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摘要：本发明涉及二频机抖激光陀螺领域，具体涉及一种二频机抖激光陀螺谐振频率设计方法；基于虚拟仿真模型的仿真结果和激光陀螺的振动试验结果，建立以陀螺动刚度参数为设计变量的二频机抖激光陀螺谐振频率仿真误差模型，以各阶谐振频率误差最小为优化目标，通过优化迭代，获得与主陀螺1阶谐振频率一致的配合陀螺的1阶谐振频率，形成最终的二频机抖激光陀螺谐振频率设计方案；本发明方法基于仿真结果和试验结果，通过改变抖动机构的几何参数，能够快速找到最优的谐振频率，满足不同尺寸二频机抖激光陀螺的配合需求，实现对陀螺谐振频率的设计，对提高惯导系统建模准确度和仿真准确度具有重要意义。

主权项：1.一种二频机抖激光陀螺谐振频率设计方法，其特征在于，该方法分为以下步骤：1进行激光陀螺的振动实验，获取激光陀螺实际的各阶谐振频率；具体过程如下：1.1定义水平面上X方向为陀螺两个阳极连线方向，Y方向垂直于X方向，按照右手法则确定Z方向，即垂直方向；1.2对二频机抖激光陀螺进行水平和垂直方向的扫频振动试验；1.3在抖动机构工作稳定后，对抖动机构的振幅-频率响应及实际谐振频率进行测量，实验中输入幅度恒定为Vd＝50V的正弦激励电压信号，从低频到高频逐步改变正弦激励电压信号的频率，记录此时抖动机构抖动幅度的变化情况，得到该抖动机构的振幅-频率响应曲线，通过该曲线可得稳态时谐振频率；按照扫频振动试验试验规范完成扫频振动试验，读取并记录各阶谐振频率数值，分别记为下标n表示第n阶频率，上标k表示第k次迭代；2基于真实的激光陀螺的几何模型进行有限元建模和结构模态分析，获取仿真的各阶谐振频率；具体过程如下：2.1进行激光陀螺的有限元建模，完成建模与材料参数设定；参照真实的激光陀螺的几何尺寸，在Solidworks软件中建立陀螺的结构模型，将模型导入Ansys软件中，选择模态分析模块，参照真实的激光陀螺使用的材料，在模态分析模块的EngineeringData中设定陀螺各个部件的材料参数，如弹性模量、泊松比、密度；2.2进行工况设置与模态仿真计算求解；进入模态分析模块中，在Geometry中选择各个部件对应的材料；在Connections中设定各个部件间的连接关系，陀螺腔体与抖动机构之间的连接方式设为绑定方式，并设定陀螺腔体与抖动机构间连接的法向刚度Ka，抖动机构与安装盒之间的连接方式设为预紧力方式，并设定抖动机构与安装盒间连接的刚度Kb，通过调节这两个刚度可以进行陀螺谐振频率的设计，其它各处的连接，包括压电陶瓷与辐条、阳极与陀螺本体、槽片与陀螺本体、吸气剂盖板与陀螺本体、平片与陀螺本体、平片与合光棱镜、平片与稳频棱镜、抓卡与腔体、适配电阻与腔体的连接，采用无分离方式；在Mesh中划分二频机抖激光陀螺中抖动机构、安装盒、腔体、阳极、槽片、吸气剂盖板、稳频棱镜、适配电阻、抓卡的有限元网格，设置网格大小；在Modal中施加边界条件，即将陀螺安装盒的底面设置为固定支撑约束；在Solution中选择TotalDeformation，点击Solve进行求解；2.3对仿真结果进行后处理，求解完成后，读取各阶模态结果，观察模态振型，找到仿真的各阶谐振频率，分别记为下标n表示第n阶频率，上标k表示第k次迭代；3将仿真的结果与步骤1的实验结果进行对比，建立各阶谐振频率仿真误差模型，将得到的等效刚度Ka、Kb传递给Ansys以进行下一次建模；改变陀螺的几何参数，包括抖动机构的辐条的厚度、抖动机构的中心孔半径；压电陶瓷的厚度、压电陶瓷的长度、压电陶瓷的宽度，重复有限元建模和结构模态分析及激光陀螺的振动试验进行迭代，直至获得最终要求的谐振频率，使配合陀螺的三个谐振频率与主陀螺的三个谐振频率一致；具体过程如下：3.1.1建立各阶谐振频率仿真误差模型；激光陀螺动刚度参数中需要识别的物理参数为陀螺抖动机构与陀螺腔体间连接的法向刚度Ka和陀螺抖动机构与安装盒间连接的刚度Kb： 其中，函数表示第k次迭代时的等效刚度参数与频率偏差之间的复杂映射关系，由于采用优化算法进行求解，因此无需知道函数内部详细表达式；3.1.2各阶频率的误差值均小于vHz，即为误差分析模型的约束函数；目标函数为： 约束条件为： 3.1.3根据工程经验，Ka初始值取aNm3；Kb初始值取bNm3；3.1.4迭代计算 将得到的值传递给Ansys以便下一次建模；3.2将Solidworks软件与Ansys软件设置为联动，在Solidworks软件中修改激光陀螺的几何参数，包括抖动机构的辐条的厚度、抖动机构的中心孔半径；压电陶瓷的厚度、压电陶瓷的长度、压电陶瓷的宽度；每次仅修改一个参数：具体如下：3.2.1固定其它参数，仅修改抖动机构的辐条厚度，设置辐条厚度区间为0.5mm～5mm,每次修改增加0.5mm；3.2.2固定其它参数，仅修改抖动机构的中心孔半径，设置中心孔半径区间为20mm～80mm,每次修改增加5mm；3.2.3固定其它参数，仅修改抖动机构的压电陶瓷的厚度，设置压电陶瓷的厚度区间为1mm～10mm,每次修改增加1mm；3.2.4固定其它参数，仅修改抖动机构的压电陶瓷的长度，设置压电陶瓷的长度区间为50mm～80mm,每次修改增加5mm；3.2.5固定其它参数，仅修改抖动机构的压电陶瓷的宽度，设置压电陶瓷的宽度区间为20mm～40mm,每次修改增加5mm；3.3在Ansys软件里选择UpdateProject进行项目结果的更新，获得改变参数后的仿真的各阶谐振频率；3.4修改激光陀螺的几何参数，与仿真中修改的参数相同，重复步骤1，进行激光陀螺的振动试验，获得改变几何参数后实际的各阶谐振频率；3.5重复步骤3.1、3.2、3.3、3.4，直到遍历完3.2中所有参数设置情况；4以步骤3中多次遍历的几何参数为自变量，与之相对应的振动试验得到的1阶谐振频率为因变量构建线性回归模型；基于上述线性回归模型，最终找到要求的1阶谐振频率对应的几何参数，使得配合陀螺的1阶谐振频率与主陀螺的1阶谐振频率一致；该线性回归模型基于具有参数可驱动的有限元仿真软件构建，优化过程中每一次迭代都需要完成一轮次仿真计算；通过改变陀螺等效刚度参数值及激光陀螺的几何参数，经过仿真迭代，最终得到满足工程精度要求的等效刚度值，使配合陀螺的1阶谐振频率与主陀螺的1阶谐振频率一致，实现了二频机抖激光陀螺谐振频率的设计。

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百度查询： 中国人民解放军国防科技大学 一种二频机抖激光陀螺谐振频率设计方法