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近年来,硅微机械陀螺作为MEMS器件的重要组成部分得到飞速发展,伴随其应用环境的日益复杂,器件工作的可靠性问题也日益突出。本文以课题组自主研制的抗冲击双质量硅微机械陀螺仪为研究对象,对陀螺仪敏感结构高过载动态响应、工作模式下驱动及检测回路高过载动态响应等内容展开研究,主要研究内容包括:(1)高过载载荷作用下陀螺仪敏感结构的动态响应分析。建立了硅微机械陀螺仪敏感结构高过载动态响应模型,基于该模型详细分析了冲击载荷特征参数和陀螺仪结构参数对高过载动态响应的影响;研究了梳齿位移信号检测过程中的非线性特性,基于本文所研究的具有止挡机构的陀螺仪,分析了高过载载荷作用下梳齿位移及电容检测信号的动态响应过程。(2)工作模式下硅微陀螺仪驱动轴向高过载动态响应研究。分析了驱动同相模态和反相模态同时存在时陀螺仪的运动耦合过程;建立了自激振荡驱动回路的线性化模型,并基于该线性模型提出了一种自动增益控制(AGC)回路控制器的设计方法;建立了工作模式下陀螺仪驱动轴向高过载动态响应仿真模型,分析了高过载载荷对驱动控制回路的影响以及左右驱动部分不同失配情况对哥氏检测信号的影响。(3)工作模式下硅微陀螺仪检测轴向高过载动态响应研究。分析了实际陀螺仪运动中检测轴向不同模态的耦合过程;建立了陀螺仪开环检测模型,推导了开环检测模型的传递函数,在此基础上建立了闭环检测的单位负反馈模型,并利用该模型进行了闭环控制器设计;建立了工作模式下双质量硅微陀螺仪开环、闭环检测的高过载动态响应仿真模型,基于该模型分析了高过载载荷对陀螺仪开、闭环检测系统的影响,以及左右检测部分不同失配情况对角速度检测的影响。仿真结果表明,相较于开环检测,闭环检测具有更好的抗冲击性能。(4)硅微陀螺仪整机性能测试。参照国产微机械陀螺仪测试细则,对抗冲击硅微陀螺仪进行常温性能测试和冲击实验。实验结果表明,仿真分析能够在一定程度上预测陀螺仪实际的冲击响应过程,且闭环检测电路比开环检测电路具有更好的抗冲击性能。