DOI: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-541-549


УДК531.383-11:531.714.7

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЕМКОСТНЫХ ГРЕБЕНЧАТЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА RR-ТИПА С УЧЕТОМ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Евстифеев М.И., Елисеев Д.П.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Евстифеев М.И., Елисеев Д.П. Математическая модель емкостных гребенчатых преобразователей микромеханического гироскопа RR-типа с учетом вибрационных воздействий // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 3. С. 541–549. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-541-549

Аннотация

Предмет исследования. Исследованы причины проявления субгармонических резонансов в выходном сигнале микромеханическом гироскопа RR-типа при воздействии поступательных вибраций. Приборы подобного типа в идеальном случае не должны быть чувствительны к поступательным вибрациям вследствие угловых первичных и вторичных колебаний. Однако в силу нелинейностей характеристик емкостных преобразователей плоского и гребенчатого типов при экспериментальных исследованиях выявлено существенное усиление амплитуды его выходного сигнала в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц. При этом собственные частоты упругого подвеса превышают 3 кГц. Метод. Уточнена математическая модель емкостных преобразователей гребенчатого типа. Описаны электромеханические взаимодействия в указанных преобразователях с учетом внешнего вибрационного воздействия. Уточненная математическая модель исследована в среде Simulink. Моделирование вибрационного воздействия проведено методом «качающейся частоты» при задании постоянной амплитуды ускорения в диапазоне частот от 20 до 2000 Гц. Основные результаты. Получено качественное совпадение результатов моделирования и экспериментов в виде проявления субгармонических резонансов при воздействии поступательной вибрации в трех взаимно ортогональных направлениях. Предложенные математические модели позволили объяснить причины полученных эффектов. Сделано заключение о том, что основной причиной появления пиков в выходном сигнале микромеханического гироскопа на субкратных частотах является выход зубцов статора и инерционного тела из зацепления. Практическая значимость. Проведенное исследование позволяет определить алгоритмические и конструктивные методы компенсации изученных взаимодействий с целью повышения вибрационной устойчивости рассматриваемого микромеханического гироскопа

RR-типа.


Ключевые слова: микромеханический гироскоп, вибрационное воздействие, субгармонический резонанс

Благодарности. Авторы выражают благодарность за помощь в организации исследований коллективу международной научной лаборатории «Интегрированные системы ориентации и навигации» на базе кафедры информационно-навигационных систем Университета ИТМО и лично ее руководителю О.А. Степанову.

Список литературы

1. Пешехонов В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироско-пия и навигация. 2011. №1. С. 3–16.
2. Лестев А.М., Попова И.В., Евстифеев М.И., Пятышев Е.Н., Лурье М.С., Семенов А.А. Особенности микромеханических гироскопов // Микросистемная техника. 2000. №4. С. 16–18.
3. Barbour N., Hopkins R., Kourepenis A. Inertial MEMS system applications // Advances in Navigation Sen-sors and Integration Technology. 2004. V. 232. P. 7-1–7-12.
4. Geen J. Progress in integrated gyroscopes // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2004. V. 19. N 11. P. 12–17. doi: 10.1109/MAES.2004.1365660
5. Weinberg H. Gyro Mechanical Performance: The Most Important Parameter. Technical Article MS-2158. Analog Devices, Inc, 2011. P. 1–5.
6. Nguyen C. The Harsh Environment Robust Micromechanical Technology (HERMiT) program: success and some unfinished business // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2012. Art. 6259750. doi: 10.1109/MWSYM.2012.6259750
7. Евстифеев М.И., Челпанов И.Б. Вопросы обеспечения стойкости микромеханических гироскопов при механических воздействиях // Гироскопия и навигация. 2013. №1(80). С. 119–133.
8. Евстифеев М.И. Проблемы расчета и проектирования микромеханических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2004. №1. С. 27–39.
9. Евстифеев М.И. Теория и методы расчета упругих подвесов инерциальных чувствительных элементов приборов навигации. Дис. … докт. техн. наук. 05.11.03. СПб, 2007. 341 с.
10. Evstifeev M.I., Eliseev D.P., Kovalev А.S., Rozentsvein D.V. Results of MEMS gyro mechanical tests // Gyroscopy and Navigation. 2011. V. 2. N 3. P. 119–126. doi: 10.1134/S2075108711030047
11. Evstifeev M.I., Kovalev А.S., Eliseev D.P. Electromechanical model of RR type MEMS gyro with considera-tion for the platform vibrations // Gyroscopy and Navigation. 2014. V. 5. N 3. P. 174–180. doi: 10.1134/S2075108714030043
12. Елисеев Д.П., Ковалев А.С. Исследование влияния линейных вибраций на ММГ RR типа с учетом нелинейности емкостных датчиков // Навигация и управление движение Материалы XVI конферен-ции молодых ученых. Санкт-Петербург, 2014. С. 406–412.
13. Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., Челпанов И.Б. Микромеханический гироскоп RR-типа с подвижным электродом // Гироскопия и навигация. 2015. №4(91). С. 67–76.
14. Евстифеев М.И., Елисеев Д.П. Микромеханический вибрационный гироскоп. Патент РФ 2561006. Опубл. 20.08.2015. Бюл. № 23.
15. Bernstein J.J., Weinberg M.S. Comb Drive Micromechanical Tuning Fork Gyro. Patent US5349855. Pub-lished 27.09.1994.
16. Ковалев А. С. Управление первичными и вторичными колебаниями микромеханического гироскопа. Дис. … канд. техн. наук. 05.11.03. СПб. 2008. 157 с.
17. Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., Ковалев А.С., Розенцвейн Д.В. Исследование динамики микромехани-ческого гироскопа при механических воздействиях // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2011. №4(74). С. 72–76.
18. Ковалев А.С., Грязин Д.Г., Лычев Д.И., Шадрин Ю.В. К вопросу построения контура обратной связи микромеханического гироскопа // Научное приборостроение. 2007. Т. 17. №1. С. 91–97.
19. Елисеев Д.П. Повышение виброустойчивости микромеханического гироскопа RR-типа. Дис. … канд. техн. наук. 05.11.03. СПб., 2015. 142 с.
20. Evstifeev M.I., Eliseev D.P., Chelpanov I.B. Enhancing the mechanical resistance of micromechanical gyros // Gyroscopy and Navigation. 2015. V. 6. N. 2. P. 115–122. doi: 10.1134/S2075108715020042
 



Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика