【摘 要】
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随着MEMS陀螺仪精度的不断提升,考虑到加工误差对测量精度的不利影响,从减小加工工艺复杂度和降低成本的实际需求出发,将环形谐振陀螺作为研究对象,以正交校正消除刚度耦合和静电调谐实现模态匹配为出发点,设计控制算法,并在此基础上进行仿真和试验验证。研究内容包括以下四个方面:（1）环形谐振陀螺的基本结构和工作原理。讨论环形谐振子模态振型的特点以及基于性价比的振型选择,介绍了环形陀螺仪驱动与检测方法的典型
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随着MEMS陀螺仪精度的不断提升,考虑到加工误差对测量精度的不利影响,从减小加工工艺复杂度和降低成本的实际需求出发,将环形谐振陀螺作为研究对象,以正交校正消除刚度耦合和静电调谐实现模态匹配为出发点,设计控制算法,并在此基础上进行仿真和试验验证。研究内容包括以下四个方面:（1）环形谐振陀螺的基本结构和工作原理。讨论环形谐振子模态振型的特点以及基于性价比的振型选择,介绍了环形陀螺仪驱动与检测方法的典型搭配和此搭配下的电极配置,推导出模态理想化下谐振子的基本运动模型,在此基础上讨论了环形陀螺仪的全角和力反馈检测两种工作模式的技术原理及优缺点。（2）环形谐振子模态失配下的结构误差模型。首先从频率和阻尼两个角度讨论了模态失配下的结构误差,并以此解释了各误差源对力平衡模式零偏的影响。研究了基于扫频响应和自由振荡响应（针对高Q值谐振子）的两种误差测量方法,并通过仿真和实验进行了验证,两种方法的实验结果皆与仿真结果较接近,证明了测量方法的可行性。（3）环形谐振陀螺正交校正。讨论了两种正交校正方法,分别依据正交误差力反馈和静电负刚度效应的技术原理进行刚度解耦,推导出前者原理框图下的最简线性化模型及其传递函数;对后者进行了多物理场有限元仿真。最后分别对两种方法设计验证试验,测试结果均体现了正交误差校正的有效性。（4）环形谐振陀螺频差在线识别。首先分析现有两种典型的模态匹配控制方法（导频法和正交信号调制法）,结合控制框图介绍原理,基于相同的模态参数进行算法仿真,并针对两种方法的弊端设计基于噪声功率谱估计的频差识别方法,通过仿真和实验证明该方法可有效提取谐振子模态频差。（5）环形谐振陀螺整机测试。对样机进行零偏指标的测试,实验数据表明陀螺在模态匹配的条件下零偏降低了90%。
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