型,实现MEMS陀螺敏感结构谐振频率关键参数的在线控制,提高了加工精度和成品率。解决了三层MEMS结构键合、腔体结构划切、高Q值真空封装、低应力粘接等工艺关键技术,开展了键合质量在线检测技术研究。开展了MEMS惯性仪表系统级仿真研究,加快了MEMS惯性仪表设计验证进程。开展了陀螺仪检测轴闭环、模态匹配等闭环工作,提高仪表精度。开展了MEMS加速度计静电力负刚度研究,实现了非最小相位系统闭环控制。开展了MEMS惯性仪表的温度误差建模与补偿工作研究。开展了MEMS惯性仪表的力学环境适应性和空间环境适应性研究,通过复合力学环境试验确定各类力学环境对MEMS惯性仪表的影响,开展了仪表减振设计;开展了MEMS惯性仪表敏感结构测试及整表测试技术研究,为提高测试效率开展了自动化测试研究。成功研制了多种MEMS惯性仪表的工程样机和应用产品,开展了MEMS惯性器件应用研究工作。大量程MEMS陀螺仪在高速旋转导弹型号取得批量应用。解决了偏航MEMS角速度传感器交叉耦合、力学环境适应性、波形畸变等问题,偏航角速度传感器成功应用于旋转导弹阻尼回路。突破宇航应用可靠性和空间环境适应性技术,MEMS加速度计在“玉兔号”月球车上取得应用,实现了国产MEMS惯性仪表唯一深空探测应用。实现MEMS陀螺仪和MEMS加速度计产品在XY-2卫星平台测振应用。
张睿[8]（2017）在《基于智能控制技术的微惯性器件误差抑制方法研究》文中研究指明微机械惯性传感器因其体积小、功耗低、成本低、容易与处理电路集成等优点,在消费电子类产品和低精度军事领域得到了广泛应用。但由于其信号非常微弱,且易受环境影响,导致器件精度较低,大大限制了其发展前景。针对这一问题,本论文从微机械惯性传感器的驱动控制方案入手,设计了一种基于智能控制技术的微惯性器件驱动控制方案,力图在实现驱动控制的同时,抑制环境温度变化带来的误差、正交误差和外部干扰,达到提高微机械惯性传感器性能的目的。具体研究内容如下:1.微惯性器件的动力学特性及误差源分析。明确了振动式硅微机械陀螺和谐振式硅微加速度计的工作原理,并在此基础上对它们进行了动力学分析,建立了比较理想的动力学方程;同时,对振动式硅微机械陀螺的正交误差和温度误差、谐振式硅微加速度计的非线性误差和温度误差的误差机理进行了分析。2.微惯性器件的驱动方案设计。介绍了微惯性器件驱动控制中常用的频率控制回路和振幅控制回路,及其典型的驱动控制方案。并在此基础上,选择锁相环电路作为频率控制回路,设计了基于智能控制技术的振幅控制回路,最后形成一种新的驱动控制方案。这种方案在实现驱动控制的同时能够抑制温度误差和外部干扰。3.基于非线性控制器的误差抑制技术。本文中微惯性器件驱动方案的优劣主要取决于控制器的性能。非线性控制是智能控制的基础,因此,考虑温度误差、正交误差和外部干扰,设计了可实现振幅控制的滑模控制器和自适应滑模控制器。并通过Simulink仿真比较,温变过程中,传统驱动控制方案和基于非线性控制器的驱动控制方案的陀螺检测模态的响应信号,验证了新方案对温度误差、正交误差和外部干扰的抑制作用。4.基于智能控制器的误差抑制技术。将非线性控制器“升级”为自适应模糊滑模控制器,实现了振幅控制,并通过与传统驱动控制方案的检测模态响应信号进行对比,验证了其对温度误差、正交误差和外部干扰的抑制作用。另外,为保证误差快速收敛,提出了快速收敛的自适应模糊滑模控制策略,将收敛时间从0.5ms缩短到了0.3ms。
侯占强[9]（2012）在《蝶翼式微陀螺零偏稳定性提升关键技术研究》文中研究表明陀螺仪是测量运载体角运动的传感器，是惯性导航系统的基础核心器件之一，在军事和民用领域都具有非常重要的应用价值。与传统的机械转子陀螺、静电陀螺、激光陀螺和光纤陀螺相比，微机电陀螺具有体积小、成本低、功耗低、易于批量化生产等显着特点，在制导弹药、无人作战系统等武器装备中具有广泛的应用前景。国外对高性能微机电陀螺实行产品和技术的严格控制，而目前我国研制的微机电陀螺整体水平与应用需求还存在较大差距。作为陀螺仪的核心技术指标之一，零偏稳定性的提升是高性能微机电陀螺研制的关键技术。微机电陀螺虽然体积小，结构相对简单，却是一个非常复杂的机电耦合系统。其结构精度容易受设计水平、制造误差等条件限制，同时在工程应用中又会面临温变、振动冲击等复杂环境，零偏稳定性的形成机理非常复杂。本实验室针对国内武器装备对微机电陀螺的迫切需求，研制了一种蝶翼式硅微陀螺。掌握了该微陀螺的结构设计、加工工艺和信号检测等基本理论和关键技术，成功研制了原理样机。本论文以蝶翼式微陀螺为对象，围绕微机电陀螺零偏稳定性的提升方法开展研究，重点解决蝶翼式微陀螺的模态耦合误差、结构应力、制造误差等关键问题，为我国发展高性能微机电陀螺提供新的设计理论和方法。主要研究内容如下：1.介绍了蝶翼式微陀螺的总体结构和工作原理，并对其动态特性和测控技术进行了系统研究。重点推导了各向异性条件下平行四边形截面支撑梁的弯曲刚度和扭转刚度，理论分析了蝶翼式微陀螺的系统阻尼、驱动力矩和哥氏力矩。建立了微陀螺工作模态频率的理论模型和动力学方程，得到了机械灵敏度、带宽等动力学特性的解析表达式。采用了基于双正弦载波的微弱电容检测方法和基于PID振动幅值控制的闭环驱动方法，成功地实现了驱动信号和检测信号的分离。最终得出了理想情况下蝶翼式微陀螺角速度输出信号的理论模型。2.研究了蝶翼式微陀螺零偏稳定性产生机理及其主要误差来源。建立了蝶翼式微陀螺的模态耦合误差模型，主要包括：静电力耦合误差、哥氏力耦合误差、驱动-检测振动耦合误差、检测-驱动振动耦合误差。分别研究了结构误差、电路误差和环境误差等确定性误差对蝶翼式微陀螺零偏稳定性的影响规律。3.研究了蝶翼式微陀螺加工过程中形成的结构应力及其对微陀螺零偏稳定性的影响规律，并对微陀螺结构进行了优化设计。理论分析了静电吸合效应、轴向热应力、贴片封装应力对蝶翼式微陀螺结构变形和动态特性的影响规律。通过悬臂梁和双端固支梁结构的对比，建立了蝶翼式微陀螺自由状态下和轴向热应力作用下模态频率的理论模型。分别设计了蝶翼式微陀螺的应力释放槽结构、弹性支撑框架结构以及基于材料补偿方法的应力平衡结构。改进后，微陀螺接口电容、模态频率、品质因子和零偏输出的温度特性得到了明显提升。4.研究了蝶翼式微陀螺的结构制造误差及其对零偏稳定性的影响规律，并采用激光微加工的方法对结构误差进行了精密修形实验。重点分析了材料几何形状误差和制造过程中的对准误差及湿法腐蚀加工误差对微陀螺结构加工精度和零偏稳定性的影响规律。研究了蝶翼式微陀螺结构制造误差精密修形的工作原理，并采用紫外激光微加工系统对蝶翼式微陀螺的敏感结构进行了精密修形实验。激光修形后，微陀螺的模态耦合误差显着减小。5.对改进前后蝶翼式微陀螺的主要性能指标进行了对比测试，主要包括标度因数、标度因数非线性度、标度因数温度系数、零偏稳定性、零偏温度灵敏度等。测试结果表明，微陀螺的标度因数非线性、标度因数温度系数、短时启动下的零偏稳定性以及零偏温度灵敏度都得到了大幅提升。
善盈盈,卢德林[10]（2012）在《典型MEMS器件结构优化设计平台》文中进行了进一步梳理设计一种适用于典型MEMS器件结构优化设计的通用平台系统MEMS Platform（简称MP）。该平台采用了柔性模块的设计理念,将整个优化设计过程分解成参数化建模、性能仿真、优化前后处理、优化算法选择与设计、优化结果输出等5个独立功能单元,解决了典型MEMS器件结构设计中经常出现的实际性能失真、优化计算过程复杂、计算量大等问题,具有较好的实际应用及再开发价值。
二、音叉电容式微机械陀螺的误差源分析与消除（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、音叉电容式微机械陀螺的误差源分析与消除（论文提纲范文）
（1）车载微振动陀螺仪的结构设计与仿真分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 微振动陀螺仪的概述 |
| 1.2.1 微振动陀螺仪的分类和性能 |
| 1.2.2 微振动陀螺仪的特点 |
| 1.2.3 微振动陀螺仪在汽车上的应用与技术指标 |
| 1.3 微振动陀螺仪国内外研究现状 |
| 1.3.1 微振动陀螺仪国外研究现状 |
| 1.3.2 微振动陀螺仪国内研究现状 |
| 1.4 研究目的及意义 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 2 微振动陀螺仪的动态特性分析 |
| 2.1 科氏效应 |
| 2.2 典型单质量微振动陀螺仪的动力学特性分析 |
| 2.2.1 微振动陀螺仪的机械灵敏度与带宽分析 |
| 2.2.2 微振动陀螺仪的电容检测灵敏度分析 |
| 2.3 微振动陀螺仪的正交解耦方法 |
| 2.4 微振动陀螺仪的双质量驱动方法 |
| 2.5 车载微振动陀螺仪结构设计的关键点 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 双质量全解耦微振动陀螺仪的结构设计与仿真 |
| 3.1 微振动陀螺仪的双质量全解耦方案设计 |
| 3.1.1 整体方案设计 |
| 3.1.2 支撑解耦弹簧设计 |
| 3.1.3 双质量驱动与检测耦合弹簧设计 |
| 3.1.4 整体结构布局设计 |
| 3.2 微振动陀螺仪的动力学理论分析 |
| 3.2.1 微振动陀螺仪的等效动力学模型 |
| 3.2.2 微振动陀螺仪的模态匹配设计 |
| 3.3 微振动陀螺仪的有限元仿真分析 |
| 3.3.1 模态分析 |
| 3.3.2 谐响应分析 |
| 3.3.3 重力影响分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 二自由度检测微振动陀螺仪的结构设计与仿真 |
| 4.1 二自由度检测微振动陀螺仪的动力学理论分析 |
| 4.1.1 检测系统的特征频率分析 |
| 4.1.2 检测系统的增益与带宽分析 |
| 4.1.3 检测系统的频响分析 |
| 4.2 二自由度检测微振动陀螺仪的结构设计 |
| 4.2.1 整体方案设计 |
| 4.2.2 驱动与检测的模态匹配设计 |
| 4.2.3 检测质量的位移响应分析 |
| 4.3 二自由度检测微振动陀螺仪的鲁棒性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）硅微机械轴对称陀螺测控技术与性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 微机械陀螺测控技术研究现状 |
| 1.2.1 微机械陀螺测控技术概述 |
| 1.2.2 速率模式测控技术的国外研究现状 |
| 1.2.3 速率模式测控技术的国内研究现状 |
| 1.3 关键性能指标 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 1.4.1 尚存在的问题 |
| 1.4.2 本论文研究内容 |
| 第二章 圆盘式微机械陀螺的基础理论 |
| 2.1 陀螺结构及工作原理 |
| 2.1.1 类蛛网型圆盘陀螺结构 |
| 2.1.2 角速率检测原理 |
| 2.2 动力学模型与稳态响应 |
| 2.2.1 运动方程 |
| 2.2.2 稳态响应 |
| 2.2.3 振动特性参数测量 |
| 2.3 基本工作模式 |
| 2.3.1 速率积分模式 |
| 2.3.2 速率模式 |
| 2.3.3 速率积分与速率模式的差异 |
| 2.4 速率模式下的驱动与检测技术 |
| 2.4.1 静电驱动及电容检测方式 |
| 2.4.2 驱动模态控制技术 |
| 2.4.3 敏感模态检测技术 |
| 2.4.4 模态匹配技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 零偏误差形成机制与影响因素分析 |
| 3.1 零偏的形成机制分析 |
| 3.1.1 零偏组成 |
| 3.1.2 零偏的形成机制 |
| 3.1.3 零偏对检测精度的影响分析 |
| 3.2 结构不对称性引起的误差分析 |
| 3.2.1 振型偏转的耦合干扰 |
| 3.2.2 振型偏转的电极校正 |
| 3.3 馈通电容引起的误差分析 |
| 3.3.1 电馈通误差 |
| 3.3.2 EAM检测对电馈通的抑制 |
| 3.4 测控电路引起的误差分析 |
| 3.4.1 电路相移误差 |
| 3.4.2 电路噪声误差 |
| 3.4.3 检测电容失配引起的误差 |
| 3.5 环境温度引起的误差分析 |
| 3.5.1 温度对标度因数的影响 |
| 3.5.2 频率和Q值的温度特性测试 |
| 3.5.3 温度补偿方法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 FTR闭环检测对零偏稳定性的提升分析 |
| 4.1 开环检测 |
| 4.1.1 系统架构 |
| 4.1.2 传递函数分析 |
| 4.1.3 标度因数及带宽 |
| 4.2 力平衡闭环检测(FTR) |
| 4.2.1 系统架构 |
| 4.2.2 传递函数分析 |
| 4.2.3 标度因数及带宽 |
| 4.2.4 对频率裂解的抑制 |
| 4.3 数值计算对比分析 |
| 4.3.1 系统特性的对比分析 |
| 4.3.2 开环对检测输出的影响 |
| 4.3.3 FTR闭环对检测输出的影响 |
| 4.4 系统仿真验证 |
| 4.5 实验结果及分析 |
| 4.5.1 实验平台 |
| 4.5.2 标度因数测量 |
| 4.5.3 带宽测量 |
| 4.5.4 零偏测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 FTR闭环下电路相移对零偏的影响及抑制方法 |
| 5.1 FTR闭环的相位分析 |
| 5.1.1 相位模型 |
| 5.1.2 相移对检测输出的影响 |
| 5.2 电路相移补偿 |
| 5.2.1 电路相移的计算 |
| 5.2.2 相移补偿 |
| 5.3 实验结果及分析 |
| 5.3.1 电路相移计算与验证 |
| 5.3.2 零偏的性能比较 |
| 5.3.3 温度灵敏度 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 FTR闭环下系统噪声对零偏的影响及抑制方法 |
| 6.1 EAM下的噪声馈通分析 |
| 6.2 FTR闭环的噪声模型 |
| 6.2.1 噪声传递函数 |
| 6.2.2 噪声等效角速率 |
| 6.2.3 数值计算 |
| 6.3 噪声优化方法 |
| 6.3.1 增益对噪声的影响 |
| 6.3.2 各项噪声的优化方法 |
| 6.4 噪声系统仿真 |
| 6.5 实验结果及分析 |
| 6.5.1 馈通系数的测量 |
| 6.5.2 主要噪声源测量与分析 |
| 6.5.3 馈通噪声的优化 |
| 6.5.4 零偏的性能比较 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（3）MEMS陀螺零偏在线自校准方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 MEMS陀螺表芯结构发展现状 |
| 1.2.1.1 正交模态MEMS陀螺发展现状 |
| 1.2.1.2 退化模态MEMS陀螺发展现状 |
| 1.2.2 MEMS陀螺数字测控系统发展现状 |
| 1.2.3 MEMS陀螺自校准技术研究现状 |
| 1.2.3.1 双斜坡(Dual Ramp)法研究现状 |
| 1.2.3.2 系统级信号建模补偿算法研究现状 |
| 1.2.3.3 虚拟驱动力法 |
| 1.2.3.4 虚拟科氏力法 |
| 1.2.3.5 模态反转法 |
| 1.3 论文主要内容 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第二章 MEMS陀螺动力学及测控理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 MEMS陀螺基本动力学分析 |
| 2.2.1 科里奥利效应 |
| 2.2.2 MEMS陀螺敏感结构力学特性 |
| 2.2.3 阻尼 |
| 2.2.4 动态模型分析 |
| 2.3 MEMS陀螺驱动检测环路测控方法 |
| 2.3.1 梳齿电容驱动检测原理 |
| 2.3.2 驱动环路测控方法 |
| 2.3.3 检测环路测控方法 |
| 2.3.4 角速率信号解调方法 |
| 2.3.4.1 乘法解调 |
| 2.3.4.2 最小均分解调 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 MEMS陀螺零偏误差模型及影响分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 MEMS陀螺表芯结构 |
| 3.3 MEMS陀螺加工工艺 |
| 3.4 工艺误差建模及影响分析 |
| 3.4.1 刚度不均衡对零偏误差的影响 |
| 3.4.2 阻尼不均衡对零偏误差的影响 |
| 3.4.3 质量不均衡对零偏误差的影响 |
| 3.4.4 静电激励力不均衡对零偏误差的影响 |
| 3.5 电参数误差建模及影响分析 |
| 3.5.1 寄生电容耦合对零偏误差的影响 |
| 3.5.2 相位误差对零偏误差的影响 |
| 3.6 MEMS陀螺零偏误差模型 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 MEMS陀螺零偏自校准理论及测控系统研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于正交模态的双MEMS陀螺模态反转零偏自校准方法研究 |
| 4.2.1 模态反转零偏自校准理论研究 |
| 4.2.2 基于正交模态的双MEMS陀螺模态反转算法及测控系统设计 |
| 4.3 基于神经网络学习的零偏自校准模型及算法研究 |
| 4.3.1 基于神经网络学习的零偏自校准模型 |
| 4.3.2 基于零偏误差特征提取的阈值去噪方法理论 |
| 4.3.2.1 零偏误差信号分解及特征提取算法 |
| 4.3.2.2 基于零偏误差信号特征的阈值去噪算法 |
| 4.3.3 基于集成神经网络学习Bagging-ELM的零偏自校准算法 |
| 4.3.3.1 基于极限学习机的神经网络学习算法 |
| 4.3.3.2 基于Bagging方法的神经网络集成算法 |
| 4.4 基于多参数优化的MEMS陀螺自校准数字测控系统设计 |
| 4.4.1 驱动模态闭环测控环路设计研究 |
| 4.4.1.1 基于自动增益控制的驱动幅值控制方法 |
| 4.4.1.2 基于锁相环的驱动频率与相位控制方法 |
| 4.4.2 检测模态力反馈闭环测控环路设计研究 |
| 4.4.2.1 基于线性传输函数的检测模态环路模型 |
| 4.4.2.2 基于遗传算法和蒙特卡洛分析的多环路参数优化方法研究 |
| 4.4.2.3 基于自适应矩估计优化的最小均方解调算法 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 MEMS陀螺零偏自校准系统实现与验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 MEMS陀螺自校准系统硬件平台设计及实现 |
| 5.3 MEMS陀螺自校准系统算法设计实现 |
| 5.3.1 基于神经网络学习的自校准算法设计实现 |
| 5.3.2 基于自适应矩估计的最小均方解调算法设计实现 |
| 5.4 MEMS陀螺实验测试系统 |
| 5.5 MEMS陀螺性能指标测试与分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 博士研究生期间发表学术论文情况 |
| 附录B 博士研究生期间获奖情况 |
（4）圆片级真空封装蝶翼式微陀螺优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景和意义 |
| 1.2 国外研究现状 |
| 1.3 国内研究现状 |
| 1.4 本单位研究基础 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第二章 圆片级真空封装蝶翼式微陀螺理论基础 |
| 2.1 蝶翼式微陀螺的结构设计 |
| 2.1.1 微陀螺的整体结构设计 |
| 2.1.2 微陀螺的工作模态 |
| 2.2 蝶翼式微陀螺的动态特性 |
| 2.2.1 主轴方位角 |
| 2.2.2 驱动力矩与哥氏力矩 |
| 2.2.3 动态特性分析 |
| 2.3 蝶翼式微陀螺的性能参数计算 |
| 2.4 蝶翼式微陀螺的非线性振动现象研究 |
| 2.4.1 陀螺模态非线性振动原理 |
| 2.4.2 驱动模态的非线性建模 |
| 2.4.3 检测模态的非线性建模 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 蝶翼式微陀螺振动斜梁结构优化设计 |
| 3.1 振动斜梁的设计分析 |
| 3.1.1 振动斜梁截面类型 |
| 3.1.2 斜梁截面的主轴方位角 |
| 3.1.3 主轴方位角与灵敏度的关系 |
| 3.2 加工工艺误差对陀螺主轴方位角影响分析 |
| 3.3 斜梁截面容差能力对比 |
| 3.3.1 硅厚度误差分析 |
| 3.3.2 刻蚀深度误差分析 |
| 3.3.3 上端宽度误差分析 |
| 3.3.4 底端宽度误差分析 |
| 3.3.5 深硅刻蚀角度偏差分析 |
| 3.3.6 容差能力对比分析总结 |
| 3.4 六边形斜梁截面具体尺寸优化设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 蝶翼式微陀螺应力释放结构优化设计 |
| 4.1 蝶翼式微陀螺的热应力分析 |
| 4.1.1 微陀螺的应力形成原理 |
| 4.1.2 微陀螺斜梁的热应力变形 |
| 4.2 蝶翼式微陀螺的轴向应力影响 |
| 4.2.1 轴向应力对陀螺频率的影响 |
| 4.2.2 轴向应力对陀螺灵敏度的影响 |
| 4.3 蝶翼式微陀螺的应力释放结构设计 |
| 4.3.1 折叠梁式应力释放结构设计 |
| 4.3.2 折叠梁式应力释放结构具体尺寸设计 |
| 4.3.3 全温区热应力释放效果仿真分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 蝶翼式微陀螺正交误差抑制方法研究 |
| 5.1 蝶翼式微陀螺的正交误差 |
| 5.1.1 正交误差形成原理 |
| 5.1.2 正交误差对零偏输出影响原理 |
| 5.2 工艺误差对正交误差的影响 |
| 5.2.1 斜梁宽度误差 |
| 5.2.2 斜梁腐蚀深度误差 |
| 5.2.3 斜梁腐蚀角度误差 |
| 5.2.4 应力释放梁宽度误差 |
| 5.2.5 质量块侧蚀误差 |
| 5.3 正交误差抑制方法 |
| 5.3.1 电极结构的优化设计 |
| 5.3.2 正交误差控制理论分析 |
| 5.3.3 正交误差控制仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 蝶翼式微陀螺样机研制和性能测试 |
| 6.1 蝶翼式微陀螺加工工艺方案设计 |
| 6.1.1 加工工艺步骤设计 |
| 6.1.2 加工工艺关键难点 |
| 6.1.3 陀螺样机的加工实物 |
| 6.1.4 陀螺样机的真空度标定 |
| 6.2 蝶翼式微陀螺性能参数测量 |
| 6.2.1 结构尺寸误差测量 |
| 6.2.2 谐振频率和Q值测量 |
| 6.3 蝶翼式微陀螺热应力测试 |
| 6.4 蝶翼式微陀螺静电修调测试 |
| 6.4.1 陀螺测控电路设计 |
| 6.4.2 陀螺正交误差静电修调测试 |
| 6.5 蝶翼式微陀螺非线性测试 |
| 6.6 蝶翼式微陀螺零偏不稳定性性能测试 |
| 6.6.1 陀螺标度因数测试 |
| 6.6.2 陀螺零偏不稳定性测试 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（5）小型化蝶翼式硅微陀螺非线性振动及模态耦合特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 MEMS陀螺研究综述 |
| 1.3 国内外MEMS陀螺非线性振动及模态耦合研究综述 |
| 1.3.1 非线性振动研究综述 |
| 1.3.2 模态耦合研究综述 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 小型化蝶翼式MEMS陀螺设计加工及工作原理 |
| 2.1 陀螺总体结构与工作原理 |
| 2.1.1 陀螺总体结构 |
| 2.1.2 陀螺工作原理 |
| 2.2 陀螺动态特性分析 |
| 2.2.1 驱动力矩与哥氏力矩 |
| 2.2.2 动态特性分析 |
| 2.3 陀螺关键尺寸确定与对比 |
| 2.3.1 陀螺关键尺寸确定 |
| 2.3.2 陀螺关键尺寸对比 |
| 2.4 陀螺加工工艺 |
| 2.4.1 主要工艺流程简介 |
| 2.4.2 结构层加工工艺 |
| 2.4.3 电极层加工工艺 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 小型化蝶翼式MEMS陀螺非线性振动特性研究 |
| 3.1 MEMS陀螺非线性振动产生机理 |
| 3.1.1 机械非线性 |
| 3.1.2 电容非线性 |
| 3.2 驱动模态非线性振动建模与分析 |
| 3.2.1 动力学建模 |
| 3.2.2 动态特性分析 |
| 3.3 检测模态非线性振动建模与分析 |
| 3.3.1 动力学建模 |
| 3.3.2 动态特性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 小型化蝶翼式MEMS陀螺正交误差分析与抑制 |
| 4.1 MEMS陀螺的正交误差和零偏输出 |
| 4.1.1 正交误差及其产生机理 |
| 4.1.2 零偏输出及其产生机理 |
| 4.2 正交误差对零偏输出的影响机理 |
| 4.2.1 正交误差的理论建模与分析 |
| 4.2.2 正交误差的仿真分析 |
| 4.2.3 正交误差对零偏输出的影响机理 |
| 4.3 基于模态解耦的正交误差抑制方法 |
| 4.3.1 理论建模与分析 |
| 4.3.2 仿真分析 |
| 4.3.3 实验验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于边带激励的小型化蝶翼式MEMS陀螺检测模态Q值调控方法 |
| 5.1 MEMS陀螺边带激励产生机理 |
| 5.1.1 Stokes泵及其产生机理 |
| 5.1.2 anti-Stokes泵及其产生机理 |
| 5.2 边带激励的理论建模与分析 |
| 5.2.1 动力学建模 |
| 5.2.2 动态特性分析 |
| 5.3 基于边带激励的检测模态Q值调节方法 |
| 5.3.1 Q值放大 |
| 5.3.2 Q值缩小 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（6）切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计理论与加工工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与研究意义 |
| 1.2 国外研究综述 |
| 1.2.1 静电力驱动方式研究 |
| 1.2.2 加工工艺研究 |
| 1.3 国内研究综述 |
| 1.3.1 静电力驱动方式研究 |
| 1.3.2 加工工艺研究 |
| 1.4 实验室研究基础 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第二章 切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺基础理论 |
| 2.1 法向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺简介 |
| 2.1.1 结构简介 |
| 2.1.2 存在不足 |
| 2.2 切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺工作原理 |
| 2.2.1 平行板电容器静电力分析 |
| 2.2.2 总体结构及工作模态 |
| 2.2.3 敏感结构力学特性分析 |
| 2.3 切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺动态特性分析 |
| 2.3.1 电容灵敏度分析 |
| 2.3.2 机械热噪声分析 |
| 2.4 驱动控制与信号检测方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计 |
| 3.1 驱动梳齿设计 |
| 3.1.1 驱动梳齿分布方式设计 |
| 3.1.2 驱动梳齿长度设计 |
| 3.1.3 驱动梳齿宽度设计 |
| 3.2 敏感结构关键尺寸设计 |
| 3.3 驱动振幅分析 |
| 3.4 基于TGV的三层全对称结构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 关键加工工艺研究 |
| 4.1 硅敏感结构加工工艺研究 |
| 4.1.1 掩膜材料选取 |
| 4.1.2 掩膜板设计 |
| 4.1.3 刻蚀截止层材料选择 |
| 4.1.4 敏感结构加工工艺流程 |
| 4.2 TGV衬底加工工艺研究 |
| 4.2.1 玻璃回流工艺 |
| 4.2.2 硅深槽加工 |
| 4.2.3 玻璃回流关键参数研究 |
| 4.2.4 玻璃回流界面气密性验证 |
| 4.3 圆片级封装工艺研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 误差分析与抑制 |
| 5.1 硅敏感结构加工误差分析与抑制 |
| 5.1.1 敏感结构厚度误差 |
| 5.1.2 矩形梁尺寸误差 |
| 5.1.3 侧壁陡直度误差 |
| 5.1.4 加工误差抑制 |
| 5.2 法向静电力误差分析与抑制 |
| 5.2.1 “硅-电极”两层结构法向静电力误差来源 |
| 5.2.2 键合对准误差对陀螺输出的影响 |
| 5.2.3 三层全对称结构对法向静电力误差的抑制 |
| 5.3 环境温度误差分析与抑制 |
| 5.3.1 温度误差对陀螺灵敏度的影响 |
| 5.3.2 静电负刚度效应 |
| 5.3.3 静电负刚度效应对温度误差的抑制 |
| 5.4 非线性误差分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺性能测试 |
| 6.1 器件级封装陀螺性能测试 |
| 6.2 圆片级真空封装气密性测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（7）高性能MEMS惯性器件工程化关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 选题意义 |
| 1.3 国内外研究现状与发展趋势 |
| 1.3.1 国外MEMS陀螺仪研究现状与发展趋势 |
| 1.3.2 国外MEMS加速度计研究现状与发展趋势 |
| 1.3.3 国内发展现状与发展趋势 |
| 1.4 论文主要研究内容与编排 |
| 1.4.1 论文的主要研究内容 |
| 1.4.2 论文的章节编排 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 战术级工程化MEMS惯性器件结构机理与方案研究 |
| 2.1 问题的提出 |
| 2.2 MEMS陀螺仪结构方案 |
| 2.2.1 MEMS陀螺仪结构型式选择及工作原理 |
| 2.2.2 MEMS陀螺仪检测轴结构方案设计 |
| 2.2.3 MEMS陀螺仪大角速率下非线性特性研究 |
| 2.2.4 MEMS陀螺仪机械及热应力隔离结构设计 |
| 2.3 MEMS加速度计结构方案 |
| 2.3.1 MEMS加速度计结构型式选择及工作原理 |
| 2.3.2 MEMS加速度计力学模型 |
| 2.3.3 MEMS加速度计非线性误差研究 |
| 2.3.4 MEMS加速度计温度误差研究 |
| 2.3.5 全硅结构MEMS加速度计设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 战术级工程化MEMS惯性器件工艺关键技术研究 |
| 3.1 问题的提出 |
| 3.2 工艺流程设计 |
| 3.2.1 MEMS陀螺仪干法工艺流程设计 |
| 3.2.2 MEMS加速度计湿法工艺流程设计 |
| 3.3 关键工艺研究 |
| 3.3.1 腔体结构划切工艺研究 |
| 3.3.2 MEMS结构真空封装工艺研究 |
| 3.3.3 低应力封装工艺研究 |
| 3.4 工艺在线检测技术研究 |
| 3.4.1 谐振频率关键参数在线控制技术研究 |
| 3.4.2 双面光刻对准精度与在线测试技术研究 |
| 3.4.3 键合质量在线检测技术研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 战术级工程化MEMS惯性器件系统及电路关键技术研究 |
| 4.1 问题的提出 |
| 4.2 MEMS惯性器件系统仿真技术研究 |
| 4.2.1 Simulink仿真 |
| 4.2.2 多端口组件（MAST）仿真 |
| 4.3 MEMS陀螺仪电路方案研究 |
| 4.3.1 MEMS陀螺仪驱动回路设计 |
| 4.3.2 MEMS陀螺仪检测电路设计 |
| 4.4 MEMS加速度计电路方案研究 |
| 4.4.1 MEMS加速度计闭环电路方案 |
| 4.4.2 非最小相位闭环系统设计 |
| 4.5 仪表温度补偿技术研究 |
| 4.5.1 硬件温度补偿电路设计 |
| 4.5.2 软件温度补偿技术 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 战术级工程化MEMS惯性器件测试关键技术研究 |
| 5.1 问题的提出 |
| 5.2 MEMS器件测试 |
| 5.2.1 谐振结构谐振特性光学测试 |
| 5.2.2 谐振结构谐振特性电学测试 |
| 5.2.3 加速度计结构电容特性测试 |
| 5.3 仪表自动化测试技术研究 |
| 5.4 MEMS惯性器件整表性能试验 |
| 5.4.1 大量程MEMS陀螺仪性能测试 |
| 5.4.2 偏航MEMS角速度传感器性能测试 |
| 5.4.3 高性能MEMS陀螺仪性能测试 |
| 5.4.4 MEMS加速度计性能测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 MEMS惯性器件应用关键技术研究 |
| 6.1 问题的提出 |
| 6.2 旋转导弹弹旋频率测量应用研究 |
| 6.3 旋转导弹偏航角速度测量应用研究 |
| 6.4 MEMS加速度计月球车应用研究 |
| 6.5 MEMS惯性仪表卫星测振应用研究 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论及展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 论文期间完成的主要工作及创新点 |
| 7.2.1 完成的主要工作 |
| 7.2.2 论文主要创新点 |
| 7.3 后续工作的进一步设想 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）基于智能控制技术的微惯性器件误差抑制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 相关技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 振动式硅微机械陀螺研究现状 |
| 1.2.2 振动式硅微机械陀螺误差研究现状 |
| 1.2.3 谐振式硅微加速度计研究现状 |
| 1.2.4 谐振式硅微加速度计温度误差研究现状 |
| 1.3 论文研究内容和结构安排 |
| 第2章 微惯性器件动力学特性及误差源分析 |
| 2.1 微机械陀螺仪 |
| 2.1.1 振动式硅微机械陀螺的工作原理 |
| 2.1.2 振动式硅微机械陀螺的动力学分析 |
| 2.1.3 振动式硅微机械陀螺的误差分析 |
| 2.2 微机械加速度计 |
| 2.2.1 谐振式硅微加速度计的工作原理 |
| 2.2.2 谐振式硅微加速度计的动力学分析 |
| 2.2.3 谐振式硅微加速度计的误差分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 微惯性器件驱动方案设计 |
| 3.1 振动式硅微机械陀螺的驱动方案 |
| 3.1.1 振动式硅微机械陀螺的驱动电路 |
| 3.1.2 振动式硅微机械陀螺的驱动方案设计 |
| 3.2 谐振式硅微加速度计的驱动方案 |
| 3.2.1 典型的谐振式硅微加速度计的驱动电路 |
| 3.2.2 谐振式硅微加速度计的驱动方案设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 基于非线性控制器的误差抑制技术 |
| 4.1 数学基础 |
| 4.1.1 Hurwitz判据 |
| 4.1.2 Lyapunov稳定性 |
| 4.2 控制对象 |
| 4.2.1 振动式硅微机械陀螺 |
| 4.2.2 谐振式硅微加速度计 |
| 4.3 经典驱动控制方案的输出特性 |
| 4.4 滑模控制 |
| 4.4.1 滑模控制的基本原理 |
| 4.4.2 一种简单的滑模控制 |
| 4.4.3 基于趋近律的滑模控制 |
| 4.5 自适应滑模控制 |
| 4.5.1 自适应滑模控制的原理 |
| 4.5.2 控制器设计 |
| 4.5.3 仿真结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于智能控制器的误差抑制技术 |
| 5.1 模糊控制 |
| 5.1.1 模糊逻辑的基本概念 |
| 5.1.2 万能逼近定理 |
| 5.2 自适应模糊滑模控制 |
| 5.2.1 自适应模糊滑模控制的基本原理 |
| 5.2.2 控制器设计 |
| 5.2.3 仿真结果 |
| 5.3 快速收敛的自适应模糊滑模控制 |
| 5.3.1 快速收敛 |
| 5.3.2 控制器设计 |
| 5.3.3 仿真结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文主要研究内容 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 对后续工作的展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（9）蝶翼式微陀螺零偏稳定性提升关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景与意义 |
| 1.2 国外研究综述 |
| 1.3 国内研究综述 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 蝶翼式微陀螺理论基础 |
| 2.1 总体结构与工作原理 |
| 2.1.1 哥氏效应 |
| 2.1.2 蝶翼式微陀螺结构 |
| 2.1.3 支撑梁力学特性 |
| 2.1.4 工作模态 |
| 2.2 动力学建模与动态特性分析 |
| 2.2.1 阻尼分析 |
| 2.2.2 驱动力矩和哥氏力矩 |
| 2.2.3 动态特性分析 |
| 2.3 驱动控制与信号检测技术 |
| 2.3.1 等效电路模型 |
| 2.3.2 基于双正弦载波的微弱电容检测技术 |
| 2.3.3 基于 PID 振动幅值控制的闭环驱动技术 |
| 2.3.4 角速度信号的正交解调 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 蝶翼式微陀螺零偏稳定性形成机理研究 |
| 3.1 微陀螺零偏稳定性概述 |
| 3.1.1 零偏漂移 |
| 3.1.2 随机噪声 |
| 3.1.3 评价方法 |
| 3.2 蝶翼式微陀螺零偏漂移产生机理 |
| 3.3 蝶翼式微陀螺确定性误差及其对零偏漂移的影响 |
| 3.3.1 结构误差分析 |
| 3.3.2 电路误差分析 |
| 3.3.3 环境误差分析 |
| 3.3.4 与零偏漂移的关系 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 结构应力对蝶翼式微陀螺零偏稳定性影响机理及结构优化方法研究 |
| 4.1 蝶翼式微陀螺加工工艺简介 |
| 4.1.1 硅结构加工工艺 |
| 4.1.2 玻璃基底加工工艺 |
| 4.1.3 阳极键合 |
| 4.1.4 真空封装 |
| 4.2 蝶翼式微陀螺结构应力形成机理 |
| 4.2.1 阳极键合工艺形成的结构应力 |
| 4.2.2 贴片封装工艺形成的结构应力 |
| 4.3 结构应力对蝶翼式微陀螺的影响 |
| 4.3.1 结构应力对微陀螺静态电容的影响 |
| 4.3.2 结构应力对微陀螺模态频率的影响 |
| 4.3.3 结构应力对微陀螺品质因子的影响 |
| 4.4 蝶翼式微陀螺结构优化 |
| 4.4.1 应力释放 |
| 4.4.2 应力平衡 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 制造误差对蝶翼式微陀螺零偏稳定性影响机理及其抑制方法研究 |
| 5.1 蝶翼式微陀螺结构制造误差主要来源 |
| 5.1.1 材料几何误差 |
| 5.1.2 制造工艺误差 |
| 5.2 结构制造误差对蝶翼式微陀螺的影响 |
| 5.2.1 制造误差对敏感结构振动特性的影响 |
| 5.2.2 制造误差对微陀螺接口电容输出特性的影响 |
| 5.3 蝶翼式微陀螺结构制造误差精密修形 |
| 5.3.1 结构制造误差修形原理 |
| 5.3.2 紫外激光修形系统 |
| 5.3.3 紫外激光修形实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 蝶翼式微陀螺主要性能对比测试 |
| 6.1 测试系统 |
| 6.2 主要性能对比 |
| 6.2.1 标度因数 |
| 6.2.2 零偏稳定性 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 微陀螺主要性能测试及计算方法 |
四、音叉电容式微机械陀螺的误差源分析与消除（论文参考文献）
- [1]车载微振动陀螺仪的结构设计与仿真分析[D]. 东泽源. 大连理工大学, 2021
- [2]硅微机械轴对称陀螺测控技术与性能优化研究[D]. 卜峰. 苏州大学, 2020(06)
- [3]MEMS陀螺零偏在线自校准方法研究[D]. 顾昊宇. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [4]圆片级真空封装蝶翼式微陀螺优化设计[D]. 欧芬兰. 国防科技大学, 2019(01)
- [5]小型化蝶翼式硅微陀螺非线性振动及模态耦合特性研究[D]. 苗桐侨. 国防科技大学, 2018(01)
- [6]切向静电力驱动蝶翼式硅微陀螺设计理论与加工工艺研究[D]. 李文印. 国防科技大学, 2018(02)
- [7]高性能MEMS惯性器件工程化关键技术研究[D]. 邢朝洋. 中国航天科技集团公司第一研究院, 2017(12)
- [8]基于智能控制技术的微惯性器件误差抑制方法研究[D]. 张睿. 西北工业大学, 2017(09)
- [9]蝶翼式微陀螺零偏稳定性提升关键技术研究[D]. 侯占强. 国防科学技术大学, 2012(10)
- [10]典型MEMS器件结构优化设计平台[J]. 善盈盈,卢德林. 轻工机械, 2012(03)