硅微框架驱动式陀螺旋转控制方案

图10-10 所示为硅微框架驱动式陀螺的结构原理。在该结构中有两个框架，即内框架和外框架，相互正交的内、外框架轴均为一对扁平状的挠型枢轴。它们绕自身轴向具有低的抗扭刚度，但有较高的抗弯刚度。检测质量固定在内框架上，在外框架两侧对称设置一对驱动电极，可由静电力来驱动。而在内框架两侧设置一对敏感电极，用于检测角速度信号，这四个电极相对仪表壳体是固定的。由于是利用微机械加工技术制作，整个装置的尺寸为微米量级。

图10-10 硅微框架驱动式陀螺的结构原理

图10-11 质点的振动

在静电力驱动下外框连同内框和质量块一起绕驱动轴做高频振动，振动的角度极小。设角振动波形为正弦波，振幅为θ0，角频率为ωn，则振动角位移为

由于角位移θ 非常小，则检测质量块上各质点的振动都可视为线振动。在检测质量块上任取一质点P，它在坐标系Oxyz 中的坐标为(xi，yi，zi)，如图10-11 所示，则质点在x 轴的振动线速度为

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当陀螺基座绕z 轴以加速度Ωz 相对惯性空间转动时，质点P 将受到哥氏加速度的作用，方向沿y 轴为正向，其大小为

设质点P 的质量为m，则该点所受到的哥氏惯性力为

方向与哥氏加速度相反，沿y 轴负向。

这一哥氏惯性力形成的绕输出轴(x 轴)的哥氏惯性力矩为

当陀螺感受到绕z 轴输入角速度作用时，内框架上各质点均会产生如上所述的哥氏惯性力矩，整个内框架受到的总哥氏惯性力矩为所有振动质点哥氏惯性力矩之和。在哥氏惯性力矩的作用下，内框架绕输出轴做高频微振动，其振动频率与静电驱动频率相同，其振幅与输入角速度呈线性关系。检测出内框架的振幅，即可得到所测的角速度。