液浮轉(zhuǎn)子式微陀螺驅(qū)動結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化.pdf

1、近年來，微陀螺儀發(fā)展迅速，具有高性能、微尺寸、低成本、低功耗等優(yōu)點，是導航、定位等慣性系統(tǒng)不可缺少的重要部分。為了獲得更高性能的微陀螺，哈工大MEMS中心創(chuàng)新性的提出了基于納米超疏效應的球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺。這種球碟轉(zhuǎn)子式新結(jié)構(gòu)的微陀螺通過納米加工技術(shù)在轉(zhuǎn)子的關鍵部分形成超疏表面，利用超疏減阻效應解決摩擦問題，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
　　首先，本文中使用Maxwell仿真軟件對液浮球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺的驅(qū)動結(jié)構(gòu)3D建模并對其電磁場、驅(qū)動

2、力矩進行仿真，使用麥克斯韋方程組、T-Ω算法以及局部剖分法求瞬態(tài)解。根據(jù)針對不同驅(qū)動結(jié)構(gòu)的仿真模型求解后得到驅(qū)動力矩的變化趨勢，得到優(yōu)化的驅(qū)動線圈數(shù)和相數(shù)的組合，確定了基于非交疊脈沖波形—12線圈6相24拍的微陀螺驅(qū)動方案。
　　采用這種可以提供較大驅(qū)動力矩的驅(qū)動方案，繼續(xù)優(yōu)化定子線圈的安匝數(shù)和線徑尺寸。仿真分析發(fā)現(xiàn)定子線圈的安匝數(shù)與驅(qū)動力矩呈線性增大的關系。使這兩組參數(shù)滿足提供較大驅(qū)動力矩、滿足有限繞組空間并滿足最大限度地降低熱

3、量損耗的要求，選擇眾多優(yōu)化解中的一組，得到安匝數(shù)90、線徑0.0267mm的優(yōu)化組合。
　　本文繼續(xù)對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)進行仿真分析和優(yōu)化。球碟形轉(zhuǎn)子厚度和半徑對驅(qū)動力矩的影響不可忽視，單一變量增大時均會影響驅(qū)動力矩單調(diào)上升。利用曲面擬合的方法獲得兩者與驅(qū)動力矩的函數(shù)關系，結(jié)果選擇優(yōu)化解之一的轉(zhuǎn)子厚度2.5mm，轉(zhuǎn)子直徑5.0mm。
　　最后，本文闡述了液浮轉(zhuǎn)子式微陀螺驅(qū)動結(jié)構(gòu)實驗平臺的搭建，并對各種驅(qū)動方案進行實驗測試，驗