ISSN 0021-3454 (печатная версия)
ISSN 2500-0381 (онлайн версия)
Меню

10
Содержание
том 60 / ОКТЯБРЬ, 2017
СТАТЬЯ

DOI 10.17586/0021-3454-2017-60-8-697-703

УДК 621.38, 531.768

ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ НА РЕЗОНАНС В АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ АКСЕЛЕРОМЕТРЕ

Карпиков С. Р.
ОАО „Авангард“, цех по производству силовой электроники и специальных систем; инженер-программист 1-й категории


Скалон А. И.
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, кафедра высшей математики и механики; профессор


Аннотация. Полоса пропускания является одной из основных характеристик акселерометров, что обусловливает актуальность разработки новых методов ее увеличения. Предложен способ увеличения полосы пропускания и повышения резонансной частоты чувствительного элемента акселерометра за счет применения нелинейного автоколебательного закона управления движением чувствительного элемента. Оценка полосы пропускания производится на основе компьютерного моделирования амплитудно-частотных характеристик одиннадцати вариантов конструкций датчиков линейного ускорения, из которых три работают в режиме вынужденных колебаний, а восемь — в режиме автоколебаний. При моделировании используются релейный двух- и трехточечный с гистерезисом законы управления. Для рассмотренных конструкций посредством перехода с линейного контура управления на нелинейный удалось расширить полосу пропускания до восьми раз за счет повышения частоты колебаний без изменения механических параметров чувствительного элемента.
Ключевые слова: акселерометр, полоса пропускания, резонанс, АЧХ, моделирование, автоколебания, нелинейные системы

Список литературы:
  1. Jones T. B., Nenadic N. G. Electromechanics and MEMS. Cambridge University Press, 2013. 577 p.
  2. Lee M., Hwang J. G., Jahng J. Electrical tuning of mechanical characteristics in qPlus sensor: Active Q and resonance frequency control // J. of Applied Physics. 2016. Vol. 120, N 7. DOI: 10.1063/1.4961328.
  3. Gavin H. P. Vibrations of Single Degree of Freedom Systems. Department of Civil and Environmental Engineering, 2016. 31 p.
  4. Waters R. L., Fralick M., Jacobs D. Factors Influencing the Noise Floor and Stability of a Time Domain Switched Inertial Device // Proc. of IEEE/ION PLANS 2012. Myrtle Beach, South Car. 2012.
  5. Коновалов С. Ф., Пономарев Ю. А., Майоров Д. В. Гибридные микроэлектромеханические гироскопы и акселерометры // Наука и образование. 2011. № 10 [Электронный ресурс]: http://technomag.edu.ru/doc/219257.html.
  6. Ye Z., Yang H. High-Performance Closed-Loop Interface Circuit for High-Q Capacitive Microac-celerometers // IEEE Sensors journal. 2013. Vol. 13, N 5. DOI: 10.1109/JSEN.2012.2236312.
  7. Chu Y., Dong J., Chi B. A Y.L. Novel Digital Closed Loop MEMS Accelerometer Utilizing a Charge Pump // Sensors. 2016. Vol. 16, N 3. DOI:10.3390/s16030389.
  8. Vadas G., Hübler A. W. Resonant forcing of nonlinear systems of differential equations // Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. 2008. Vol. 18, N 3, August. DOI: 10.1063/1.2964200.
  9. Zaitsev S., Pandey A. K., Shtempluck O., Buks E. Forced and self-excited oscillations of an optomechanical cavity // Phys. Rev. E. 2011. Vol. 84, N 4. DOI: 10.1103/PhysRevE.84.046605.
  10. Peng Z. K., Lang Z. Q., Billings S. A. Resonances and resonant frequencies for a class of nonlinear systems // J. of sound and vibration. 2007. N 300, November. P. 993—1014. DOI: 10.1016/j.jsv.2006.09.012.
  11. Ланда П. С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. М.: Либороком, 2016. 360 с.
  12. Bílý M., Alam M. Development of Inertial Navigation System Using Tactical Grade Sensors // Proc. of the 19th Intern. Sci. Student Conf. POSTER 2015. Czech Technical University in Prague. 2015.
  13. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. СПб: Профессия, 2003. 752 с.
  14. Карпиков С. Р., Скалон А. И. Моделирование характеристик электромагнитного силового привода автоколебательных микромеханических датчиков // Вопросы радиоэлектроники. 2015. Вып. 1. С. 152—159.
  15. Swanson P. D., Waters R. L., Tally C. H. Proposed Digital, Auto Ranging, Self Calibrating Inertial Sensor // IEEE Sensors. 2011. P. 1457—1460. DOI: 10.1109/ICSENS.2011.6127007.