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第1章 绪论1

1.1 半球谐振陀螺特点1

1.2 半球谐振陀螺简介3

1.2.1 半球谐振陀螺结构及基本原理3

1.2.2 半球谐振陀螺主要优点4

1.2.3 半球谐振陀螺工作模式5

1.3 国内外发展动态7

1.3.1 美国半球谐振陀螺的研究7

1.3.2 法国半球谐振陀螺的研究9

1.3.3 俄罗斯半球谐振陀螺的研究9

1.3.4 国内半球谐振陀螺的研究11

1.4 半球谐振陀螺发展中存在的问题12

1.5 半球谐振陀螺建模及误差机理研究现状13

第2章 半球谐振陀螺动力学建模与进动分析16

2.1 基于薄壳理论的半球谐振子力学模型17

2.1.1 一般壳体变形基本方程17

2.1.2 半球谐振子球壳的基本方程25

2.2 半球谐振子壳体的动能与弹性势能27

2.3 半球谐振陀螺等效动力学模型33

2.4 定量分析与计算实例37

2.5 实验验证38

2.6 本章小结39

第3章 基于振动模型的半球谐振陀螺误差分析40

3.1 半球谐振陀螺的主要误差来源40

3.2 半球谐振陀螺误差模型的建立41

3.2.1 理想条件下谐振子振动方程42

3.2.2 存在误差耦合项条件下谐振子振动方程43

3.2.3 二维振动方程到椭圆参数方程的变换44

3.3 误差分析与仿真47

3.3.1 主波波腹误差47

3.3.2 正交波波腹误差48

3.3.3 主波波腹轴方位角漂移误差49

3.4 实验验证53

3.4.1 实验原理53

3.4.2 实验步骤及结果54

3.5 本章小结55

第4章 半球谐振陀螺力平衡控制及其误差抑制57

4.1 力平衡模式下半球谐振陀螺数学模型57

4.2 力平衡模式下的半球谐振陀螺控制62

4.2.1 主振型（驱动）回路的设计与控制［111］62

4.2.2 从振型（敏感）回路的设计与控制64

4.3 半球谐振陀螺正交控制回路电极选取及其控制方案设计［116］66

4.3.1 正交控制误差信号获取66

4.3.2 正交控制回路控制器设计66

4.3.3 正交控制回路施力电极的选取66

4.3.4 正交控制回路控制方案设计67

4.3.5 正交控制回路实验验证68

4.4 实验数据分析与结果68

4.5 本章小结72

第5章 基于FPGA的半球谐振陀螺检测与驱动控制系统实现73

5.1 半球谐振陀螺驱动方法73

5.1.1 电容驱动原理与驱动电压选择73

5.1.2 驱动高压放大77

5.2 半球谐振陀螺检测方法78

5.2.1 位移-电容转换78

5.2.2 微弱电容检测与信号处理79

5.2.3 检测电容电极编排81

5.3 模数接口与数模接口设计82

5.3.1 ADC转换芯片AD7767接口逻辑设计82

5.3.2 DAC转换芯片AD5791接口逻辑设计85

5.4 控制环路的FPGA实现与功能模块划分86

5.4.1 信号解调单元88

5.4.2 嵌入式控制单元90

5.4.3 信号合成单元91

5.5 数据通讯接口设计与实现92

5.5.1 FPGA串口发送模块及接口设计92

5.5.2 上位机串口接收软件设计93

5.6 本章小结94

第6章 基于谐振频率的半球谐振陀螺温度漂移补偿95

6.1 半球谐振陀螺温度补偿方法选择95

6.2 半球谐振陀螺谐振子的温度—频率特性97

6.3 半球谐振陀螺谐振子的温度—频率系数标定实验102

6.4 基于谐振频率的半球谐振陀螺温度建模与温度补偿106

6.4.1 逐步线性回归方法106

6.4.2 基于逐步线性回归法的温度补偿107

6.5 本章小结108

第7章 结论与展望110

7.1 全书总结110

7.2 研究展望111

参考文献113