gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2017.25.3.086-096gyroscopy-322Research ArticleСтатьиМоделирование воздействия поступательных вибраций на микромеханический гироскоп RR-типа компенсационного преобразованияSimulation of translational vibrations effect on torque-to-balance RR-type MEMS gyroscopeБарановаЕ. А.BaranovaЕ. A.

Баранова Евгения Александровна. Магистрант

ЕвстифеевМ. И.EvstifeevМ. I.

Евстифеев Михаил Илларионович. Доктор технических наук, начальник отдела. Профессор кафедры.Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».

ЕлисеевД. П.EliseevD. P.

Елисеев Даниил Павлович. Кандидат технических наук, старший научный сотрудник. Инженер 

Университет ИТМО (С.-Петербург).РоссияITMO University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, St. PetersburgRussian Federation2017261120252538696Copyright © Баранова Е.А., Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., 20252025Баранова Е.А., Евстифеев М.И., Елисеев Д.П.Baranova Е.A., Evstifeev М.I., Eliseev D.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/322

Разработана математическая модель микромеханического гироскопа RR-типа компенсационного преобразования, учитывающая динамику инерционного тела, электромеханические нелинейные эффекты в емкостных преобразователях и асимметрию их параметров в канал вторичных колебаний. Исследована реакция полученной системы на поступательные вибрации. Получено качественное совпадение результатов моделирования с результатами экспериментальных данных. Выработаны рекомендации по повышению вибрационной устойчивости рассматриваемого датчика.

A mathematical model of torque-to balance MEMS gyroscope with a drive mode in plane is developed. The model considers compensational control loop, proof-mass dynamics, electromechanical nonlinear effects in capacitive transducers and the inequality of their parameters. The response of the resulting system to translational vibrations is investigated. Qualitative coincidence of simulation results with experimental data is obtained. A way of increasing vibration reliability is highlighted.

Микромеханический гироскопвибрациимоделированиеSimulink.MEMS gyroscopevibrationssimulationSimulink.ReferencesПешехонов В. Г., Евстифеев М. И., Некрасов Я. А., Моисеев Н. В., Павлова С. В. Отечественный микромеханический гироскоп RR-типа. Современное состояние и перспективы // Информационное противодействие угрозам терроризма. 2012. № 19. С. 108–114.Peshekhonov, V.G., Evstifeev, M.I., Nekrasov, Ya.A., Moiseev, N.V., and Pavlova, S.V., Russian RR-type MEMS Gyro. Current Status and Prospects, Informatsionnoe Protivodeistvie Ugrozam Terrorizma, 2012, No. 19, pp. 108–114.Peshekhonov V. G., Nekrasov Y. A., Pfluger P., Kergueris C., Haddara H., Elayed A. The results of an RR-type micromechanical gyroscope // IEEE Aerospace and electronic systems magazine. 2011. № 1. С. 14-21. DOI: 10.1109/MAES.2011.5719651.Peshekhonov V.G., Nekrasov Y.A., Pfluger P., Kergueris C., Haddara H., and Elayed A. The results of an RR-type micromechanical gyroscope // IEEE Aerospace and Electronic Systems Journal, 2011, No. 1, pp. 14-21. DOI: 10.1109/MAES.2011.5719651.Claire T., Guillaume G., Mike P. High-End Gyroscopes, Accelerometers and IMUs for Defense, Aerospace & Industrial [Электронный ресурс] // Yole Development. 2015. Режим доступа: https: // www.i-micronews.com / report / product / high - end - gyroscopes - accelerometers - and - imus - for - defense - aerospace - industrial.htmlClaire T., Guillaume G., and Mike P. High-End Gyroscopes, Accelerometers and IMUs for Defense, Aerospace & Industrial [Online], Yole Development, 2015. Access: https://www.i-micronews.com/report/product/high-end-gyroscopes-accelerometers-and-imusfor-defense-aerospace-industrial.htmlЛукьянов Д. П., Распопов В. Я., Филатов Ю. В. Прикладная теория гироскопов. СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». 2015. 316 с.Luk’yanov, D.P., Raspopov, V.Ya., and Filatov, Yu.V., Prikladnaya teoriya giriskopov (Applied Theory of Gyroscopes), Concern CSRI Elektropribor, JSC, Saint Petersburg, 2015, 316 pages.Распопов, В. Я. Микромеханические приборы: Учебное пособие / Тула: Гриф и К. 2004. 476 с. 6. Acar C., Shkel A. MEMS vibratory gyroscopes: structural approaches to improve robustness. Springer Science & Business Media, 2008.Raspopov, V.Ya., Mikromekhanicheskie pribory: Uchebnoe posobie (MEMS Gyros: Tutorial), Grif i K, Tula, 2004, 476 pages.Евстифеев М. И., Елисеев Д. П., Ковалев А. С., Розенцвейн Д. В. Исследование динамики микромеханического гироскопа при механических воздействиях // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2011. С. 49–58.Acar C., and Shkel A., MEMS Vibratory Gyroscopes: Structural Approaches to Improve Robustness, Springer Science & Business Media, 2008.Ковалев А. С., Евстифеев М. И., Елисеев Д. П. Анализ электромеханической модели микромеханического гироскопа RR-типа // Рефераты докладов. Материалы XХVIII конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова. СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». 2012. 13 с.Evstifeev, M.I., Eliseev, D.P., Kovalev, A.S., and Rozentsvein, D.V., Issledovanie dinamiki mikromekhanicheskogo giroskopa pri mekhanicheskikh vozdeistviyakh (Research of the MEMS Gyro Dynamics under the Mechanical Impacts), Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics (ITMO University), Saint Petersburg, 2011, pp. 49–58.Елисеев Д. П. Классификация методов повышения стойкости микромеханических гироскопов к инерционным воздействиям // Навигация и управление движением. Материалы XVII конференции молодых ученых. СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». Под общей редакцией В.Г. Пешехонова. 2015. С. 569–577.Kovalev, A.S., Evstifeev, M.I., and Eliseev, D.P., Analysis of Electromechanical Model of RR-type MEMS Gyro, Materialy XXVIII konferentsii pamyati vydayushchegosya konstruktora giroskopicheskikh priborov N.N. Ostryakova (Proceedings of the 28th Conference in Memory of N.N. Ostryakov), St. Petersburg, Concern CSRI Elektropribor, 2012.Елисеев Д. П. Повышение виброустойчивости микромеханического гироскопа RR-типа: дис. … канд. техн. наук: 05.11.03. СПб., 2015.Eliseev, D.P., Klassifikatsiya metodov povysheniya stoikosti mikromekhanicheskikh giroskopov k inertsionnym vozveistviyam (Classification of Methods for Enhancing MEMS Gyro Resistance to Inertial Effects), Materialy XIV konferentsii molodykh uchenykh "Navigatsia i Upravlenie Dvizheniem" (Proceedings of the 14th Conference of Young Scientists "Navigation and Motion Control"), Concern CSRI Elektropribor, 2015, pp. 569–577.Некрасов Я. А., Моисеев Н. В., Беляев Я. В., Павлова С. В., Люкшонков Р. Г. Влияние поступательных вибраций, ударов и акустических помех на характеристики микромеханического гироскопа // Гироскопия и навигация. 2016. № 2 (93). С. 59–60.Eliseev, D.P., Povyshenie vibroustoichivosti mikromekhanicheskogo giroskopa RR-tipa. Dis. kand. tekhn. nauk. (Increasing Vibration Resistance of RR-type Micromechanical Gyro, Cand. Eng. Sci. Dissertation), St. Petersburg, 2015.Моисеев Н. В. Микромеханический гироскоп компенсационного типа с расширенным диапазоном измерения: дис. … канд. техн. наук: 05.11.03 / СПб., 2015.Nekrasov, Ya.A., Moiseev, N.V., Belyaev, Ya.V., Pavlova, S.V., and Lyukshonkov, R.G., Influence of Translational Vibrations, Shocks and Acoustic Noise on MEMS Gyro Performance, Gyroscopy and Navigation, 2017, Vol. 8, No. 1, pp. 31-37.Ковалев А. С. Управление первичными и вторичными колебаниями микромеханического гироскопа: дис. … канд. техн. наук: 05.11.03 / Ковалев Андрей Сергеевич. СПб. 2008. 157 с.Moiseev, N.V., Mikromekhanicheskii giroskop kompensatsionnogo tipa s rasshirennym diapazonom izmereniya (Torque-to-balance MEMS Gyro with Expanded Range of Measurements), Diss. Cand. Eng. Sc. (2003), St. Petersburg, 2015.Синельников А. Е. Низкочастотные линейные акселерометры. Методы и средства поверки и градуировки. М.: Изд-во стандартов. 1979. 176 с., ил.Kovalev, A.S., Upravlenie pervichnymi i vtorichnymi kolebaniyami mekromekhanicheskogo giroskopa (Control of Primary and Secondary Oscillations of MEMS Gyro), Diss. Cand. Eng. Sc. (2003), St. Petersburg, 2008, 157 pages.Унтилов А. А. Исследование и разработка упругого подвеса чувствительного элемента микромеханического гироскопа: дис. … канд. техн. наук: 05.11.03 / СПб., 2005. 147 с.Sinel’nikov, A.E., Nizkochastotnye lineinye akselerometry. Metody i sredstva poverki i graduirovki (Low-frequency Linear Accelerometers. Methods and Means for Verification and Calibration), Izdatel'stvo standartov, Moscow, 1979, 176 pages.Авторское свидетельство 398873 СССР, МПК G01P 21/00. Устройство для воспроизведения ускорения / А. Е. Синельников, И. Х. Ибрагимов. № 1728867/18–10; заявл. 24.07.1971; опубл. 27.09.1973, Бюл. № 38. 2 с., ил.Untilov, A.A., Issledovanie i razrabotka uprugogo podvesa chuvstvitel'nogo elementa mikromekhanicheskogo giroskopa (Research and Development of Elastic suspension for MEMS Gyro Sensor), Diss. Cand. Eng. Sc. (2003), St. Petersburg, 2005, 147 pages.Патент 2526508 Российская Федерация, МПК G01P 21/00. Способ оценки динамических характеристик датчиков угловой скорости / Д. Г. Грязин, А. И. Скалон, О. О. Величко; патентообладатель АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». № 2013119774/28; заявл. 22.04.2013; опубл. 20.08.2014; Бюл. № 23. 4 с., ил.Sinelnikov, A.E., and Ibragimov, I.Kh., Ustroistvo dlya vosproizvedeniya uskoreniya (AccelerationSimulation Device), Certificate of Authorship No. 398873, USSR, 1973.Gryazin, D.G., Skalon, A.I., and Velichko, O.O., Sposob otsenki dinamicheskikh kharakteristikGryazin, D.G., Skalon, A.I., and Velichko, O.O., Sposob otsenki dinamicheskikh kharakteristikdatchikov uglovoi skorosti (Method to Estimate Dynamic Characteristics of Angular Rate Sensors), Patentdatchikov uglovoi skorosti (Method to Estimate Dynamic Characteristics of Angular Rate Sensors), PatentRF 2526508, Concern CSRI Elektropribor, 2014.RF 2526508, Concern CSRI Elektropribor, 2014.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.