Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ




NGUYỄN PHÚ THẮNG





NGHIÊN CỨU
ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU VÀ
ĐỘNG LỰC HỌC TỚI CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA CON QUAY VI
CƠ ỨNG DỤNG
TRONG HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH



Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật
Mã số: 62 52 02 01


TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2009


Công trình được hoàn thành tại:
Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự
Bộ Quốc phòng



Người hướng dẫn khoa học:
1. TS Nguyễn Văn Chúc – Viện KH -CN Quân sự
2. PGS.TS Bùi Ngọc Hồi – Viện KH -CN Quân sự

Phản biện 1 GS.TSKH Vũ Duy Quang
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Phản biện 2 PGS.TS Vũ Quốc Trụ
Học viện Kỹ thuật Quân sự
Phản biện 3 GS.TSKH Phạm Văn Lang

Viện Cơ điện Nông nghiệp

Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Nhà nước họp tại
Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.
Vào hồi 8 giờ 30 ngày 7 tháng 11 năm 2009


Có thể tìm hiểu luận án tại:
-Thư viện Quốc gia.
-Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH
ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thắng, Trần Ngọc Thanh (2002),
"Xu hướng phát triển và ứng dụng của cảm biến quán tính vi cơ điện - con quay,
gia tốc kế", Tuyển tập báo cáo, Hội thảo toàn quốc Cơ điện tử lần thứ I, tr325-334.
2. Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thắng (2003), "Orientation
algorithms of a strap-down inertial navigation system using Rodrig – Hamilton
parameters", Journal Mathematics-Physics, XIX (2), Đại học Quố
c gia Hà Nội, tr.
14-18.
3. Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phú Thắng (2004), "Đánh giá ngưỡng
độ nhạy con quay vi cơ", Kỷ yếu Hội nghị, Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ
II, TPHCM, tr. 147-150.
4. Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi, Nguyễn Phú Thắng (2005), "Về một số dạng kết
cấu hệ treo con quay vi cơ", Kỷ yếu Hội thảo toàn quốc “Cơ h
ọc và Khí cụ bay có
điều khiển” lần thứ nhất, Đại học quốc gia Hà Nội, tr.182-191.
5. Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi, Nguyễn Phú Thắng (2005), "Về các phương
pháp phân tích và mô phỏng trong quá trình thiết kế con quay vi cơ", Kỷ yếu Hội
thảo toàn quốc “Cơ học và Khí cụ bay có điều khiển” lần thứ nhất, Đại học quốc
gia Hà Nội, tr. 175-181.
6. Nguyễn Văn Chúc, Nguyễ
n Phú Thắng, Lê Anh Tuấn, Ngô Trọng Mại (2007),
"Thuật toán dẫn đường quán tính có hiệu chỉnh ứng dụng thiết bị vi cơ điện tử
dùng cho hệ thống điều khiển thiết bị bay", Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội
nghị khoa học ngành Vũ khí tại Trung tâm KHKT & CNQS, tr. 260-266.
7. Nguyễn Phú Thắng (2007), "Thử nghiệm đặc tính con quay vi cơ", Tạp chí Nghiên
cứu Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, Trung tâm KHKT & CNQS, 19, tr.

10-16.
8. Nguyễn Phú Thắng, Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi (2007), "Xây dựng phương
trình chuyển động của con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay", Tạp chí
Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, Trung tâm KHKT & CNQS,
20, tr. 17-24.
9. Nguyễn Phú Thắng (2008), "Mô phỏng động lực học con quay vi cơ dạng khung
kiểu quay-quay", Tạp chí Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự,
Viện KH & CNQS, 25, tr. 7-12.




1

A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
Tính cấp thiết của đề tài
Con quay vi cơ là một thiết bị cảm biến tốc độ của đối tượng chuyển động, ngày
càng được ứng dụng rộng rãi, xu hướng dần thay thế các con quay cơ điện trong hệ thống
ổn định và dẫn đường các loại tên lửa chiến thuật, cũng như nhiều ứng dụng dân dụng
khác.
Vấ
n đề nâng cao độ chính xác, độ ổn định của các loại con quay vi cơ phụ thuộc rất
nhiều vào vấn đề nghiên cứu các yếu tố kết cấu và động lực ảnh hưởng tới các chỉ tiêu
chất lượng của con quay vi cơ làm việc trong môi trường thực.
Xuất phát từ những lý do trên trên, đề tài luận án: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số
tham số kết cấu và động lực h
ọc tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng
trong hệ thống dẫn đường quán tính” nhằm các mục đích dưới đây.
Mục đích và nội dung của luận văn
- Nghiên cứu làm chủ lý thuyết, bản chất vật lý trong con quay vi cơ với tư cách là hệ

thống cảm biến tốc độ góc vi cơ điện tử.
- Nghiên cứu thiết lập mô hình toán học xác
định mối liên hệ giữa các chỉ tiêu chất
lượng con quay vi cơ với các tham số động lực học và kết cấu của con quay vi cơ, xây
dựng phần mềm mô phỏng cho phép nghiên cứu tính toán thiết kế con quay vi cơ.
- Trên cơ sở mô hình nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các tham số động lực học
và kết cấu tới một số chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ. Trên cơ sở đ
ó đưa ra một số
giải pháp nâng cao độ chính xác của con quay vi cơ.
-Nghiên cứu xây dựng các mô hình sai số của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ
thống dẫn đường quán tính.
Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là con quay vi cơ kiểu khung
quay-quay kích thích tĩnh điện và cảm biến điện dung. Đối tượng thử nghiệm là một số
lo
ại con quay vi cơ: con quay CRS-03 (Nhật), và các con quay ADXRS300 trong khối đo
quán tính MICRO-ISU BP 3010.
Phạm vi nghiên cứu của luận án: Con quay vi cơ là một hệ cơ-điện tử phức tạp, gồm
khối dao động cơ học và khối điện tử lọc và tách tín hiệu có ích. Trong luận văn tập trung
vào khối dao động cơ học. Các kết cấu vi cơ điển hình được đề cập đến gồm: hệ dao độ
ng
(tần số dao động riêng, giảm chấn, mô men quán tính và độ cứng), khối kích thích, khối
cảm biến.
Phương pháp nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu xây dựng các mô hình cơ và mô hình toán xác định sự phụ thuộc ảnh
hưởng của các tham số kết cấu và động lực học con quay vi cơ tới các chỉ tiêu chất lượng
của chúng. Trên cơ sở đó bằng phương pháp nghiên cứu giải tích và phương pháp mô
phỏng có s
ử dụng kỹ thuật tin học hiện đại để tìm ra quy luật và sự phụ thuộc định tính và
định lượng của các chỉ tiêu chất lượng này vào các tham số động lực học và kết cấu của

chúng. Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc tính, phân tích
đánh giá chất lượng con quay vi cơ.
Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã xây dựng được mô hình và hệ phương trình
động lực học của con quay
vi cơ dạng khung các đăng kiểu quay-quay làm cơ sở cho phép nghiên cứu đánh giá ảnh
hưởng của các thông số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi
cơ.



2

-Xây dựng được các biểu thức giải tích và chương trình mô phỏng động lực học dựa
trên phần mềm Matlab-Simulink cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số cơ bản
trong quá trình tính toán và thiết kế con quay vi cơ.
-Xây dựng được phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc tính, phân
tích đánh giá chất lượng con quay vi cơ.
Bố cục của luận án
Luận án bao gồm phần mở đầu, bốn ch
ương nội dung và phần kết luận thể hiện trong
151 trang thuyết minh; 100 hình vẽ, đồ thị; 18 bảng biểu và phần phụ lục.
B. NỘI DUNG LUẬN ÁN
Chương I : TỔNG QUAN VỀ CON QUAY VI CƠ
1.1. Đặt vấn đề
Con quay vi cơ cùng với gia tốc kế vi cơ là những cảm biến quán tính được chế tạo
bằng công nghệ vi cơ, chủ yếu là những công nghệ thông dụng của công nghiệp chế tạ
o
bán dẫn và điện tử, hoạt động dựa trên hiệu ứng Coriolis.
1.2 Tổng quan về ứng dụng của con quay vi cơ

Trong phần này, luận án đã đề cập đến thực trạng việc nghiên cứu ứng dụng của con
quay vi cơ và dự báo phát triển ứng dụng của con quay vi cơ. Một trong ứng dụng quan
trọng của con quay vi cơ là ứng dụng trong hệ thống dẫn đường quán tính có hiệ
u chỉnh
GPS.
1.3 Tổng quan về xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ.
1.3.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của con quay vi cơ
Nguyên lý hoạt động của con quay vi cơ dựa trên sự biến đổi năng lượng giữa hai chế
độ rung động của cấu trúc. Sự biến đổi năng lượng này được thực hiện là do gia tốc
Coriolis.
Con quay vi cơ bao gồm một bộ phận kích thích để tạo dao động kích thích (dao động
sơ cấp), và một bộ phận cảm biến (dao động thứ cấp) dùng để cảm biến gia tốc theo tốc độ
quay bên ngoài (đế quay).
Sơ đồ khối chức năng của con quay vi cơ được biểu diễn ở hình 1-8.







Hình 1-8: Sơ đồ khối chức năng con quay vi cơ
1.3.2 Lựa chọn mô hình kết cấu con quay vi cơ
Qua phân tích các dạng kết cấu hệ treo và kết cấ
u bộ phận kích thích và cảm biến, đối
tượng nghiên cứu của luận án được chọn là con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay,
kích thích tĩnh điện và cảm biến điện dung.
1.3.3 Vấn đề xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ
Vấn đề xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ đã được nhiều nhà khoa học
trên thế giới nghiên cứu giải quyết. Tuy nhiên, các tài liệu công bố thường chỉ

là những
đăng ký phát minh, các bài báo có tính tổng quan, còn các tài liệu thiết kế rất hạn chế.
Phần này, luận án đã đề cập đến mô hình động lực học con quay vi cơ đã được nghiên
Hệ dao động
cơ học
Khối
kích thích
Đo và tách
tín hiệu
Hệ thống tạo tín
hiệu điều khiển
Ra
Ω



3

cứu trước đây nhưng mới ở mức hệ tuyến tính hoá. Qua phân tích cho thấy rằng, luận án
cần xây dựng mới mô hình động lực học có tính tới những tham số quan trọng nhất của kết
cấu, công nghệ, khai thác sử dụng. Trên cơ sở đó cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các
yếu tố kể trên đến các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ, xác định dung sai kết cấu,
công nghệ, làm cơ sở phương pháp luận đưa ra các biện pháp nâng cao độ chính xác.
Phương pháp thành lập phương trình chuyển động con quay vi cơ được chọn là
phương pháp sử dụng phương trình La-gờ-răng loại hai.
1.4 Tổng quan về phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động
lực học tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ
1.4.1 Phương pháp phân tích và mô phỏng con quay vi cơ
Phương pháp cơ b
ản nghiên cứu phân tích và mô phỏng con quay vi cơ là phương

pháp giải tích. Ưu điểm của phương pháp giải tích là cho phép có công thức rõ ràng biểu
thị mối phụ thuộc của các dao động cảm biến vào chuyển động của đế. Công thức này cho
phép ta dễ dàng phân tích. Trong thực tế thường sử dụng kết hợp phương pháp giải tích
với các phương pháp số gần đúng.
1.4.2 Tính toán dao động tuyến tính cưỡng bức có cản
Con quay vi c
ơ chính là một hệ dao động nhiều bậc tự do. Bởi vậy phần này cung
cấp cơ sở lý thuyết tính toán dao động tuyến tính cưỡng bức có cản. Nó rất cần thiết cho
phân tích bằng phương pháp giải tích.
1.4.3 Phương pháp mô phỏng hệ dao động trên Matlab-Simulink
Với mô hình dao động khối trọng-giảm chấn-lò xo, ta có thể sử dụng MatLab-
Simulink để mô phỏng. Đối với hệ một bậc tự do ta có mô hình như sau:
X
1
s
Vi tri
1
s
Vantoc
Fosinpt
Luc
1/m
Khoi trong
D
Giam chan
K
Docung

Hình 1-16: Sơ đồ khối mô phỏng một hệ khối trọng-giảm chấn-lò xo
trong Matlab-Simulink

Đối với hệ nhiều bậc tự do, ta xây dựng nhiều hệ mô phỏng như trên và liên kết
chúng lại theo mô hình toán cụ thể. Các thành phần cơ bản trong phương trình chuyển
động: khối lượng, mô men quán tính, giảm chấn, độ cứng được tính toán theo mô hình
kết cấu cụ thể. Trên cơ sở mô hình động lực học xây dựng
được, ta có thể xây dựng phần
mềm mô phỏng được thực hiện trong Matlab-Simulink.
1.4.4 Vấn đề phân tích đánh giá ảnh hưởng của các tham số con quay vi cơ
Vấn đề liên quan tới phân tích đánh giá ảnh hưởng của các tham số con quay vi cơ tuy
đã được nhiều tác giả trên thế giới quan tâm nghiên cứu giải quyết, song vẫn chưa phản
ánh được hết các yếu tố xuất hiện trong thực tiễn kĩ thuật và cầ
n tiếp tục nghiên cứu bổ
sung hoàn thiện đầy đủ hơn.
1.5 Tổng quan về phương pháp thực nghiệm đánh giá đặc tính con quay vi cơ
1.5.1 Các đặc tính cơ bản của con quay vi cơ
Các đặc tính quan trọng của con quay vi cơ có thể xác định qua thực nghiệm là: xây
dựng đường đặc tính (độ nhạy), các sai số xác định (sai số dịch chuyển, hệ số tỉ lệ) , các
sai số ngẫu nhiên (độ trôi, nhiễu tr
ắng, nhiễu rung, quá trình tương quan ).



4

1.5.2 Vấn đề thử nghiệm đặc tính con quay vi cơ
Trong các công trình khoa học trên thế giới cũng có đề cập nhiều đến việc thực nghiệm và
xử lý tín hiệu con quay vi cơ, nhưng thường không trình bày phương pháp luận và chỉ đưa ra
các kết quả, biểu đồ thử nghiệm.
Còn ở trong nước, trước đây việc xác định đánh giá sai số các con quay cơ điện chủ yếu là
xác định các sai số xác
định (độ trôi…) bằng phương pháp quang học hoặc đo điện áp mà

chưa xác định các sai số ngẫu nhiên. Các thử nghiệm cũng mới ở điều kiện tĩnh, chưa thử
nghiệm ở điều kiện thực tế (rung, chuyển động ). Việc thử nghiệm đòi hỏi phải có một số
trang thiết bị hiện đại (bàn xoay, máy thử rung…) mà trước kia chưa có.
1.6. Kế
t luận
Luận án cần giải quyết các vấn đề như sau:
-Xây dựng mô hình động lực học con quay vi cơ dạng khung kiểu quay- quay. Luận
án cần xây dựng mô hình động lực học có tính tới những tham số quan trọng nhất của kết
cấu, công nghệ, khai thác sử dụng. Trên cơ sở đó cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các
yếu tố kể trên đến các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi c
ơ, xác định dung sai kết cấu,
công nghệ, làm cơ sở phương pháp luận đưa ra các biện pháp nâng cao độ chính xác.
-Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học đến các
tham số chất lượng của con quay vi cơ. Sử dụng phương pháp giải tích đưa ra các công
thức xác định mô hình động lực học con quay vi cơ, đánh giá ảnh hưởng của các tham số
kết cấu và động l
ực học đến các tham số chất lượng và xây dựng các chương trình tính
toán, mô phỏng con quay vi cơ thực hiện trong môi trường Matlab-Simulink.
-Xây dựng phương pháp và tiến hành thực nghiệm xác định các đặc tính con quay vi
cơ (đặc tính xác định và đặc tính ngẫu nhiên) và ở các chế độ khác nhau: chế độ tĩnh, trên
bàn xoay trong phòng thí nghiệm, thử nghiệm rung trên máy rung và thử nghiệm trên ô tô.
Chương II: ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CON QUAY
VI CƠ DẠNG KHUNG KIỂU QUAY-QUAY
2.1 Kết cấu và nguyên lý làm vi
ệc của con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay
Kết cấu con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay (Hình 2-1) gồm khung trong 1 và
khung ngoài 2 được liên kết với nhau bằng các thanh liên kết đàn hồi 5 làm việc ở chế độ
xoắn. Các thanh liên kết đàn hồi trong liên kết khung trong và khung ngoài, còn các thanh
liên kết đàn hồi ngoài liên kết khung ngoài với thân 4. Trên bề mặt của khung trong có đặt
thêm khối trọng 3 để tăng quán tính của các khung. Độ cứng chống xoắn của các thanh

liên kết
đàn hồi quanh các trục OX và OY phải nhỏ hơn nhiều so với độ cứng chống uốn
của chúng.

Hình 2-1: Kết cấu con quay vi cơ dạng khung kiểu quay-quay
Động cơ mô men tĩnh điện, các điện cực chuyển động của động cơ được đặt trên
khung ngoài, quanh trục OX sẽ sinh ra mô men biến thiên
0
cos
M
pt (M
0
, p - biên độ và tần
số của mô men). Do vậy xuất hiện mô men động lượng theo hướng dọc theo trục OX. Trục
OZ là là trục cảm biến, con quay vi cơ quay quanh trục này với tốc độ góc không đổi Ω và



5

là tốc độ góc ta cần đo. Do việc xuất hiện tốc độ góc Ω, theo hiệu ứng Côriolis quanh trục
OY sẽ sinh ra mô men con quay biến thiên gây ra dao động góc của khung trong quanh
trục OY. Biên độ và pha của các dao động góc khung trong chứa các thông tin về tốc độ
góc Ω và được đo bằng cảm biến điện dung. Các điện cực chuyển động của cảm biến điện
dung được đặt trên khung trong.
2.2 Xây dựng phương trình chuy
ển động của con quay vi cơ dạng khung các đăng
kiểu quay-quay
2.2.1 Mô hình tính toán
Mô hình cơ học con quay vi cơ được thể hiện như hình 2-2.

Z
Y
X, X
Mocospt
α
β
m
1
m
2
K
α
/2,K
z
y
/2,K /2
/2,K /2
x2
z2
/2,K
β
K
Y
2
1
α
1
X
2
Z

2
1
,Y
Z
β
O
/2,K /2
y
z
/2,K
α
K
K
β
/2,K
z2
x2
/2,K /2

Hình 2-2: Mô hình cơ học khối con quay vi cơ
2.2.2 Các hệ toạ độ và toạ độ suy rộng
Các toạ độ suy rộng được chọn là: đối với khung ngoài là vận tốc góc α và vận tốc
thẳng y và z, còn đối với khung trong là vận tốc góc β và vận tốc thẳng x
2
và z
2
.
2.2.3 Thành lập phương trình chuyển động
Phương trình chuyển động của con quay vi cơ với mô hình như hình 2-2 nhận được
bằng phương pháp La-gờ-răng loại 2:

Phương trình động năng của con quay vi cơ như sau:
()
()( )
2222 2 2
11 11 11 2 2 2 2 2 2
222 2 2 2
11 1 1 2 2 2 2
1
2
1
,
2
ωωωω ω ω
=++++++
⎡⎤
++++++
⎣⎦
xx yy zz x x y y z z
xyz x y z
TJ J J J J J
mv v v mv v v


(2.1)
Phương trình thế năng của con quay vi cơ như sau:
()()()
22 22 22
22 22
1
W,

2
yz x z
KK KyKzKxKz
αβ
αβ
⎡⎤
Π= + + + + + +
⎣⎦
(2.2)
Phương trình hàm tiêu tán năng lượng thể hiện dưới dạng :
()
()( )
22 22 22
22 22
1
,
2
αβ
αβ
⎡⎤
Φ= + + + + +
⎣⎦
&
&&&
&&
yz x z
DD DyDzDxDz
(2.3)
Sau khi giải và biến đổi, ta có hệ phương trình chuyển động:

6

()
()
()
()
()
2
21 1212
111 0
2
111111
cos ;
;
αα
ββ
αα α
β
α
ββ β α
β
⎡⎤
+++−+−−Ω−
⎣⎦
∂
−+−Ω= −
∂
∂

⎡⎤
+++−Ω++−Ω=−
⎣⎦
∂
&& &
&
&& &
&
xx yyzz
xyz
yzxxyz
JJ D KJJJJ
W
JJJ M pt
W
JD KJJ JJJ

(2.19
)
() ()
()
12 12 12
12 22 22 1
2
;
;
∂
+++=+ −−
∂
∂

++= −−
∂
&& & &&
&& & &&
zz z
zz z
W
mmzDzKz mmamz
z
W
mz D z K z m a z
z


(2.20
)
()
2
12 22 2 1 2 1
2
;
xx x
W
mx D x K m x ma
x
∂
+++Ω=−
∂
&& &

(2.21
)
() () ()
2
12 12 12 12
2.
∂
⎡⎤
+++−+Ω=+ +Ω−
⎣⎦
∂
&& & &
yy y
W
mmyDy K mm y mma mx
y
(2.22
)
Hệ phương trình (2.19)÷(2.22) cho ta thấy mối liên hệ phụ thuộc của độ chính xác con
quay với các tham số kết cấu và động lực học của hệ con quay. Qua hệ phương trình này,
ta có một số nhận xét:
+Vế trái các phương trình (2.19) tương tự phương trình chuyển động của con quay hai
bậc tự do.
+Các giá trị z và z
z
được xác định bằng cách giải đồng thời hệ phương trình (2.20). Rõ
ràng, chúng làm thay đổi khe hở giữa các bản cực tụ kích thích và cảm biến điện dung.
Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo các tín hiệu có ích.
+Phương trình (2.21) có thể được giải độc lập, không phụ thuộc vào các phương trình
khác, kết quả tìm được dưới dạng

2
x
&
được sử dụng để giải (2.22). Rõ ràng rằng, chuyển
động khung trong theo toạ độ x
2
và chuyển động khung ngoài theo toạ độ y có thể làm
thay đổi diện tích tác dụng tương hỗ giữa các điện cực chuyển động và các điện cực cố
định ở thân con quay.
Trên cơ sở mô hình động lực học xây dựng được theo các toạ độ suy rộng như trên,
luận án đã xác định các thành phần và đại lượng vật lý có trong hệ phương trình chuyển
động.
2.3. Mô hình khối dao động và xác định tần s
ố riêng
2.3.1 Tần số riêng dao động tự do không cản của con quay vi cơ
Tần số dao động tự do không cản của con quay được xác định theo công thức sau:

()
(
)
()
2
222 22 22
10
1
1
4,
22
j
α

βαβαβαβ
ω
ωω ωωμμ ωω
−
=+− ++ −

(2.30)
Ở đây: j=1, 2;
10 20
ω
ω
>
.
Chế độ hiệu chỉnh cộng hưởng con quay vi cơ được đảm bảo khi tần số riêng lớn
10
ω
trùng với tần số
kt
ω
của dao động kích thích khung ngoài. Chế độ cộng hưởng của con
quay vi cơ phải thoả mãn điều kiện:
()()
2
222 22 222
10
11
4.
22
kt
nn

αβ αβαβ αβ
ω
ωω ωω ωω ω
=++ ++ − =

(2.31)
Ta có phương trình đảm bảo xấp xỉ chế độ cộng hưởng con quay:
(
)
2
21
2
1
;
.
x
xkt
xkt
KJJ
KJ
α
β
ω
ω
=+
=

(2.32)
2.3.2 Xác định tần số dao động riêng con quay vi cơ trong các dịch chuyển tịnh tiến
a) Đối với trục z

7

()
()
()
()
2
2
1221 1221
2
0
12 12 12
1
14,
2
j
zz zz
z
zz
j
mmK mK mmK mK
KK
mm mm mm
ω
⎡⎤
⎡⎤
++ ++

⎢⎥
=−− −
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦
⎢⎥
⎣⎦
(2.38)
Ở đây: j=1, 2;
10 20
ω
ω
>
.
b) Đối với trục x:

(
)
2
21
2
0
1
.
x
x
Km
m
ω
+Ω

=

(2.40)
c) Đối với trục y:
2.4 Mô men quán tính và
độ cứng
X
Y
Z
L
2
n
2
t
L
2
n
l
l
2
t
1
L
l
1
1
h
h
2
l

T
2
T
2
l
T
1
l
l
T
1

Hình 2-7: Mô hình kết cấu hình học con quay vi cơ
2.4.1 Mô men quán tính khối lượng
-Đối với khung trong:
(
)
(
)
(
)
22 22 22
111111111111
111
;;.
12 12 12
xy z
J
ml hJ mLhJ mLl=+=+=+
(2.45)

-Đối với khung ngoài:
2.4.2 Độ cứng chống xoắn
của các thanh liên kết đàn
hồi
Độ cứng chống xoắn
quanh trục x (K
α
) và y (K
β
)
được tính theo công thức:
12
12
;.
22
kk
TT
GJ GJ
KK
ll
βα
==
(2.48)
2.4.3 Độ cứng chống uốn của các thanh liên kết đàn hồi
-Liên kết đàn hồi khung trong:
1
1
22
33
11

24
24
;.==
x
x
zz
xz
TT
E
J
EJ
KK
ll

(2.56)
-Liên kết đàn hồi ngoài:

2
2
33
22
24
24
;.==
yy
zz
yz
TT
EJ
EJ

KK
ll

(2.58)
2.5 Giảm chấn dao động
Trong các con quay vi cơ, sự tiêu tán năng lượng của các chuyển động dao động xảy
ra là do lực ma sát nhớt của môi trường khí (giảm chấn "nhớt") và do lực ma sát trong vật
liệu các thanh liên kết đàn hồi (giảm chấn "kết cấu"). Việc tính toán giảm chấn dao động
()
(
)
2
12
0
12
.
y
y
Kmm
mm
ω
++Ω
=
+

(2.42)
()()
()()
()()
22 22

222 22
22 22
222 22
22 22
222 22
;
12 12
;
12 12
.
12 12
TK
xn t
TK
yn t
TK
znntt
mm
Jlhlh
mm
J
Lh Lh
mm
J
Ll Ll
=+−+
=+−+
=+−+

(2.47)

8

con quay vi cơ thường có tính chất khó xác định và thường mang tính đánh giá.
2.5.1 Giảm chấn không khí
Đối với con quay vi cơ kiểu quay-quay khi các bản cực dịch chuyển theo hướng gặp
nhau, giảm chấn chủ yếu diễn ra trong quá trình ép khí gọi là giảm chấn màng ép.
Một số công trình đã đưa ra kết luận rằng: để đạt được hệ số phẩm chất Q cao, chỉ có
thể bằng cách làm chân không (p=10
-2
÷10
-3
mm thuỷ ngân) thể tích chứa con quay vi cơ.
2.5.2 Tính toán giảm chấn "nhớt"
-Đối với khung trong:
-Đối với hệ “khung trong
+ khung ngoài”, ta nhận được
hệ số giảm chấn, giả sử rằng khi
chuyển động theo toạ độ “y”, giảm chấn chỉ xảy ra do ép không khí giữa vỏ và bề mặt của
khung ngoài:
()
(
)
2
666
221
444
22

221
2 2
1
;; .
α
μ
μ
μ
−+
⎛⎞
=−+= =
⎜⎟
⎝⎠
pnt
p
zntyp
kt T kt
pL L L
p
Ll
DLLLDp D
dld

(2.62)
2.53 Tính toán giảm chấn "kết cấu"
-Hệ số tuyệt đối của giảm chấn kết cấu liên kết đàn hồi trong:
11
2
2
2

4
1
λ
ββ
β
β
ϑ
ωω
π
π
ϑ
==
+
yy
JJ
D

(2.75)
-Hệ số tuyệt đối của giảm chấn kết cấu liên kết đàn hồi ngoài:
(
)
(
)
21 21
2
2
2
.
4
1

λ
αα
α
α
ϑ
ωω
π
π
ϑ
++
==
+
xx xx
JJ JJ
D

(2.81)
2.6 Kích thích tĩnh điện
L
kt
kt
l
cb
L
cb
l
L
kt -kt
cb-cb
L

Hình 2-19: Mô hình kết cấu các tụ kích thích và cảm biến
-Mô men tác động theo trục kích thích là:
22
00
kt
32
00
2sin
M.
kt dc kt kt dc ac kt kt
kt kt
SU r SU U r t
dd
εε α εε ω
=+
(2.98)
2.7 Cảm biến điện dung
-Mô men tác động theo trục cảm biến là:
()
()()
22
00
12
22
00
2
cb cb cb
cb cb cb cb
cb cb

rSUd
MrFF
drdr
εε β
β
β
=−=−
−+

(2.103
)

2
22 42
11 11
11
22
22
21
;4 ; .
32
β
μμ
μ
⎛⎞
== =
⎜⎟
−
⎝⎠
pp

zxp
cb t cb
p
Ll pLl
lh
DDpD
dLLd

(2.61)



9

2.8 Kết luận
Luận án đã thành công xây dựng được hệ phương trình theo 6 hệ toạ độ suy rộng: 2
toạ độ suy rộng chuyển động quay và 4 toạ độ suy rộng chuyển động tịnh tiến, trong đó
cho ta thấy mối liên hệ phụ thuộc của độ chính xác con quay với các tham số hình học và
động lực học của hệ con quay.
Trên mô hình kết cấu cụ thể, đã xây dựng mô hình toán cho các khối chứ
c năng của
con quay vi cơ : khối dao động, khối kích thích và khối cảm biến. Ngoài ra, mô hình toán cho
các đại lượng vật lý có trong phương trình chuyển động của con quay vi cơ cũng được thiết
lập : mô men quán tính khối lượng, độ cứng chống xoắn, độ cứng chống uốn, giảm chấn.
Chương III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU
VÀ THAM SỐ ĐỘNG LỰC HỌC TỚ
I CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CON
QUAY VI CƠ
3.1 Đặt vấn đề
Để tìm ra các phương pháp nâng cao độ chính xác, độ ổn định của con quay vi cơ, ta

phải hiểu rõ các thông số nào ảnh hưởng đến các thông số chất lượng nói trên. Bởi vậy
việc nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học đến các
chỉ tiêu chất lượng con quay vi cơ là một việc rất quan trọng trong tính toán thiế
t kế con
quay vi cơ.
3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số kết cấu đến các đặc tính tần số của hệ dao
động
3.2.1 Ảnh hưởng của phương pháp lựa chọn tần số
Có 03 phương pháp lựa chọn tần số phụ thuộc vào sự chênh lệch tần số của chế độ
cảm biến và chế độ kích thích. Nói chung, các con quay vi cơ đa phần được thiế
t kế sao
cho tần số cộng hưởng của chế độ cảm biến và chế độ kích thích trùng nhau.



10

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu trong bài toán xác định tần
số riêng của hệ dao động
3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4
x 10
-4
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
Chieu cao khung ngoai (m)

Tan so (Hz)
omega-alpha
omega-beta

Hình 3-4 : Sự phụ thuộc của tần số riêng con quay vào chiều cao khung ngoài
3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các sai số công nghệ đến sự chênh lệch tần số kích
thích và cảm biến
-Sai lệch tần số cảm biến so với tần số kích thích phụ thuộc vào sai số công nghệ chế
tạo các thanh liên kết đàn hồi trong và ngoài.
()()
3
3
112 2 1 2 1
112
33
1
2211 221
'
.
'
TTT x x x x
TTT
y
TTT y TTT
kbclJJ JJ
bcl
J
kb c l J b c l
β
α

ω
ω
++
==⋅

(3.4)
3.2.4 Độ cứng điện âm
Một phương pháp đưa ra là thay đổi độ cứng khung theo kênh cảm biến cùng với
việc sử dụng hiệu ứng "độ cứng điện âm" khi cấp điện áp một chiều (điện áp dịch chuyển)
tương ứng lên các bản cực cảm biến. Mô men sinh ra khi làm lệch khung trong khỏi vị trí
cân bằng sẽ ngược với mô men tạo ra độ cứ
ng của khung. Như vậy, khi thay đổi độ cứng
tổng bằng phương pháp điện có thể hiệu chỉnh tần số riêng theo kênh cảm biến.
22
0
3
0
2
.
cb cb
cb e
cb
rSU
MK
d
β
εε β
β
=− =−

(3.6)
3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số đến độ chính xác của con quay vi cơ
3.3.1 Đánh giá các tham số kết cấu đến độ nhạy của con quay vi cơ
00
3
.
β
αβ
αβ
ω
==
Ω
M
ch
AMJQQ
K
JJ

(3.24)
Để tăng độ nhạy con quay, ta cần tăng biên độ (điện áp) kích thích, tăng hệ số phẩm
chất dao động và giảm tần số cộng hưởng của hệ.
3.3.2 Ảnh hưởng của sự chênh lệch tần số đến độ nhạy
()
()
()
()
{
}
() ()
2

2
0
2
22
222
sin 2 cos
.
4
H
tt
J
ααβ βαα β
βα α βαα
ωωω ξωω ω
β
ωωξωω
⎡⎤
Ω+Δ− −Δ− +Δ −Δ
⎣⎦
=
⎡⎤
+Δ − + +Δ
⎣⎦
(3.28)
Dao động cảm biến có hai thành phần, thành phần thứ nhất lệch pha với dao động
kích thích, còn thành phần thứ hai cùng pha.
()( )
22
_
_

;.
β
ϕ
=+ =
pha
pha l pha
M
MM M
lpha
M
K
KK K arctg
K

(3.31)



11


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4

1.6
x 10
-7
Chenh lech tan so kich thich va tan so cam bien (Hz)
Do nhay cua con quay vi co, rad/(rad/s)
KM
KM-l-pha
KM-pha

Hình 3-10: Đồ thị độ nhạy con quay vi cơ phụ thuộc vào sự chênh lệch tần số
Qua đồ thị (hình 3-10), ta thấy rằng khi sự chênh lệch tần số giữa dao động kích
thích và dao động cảm biến tăng lên thì độ nhạy của con quay giảm xuống. Ở tần số
cộng hưởng, độ nhạy phụ thuộc vào độ nhạy của thành phần đồng bộ pha. Lúc này, thành
phần đồng bộ
pha đạt giá trị lớn nhất, còn thành phần lệch pha bằng không. Nhưng ở vị
trí chênh lệch 16Hz và cao hơn, độ nhạy gần như chỉ phụ thuộc vào độ nhạy của thành
phần lệch pha.
3.3.3 Ảnh hưởng của nhiễu nhiệt đến ngưỡng độ nhạy con quay vi cơ
B
22
0
2
BB
00 00
4k TJ
JA Q
KJ
2k TJ 2k TJ
JMQQ JMQQ
β

ααβ
ααα
ββ
αβ αβ
Δω
Ω≥
ω
ω
Ω≥ =
min
min
;
.

(3.36)
(3.38)
Qua các công thức và chương trình phần mềm, ta nhận xét rằng để giảm ngưỡng độ
nhạy cần phải:
+ Tăng hệ số phẩm chất của dao động cảm biến.
+ Tăng biên độ của dao động kích thích, đạt được bằng cách giảm tần số dao động
riêng hoặc tăng hệ số phẩm chất và mô men kích thích, khi đó phải tính đến ứng suất xuất
hiện trong k
ết cấu.
3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ góc thay đổi
() ()
() ()
0
21 12
0
12 12

sin cos cos
2
cos sin sin .
2
vv
vv
UU tVV t t
UU tVV t t
α
α
βωωω
ωωω
Ω
⎡⎤
=− ++ +
⎣⎦
Ω
⎡⎤
++ +−
⎣⎦

(3.48)
3.5 Nghiên cứu sai số của con quay vi cơ trên đế rung
3.5.1 Ảnh hưởng của rung dao động góc
2
.
saiso
J
K
β

ββ
β
β
ε
ε
β
ω
==
(3.58)
3.5.2 Ảnh hưởng của rung dao động tịnh tiến
00
2
1
.
tr tr
y
MM
K
J
β
β
β
ω
==
(3.62)
Biên độ dao động cảm biến do dao động rung tịnh tiến gây ra ở kênh z
2
là:
2
2

2
.
z
z
ma
z
K
=−

(3.63)



12

Biờn ca dao ng cm bin trc z
2
do s xut hin cỏc mụ men n hi c
tớnh theo cụng thc:

()() ()
22
2
22 2
22
10 0 0
11
.
xy
zyx

ma a
z
m



=




(3.69)
3.6 nh hng ca nhit n ng lc hc con quay vi c

00 0
.
oo o
f
nC T nC nC
TC T


+
=+

(3.72)
3.7 Mụ phng ng lc hc con quay vi c trờn Matlab-Simulink
Đò thị góc
Điện dung
Omega

Dichchuyentam
Gia toc
Thông số đầu vào
Nap data
Cac thong so mo hinh
M_kich
Omega_Input
Dich chuyen tam
Gia toc
Alpha
Beta
Z
Z2
X2
Y
Mô hình hệ dao động
Hệ PT động lực học
[A]
Khối điện tử
Alpha
Z
Y
Mkich
Khoi kich thich
Beta
Ztt
X2
C_cambien
Khoi cảm biến
-3.702e-010

-2.271e-009
-1.686e-009
-5.747e-009
Hiển thị tịnh tiến
1.125e-005
4.506e-008
Hiiển thị góc
7.08e-012
Hien thi so

Hỡnh 3-19 : S mụ phng ng lc hc con quay vi c.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-5
0
5
x 10
-5
Thoi gian (s)
Goc kich thich (rad)
Toc do goc dau vao omega (1 rad)


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-2
-1
0
1
2
x 10
-7

Thoi gian (s)
Goc cam bien (rad)

Hỡnh 3-24 : Kt qu mụ phng ng hc
Kt qu mụ phng ng hc phự hp vi cỏc kt qu mụ phng bng cỏc phng
phỏp khỏc.
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2
x 10
-9
2
3
4
5
x 10
-5
Biên độ kích thích max (rad)
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2
x 10
-9
1
2
3
4
x 10
-7
Mô men kích thích lớn nhất (N.m)
DĐộ nhạy lớn nhất (rad)
Mô men kích thích lớn nhất (N.m)
Giai tich
Mo phong

Giai tich
Mo phong




13

Hình 3-25: Đồ thị so sánh kết quả giải tích và mô phỏng MatLab-Simulink
Kết quả theo phương pháp mô phỏng số phù hợp với kết quả theo phương pháp giải
tích.
Một số kết quả mô phỏng cho thấy rằng:
-Khi tần số kích thích (tần số riêng của hệ) tăng, thì biên độ của tín hiệu kích thích và
biên độ của tín hiệu cảm biến đều giảm, tức là độ nhạy giảm.
-Giảm chấ
n ảnh hưởng trực tiếp đến các tín hiệu đầu ra. Khi hệ số phẩm chất kênh cảm
biến và kênh kích thích tăng, thì biên độ của tín hiệu cảm biến tăng, tức là độ nhạy tăng.
-Độ nhạy phụ thuộc vào sự chênh lệch tần số. Khi sự chênh lệch là 16 Hz, độ nhạy đã
giảm đi một nửa.
3.8 Kết luận
Qua việc đánh giá ảnh hưởng củ
a các tham số kết cấu và động lực học tới các chỉ tiêu
chất lượng, ta rút ra một số kết luận sau:
-Các con quay vi cơ đa phần được thiết kế sao cho tần số cộng hưởng của chế độ cảm
biến và chế độ kích thích trùng nhau.
-Sai lệch tần số cảm biến so với tần số kích thích phụ thuộc vào sai số công nghệ chế
tạo các thanh liên kết đàn hồ
i trong và ngoài.
- Để tăng độ chính xác con quay cần phải:
+ Tăng hệ số phẩm chất của dao động cảm biến.

+ Tăng biên độ của dao động kích thích, đạt được bằng cách giảm tần số dao động
riêng hoặc tăng mô men kích thích.
-Nhiệt độ, rung lắc và tốc độ góc thay đổi có sự ảnh hưởng đáng kể đến kết quả của tín
hiệu đầu ra.
-Dựa trên mô hình động lự
c học đã xây dựng được chương trình mô phỏng con quay vi
cơ dạng khung kiểu quay-quay theo 6 toạ độ suy rộng trên Matlab-Simulink 7.2. Kết quả
theo phương pháp mô phỏng số phù hợp với kết quả theo phương pháp giải tích.
Chương IV: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH SAI SỐ CON QUAY VI CƠ
4.1 Đặt vấn đề
4.2 Mục đích thử nghiệm
-Xác định các đặc tính đầu ra của con quay vi cơ:
+Xây dựng đường đặc tính (
độ nhạy).
+Xác định các sai số xác định (sai số dịch chuyển, hệ số tỉ lệ).
+Xác định các sai số ngẫu nhiên (độ trôi, nhiễu trắng, nhiễu rung, quá trình Gass-
Markov )
-Từ kết quả thử nghiệm đưa ra các thông số trong khối hiệu chỉnh sai số là đầu vào của
thuật toán hệ thống dẫn đường quán tính.
4.3 Đối tượng thử nghiệm
-Con quay CRS-03 và các con quay vi cơ ADXRS300 trong khối đo quán tính
MICRO-ISU BP 3010.
4.4 Phương pháp thử
nghiệm xác định mô hình sai số
4.4.1 Phương pháp thử nghiệm xác định sai số xác định
-Xác định hệ số tỉ lệ:

14


()
()
()
12 12
12
.
gg
ij
ω
ωωω
β
ωω
−−−
=
−

(4.2)
-Xác định sai số dịch chuyển:

(
)
()
12
12
1.
22
gg

ex
iij
ωω
ω
ωω
ββ
+
++
=−+

(4.3)
4.4.2 Phương pháp phân tích đặc tính nhiễu ngẫu nhiên
-Phân tích mật độ phổ công suất
-Phân tích phương sai Allan.
-Phân tích hàm tự tương quan
4.5 Mô tả hệ thống thử nghiệm con quay vi cơ

Hình 4-4: Sơ đồ thử nghiệm đặc tính con quay vi cơ trên bàn xoay
4.6 Xử lý, phân tích kết quả thử nghiệm
4.6.1 Kết quả thử nghiệm con quay CRS-03
Sau đây là đặc tính đầu ra con quay CRS-03:

4.6.2 Kết quả thử nghiệm con quay vi cơ ADXRS300 trong khối
MICRO-ISU BP 3010
Bảng 4-3 : Bảng tính kết quả đặc tính con quay trục Z
Con quay Độ trôi (
0
/s) Hệ số tỉ lệ Hệ số tỉ lệ
(%)
z 0.4124 -0.0023 -0.23

Chương trình
điều khiển bàn
xoa
y

AT-GPIB
Chương trình
thu thập số liệu
Biến đổi A/D
hoặc
Cổn
g
COM
Chương trình
phân tích số liệu
Thiết bị
điều khiển
bàn xoa
y
Con quay
Bàn xoa
y
Máy tính
Đánh giá
Kết luận
Thiết bị
đo lường

15

-5 0 5 10 15
-10
-5
0
5
10
15
Tèc ®é ®o cña con quay vi c¬ (®é/gi©y)

Tèc ®é bµn xoay (®é/gi©y)
Thö nghiÖm ®Æc tÝnh con quay vi c¬
Con quay vi co
Ban xoay

Hình 4-14: Đường đặc tính của con quay ADXRS300
Bảng 4-8: Bảng xác định các hệ số nhiễu cho các con quay vi cơ sử dụng phương sai Allan.

Q
z
(rad)
Q
(rad/
s
)
B (rad/s)
K(rad/s/
s
)

R(rad/s
2
)
Trục
X
4.0005*1
0
-5

2.3787*1
0
-5
1.4144*1
0
-5

8.4101*1
0
-6

-
Trục
Y
3.8282*1
0
-5
2.2763*1
0
-5
1.3535*1

0
5
8.0479*1
0
-6

-
Trục
Z
4.7494*1
0
-5
2.8240*1
0
-5
1.6792*1
0
-5
9.9845*1
0
-6

-
Qua khảo sát các con quay, ta nhận thấy ở các con quay vi cơ ADXRS300 trong khối
đo quán tính ISU BP 3010 chủ yếu là có nhiễu trắng, có không đáng kể nhiễu rung,
nhiễu bước ngẫu nhiên và nhiễu lượng tử và không có nhiễu khuynh hướng vận tốc góc.
Bảng 4-9: Kết quả tính toán các thông số quá trình Gauss- Markov bậc 1
Con quay trục X Con quay trục Y Con quay trục Z
τ (s) σ (rad/s) τ (s) σ (rad/s) τ (s) σ (rad/s)
1820,1 7,6294.10

-
5
268,27 4,4409.10
-
16
385.6494 3,2043.10
-
4
4.7 Thử nghiệm rung con quay vi cơ
+Thử rung thực tế trên ô tô nổ máy ở vị trí đứng yên.
+Thử rung trên máy rung chuyên dụng. TIRAvib S597/LS-640
Nhận xét: Mặc dù các con quay vi cơ dù đã đều có các mạch lọc tần số chống rung
lắc, nhưng các sai số ở chế độ rung đều sai khác ở chế độ bình thường.
4.8 Thử nghiệm ứng dụng của con quay vi cơ trong hệ thống dẫn đường quán tính
Đối với hệ dẫn
đường quán tính ta thực hiện thử nghiệm ở hai chế độ:
-Thử nghiệm tĩnh: thử nghiệm ở vị trí đứng yên.
-Thử nghiệm chuyển động: thử nghiệm bằng ô tô.



16

0 200 400 600 800 1000 1200
-0.5
0
0.5
Truc X (do/s)
Danh gia do troi bang thuat toan- Che do chuyen dong
0 200 400 600 800 1000 1200

-0.5
0
0.5
Truc Y (do/s)
0 200 400 600 800 1000 1200
-1
0
1
2
3
Thoi gian thu nghiem (s)
Truc Z (do/s)

Hình 4-30: Đánh giá độ trôi các con quay bằng thuật toán chế độ chuyển động
4.9 Kết luận
Chương 4 luận án đã giải quyết được các vấn đề sau:
-Đưa ra phương pháp và tiến hành thực nghiệm xác định đặc tính con quay vi cơ.
Trên cơ sở hệ thống này cho phép nhận được các số liệu đo để phân tích đánh giá một số
đặc tính cơ bản của con quay vi cơ.CRS-03 và ADXRS300 trong khối đo quán tính ISU
BP 3010
-Xác định đặc tính con quay, đặc tính sai số xác định và đặc tính sai số ngẫu nhiên.
Xử lý các kết quả đo ở các điều kiện đo khác nhau: tĩnh, trên bàn xoay, chế độ rung (trên ô
tô và trên máy rung chuyên dụng) và trên phương tiện chuyển động. Các kết quả đo thử
nghiệm phù hợp với các thông số kỹ thuật của các con quay. Tuy nhiên, mỗi con quay có
các đặc tính khác nhau. Điều đó cho thấy sự cần thiết phải thử nghiệm
đặc tính con quay
vi cơ trước khi sử dụng.

17

C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Nội dung đã được nghiên cứu trong luận án là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cho
việc giải quyết một số vấn đề lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm về đánh giá các yếu tố
ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ ứng dụng trong hệ thống dẫn
đường quán tính.
Luận án đã có những đóng góp mới sau:
-Xây d
ựng được hệ phương trình chuyển động theo 6 toạ độ suy rộng: 2 toạ độ suy
rộng chuyển động quay và 4 toạ độ suy rộng chuyển động tịnh tiến, trong đó cho ta thấy
mối liên hệ phụ thuộc của độ chính xác con quay với các tham số hình học và động lực
học của hệ con quay. Trên cơ sở các hệ phương trình này có thể đưa ra các đánh giá ảnh h-
ưởng của các tham số kết c
ấu và động lực học đến các chỉ tiêu chất lượng của con quay vi
cơ.
-Đã khảo sát và đánh giá được ảnh hưởng của các tham số kết cấu và động lực học tới
chỉ tiêu chất lượng của con quay vi cơ (các tham số của hệ dao động, độ nhạy, độ trôi).
-Luận án đã xây đựng được chương trình mô phỏng hệ phương trình chuyển động của
con quay vi cơ trên Matlab-Simulink. Trên c
ơ sở chương trình này có thể đánh giá ảnh
hưởng của các tham số kết cấu tới các chỉ tiêu chất lượng của con quay dạng khung kiểu
quay-quay. Kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả giải tích.
-Xây dựng được phương pháp thực nghiệm xác định mô hình sai số con quay vi cơ.
Trong luận án đã tiến hành phân tích các đặc tính xác định và các đặc tính nhiễu ngẫu
nhiên của con quay vi cơ ở các điều kiện
đo khác nhau: tĩnh, trên bàn xoay, chế độ rung và
trên phương tiện chuyển động.
Nội dung nghiên cứu bước đầu góp phần cung cấp thêm cơ sở lý thuyết và thực
nghiệm cho chuyên ngành cơ học kỹ thuật và các chuyên ngành vi cơ điện tử, hệ thống

dẫn đường là những chuyên ngành còn rất mới ở Việt Nam.