高精度石英挠性加速度计闭环系统的设计与分析-东南大学学报.pdf

第４０卷第２期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．２ 　 ２０１０年３月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｒ．２０１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１０．０２．０１８ 高精度石英挠性加速度计闭环系统的设计与分析 １，２，３ １，２ １，２ 刘　润 　蔡体菁 　丁　昊 １ （东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，南京２１００９６） ２ （东南大学仪器科学与工程学院，南京２１００９６） ３ （南京航空航天大学工程训练中心，南京２１００１６） 摘要：探讨了石英挠性加速度计的分辨率影响因素，提出了一种对现有石英挠性加速度计的改 进设计．根据重力梯度测量对加速度计分辨率的要求，推导出摆片的固有频率，然后使用有限元 方法重新设计加速度计的摆片结构．另外，为了降低加速度计的机械热噪声，对表头抽真空，通过 加入比例 微分环节对加速度计的控制回路进行阻尼补偿．计算出系统的开环传递函数，并对其 进行动态性能仿真分析．分析结果表明：加速度计系统通过在系统前向通道添加比例微分环节能 够补偿系统的阻尼，消除加速度计在固有频率处的振荡，使加速度计闭环后处于临界阻尼状态并 －１０ 保持系统的稳定性．改进后加速度计的系统带宽为５１５Ｈｚ，响应时间为３７ｍｓ，分辨率达到１０ ｇ， 能够满足高精度测量的需要． 关键词：石英挠性加速度计；分辨率；重力梯度 中图分类号：Ｖ４１１；Ｕ６６６１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１０）０２０３１１０５ Ｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｏｆｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｌｅｘｕｒｅｐｅｎｄｕｌｕｍａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ １，２，３ １，２ １，２ ＬｉｕＲｕｎ 　ＣａｉＴｉｊｉｎｇ 　ＤｉｎｇＨａｏ １ （ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏＩｎｅｒｔｉａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＡｄｖａｎｃｅｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） ２ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） ３ （ＥｎｇｉｎｅｅｒＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｑｕａｒｔｚｆｌｅｘｕｒｅａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ． Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｒ