基于联合仿真的谐振陀螺优化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于联合仿真的谐振陀螺优化方法和系统，包括：步骤1：利用MATLAB编写用于谐振陀螺特征模态识别的图像识别算法和用于谐振陀螺结构参数优化的优化算法；步骤2：利用COMSOL建立谐振陀螺参数化计算模型，输出有限元计算结果；步骤3：利用MATLAB和COMSOL的数据接口，建立相互传递数据的渠道，实现MATLAB对COMSOL有限元模型的调用，并通过图像识别算法和优化算法实现对谐振陀螺结构参数优化。本发明专利技术实现了谐振陀螺有限元仿真中特征模态形状的自动识别，实现了谐振陀螺结构多参数的同步快速优化，可有效提高谐振陀螺设计的准确性，提升谐振陀螺的设计效率。

【技术实现步骤摘要】
基于联合仿真的谐振陀螺优化方法和系统
本专利技术涉及仿真模型参量优化
，具体地，涉及一种基于联合仿真的谐振陀螺优化方法和系统。尤其地，涉及一种基于MATLAB和COMSOL联合仿真的谐振陀螺优化方法。
技术介绍
陀螺仪是一种能够敏感载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的作用。随着国防科技和航空、航天工业的发展，惯性导航系统对于陀螺仪的要求也向低成本、小体积、高精度、多轴检测、高可靠性、能适应各种恶劣环境的方向发展。陀螺谐振子的结构特性会直接影响陀螺仪的性能指标，高精度的谐振陀螺仪需要较高的品质因子和较高的灵敏度。目前为止，针对谐振陀螺的设计方法主要以优化谐振陀螺结构和选用高性能材料为主。但优化设计过程多采用有限元软件ANSYS、COMSOL等参数化扫描方式来获得局部最优解，或使用MATLAB模拟有限元计算过程以获得谐振陀螺的最佳几何参数。ANSYS、COMSOL、ABUQUS等软件在谐振陀螺有限元仿真和多物理场耦合仿真等方面有着得天独厚的优势，具有计算能力强、计算速度快、结果准确等优势，但存在优化能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于联合仿真的谐振陀螺优化方法，其特征在于，包括：/n步骤1：利用MATLAB编写用于谐振陀螺特征模态识别的图像识别算法和用于谐振陀螺结构参数优化的优化算法；/n步骤2：利用COMSOL建立谐振陀螺参数化计算模型，输出有限元计算结果；/n步骤3：利用MATLAB和COMSOL的数据接口，建立相互传递数据的渠道，实现MATLAB对COMSOL有限元模型的调用，并通过图像识别算法和优化算法实现对谐振陀螺结构参数优化；/n所述图像识别算法通过提取图像特征包括颜色特征、纹理特征、形状特征以及局部特征点对图像进行分析和识别，从而获得图像中的模态信息；/n所述优化算法包括粒子群算法、遗传算法和布谷...

【技术特征摘要】
1.一种基于联合仿真的谐振陀螺优化方法，其特征在于，包括：
步骤1：利用MATLAB编写用于谐振陀螺特征模态识别的图像识别算法和用于谐振陀螺结构参数优化的优化算法；
步骤2：利用COMSOL建立谐振陀螺参数化计算模型，输出有限元计算结果；
步骤3：利用MATLAB和COMSOL的数据接口，建立相互传递数据的渠道，实现MATLAB对COMSOL有限元模型的调用，并通过图像识别算法和优化算法实现对谐振陀螺结构参数优化；
所述图像识别算法通过提取图像特征包括颜色特征、纹理特征、形状特征以及局部特征点对图像进行分析和识别，从而获得图像中的模态信息；
所述优化算法包括粒子群算法、遗传算法和布谷鸟算法，在给定约束的微陀螺结构参数的情况下，使得陀螺的性能指标达到最优。


2.根据权利要求1所述的基于联合仿真的谐振陀螺优化方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1.1：在MATLAB中建立图像识别算法，从预设训练集和测试集中提取特征，利用分类器训练得到分类模板，并通过该分类模板进行谐振陀螺仿真特征模态的识别；
步骤1.2：在MATLAB中建立优化算法来优化谐振陀螺结构参数；
步骤1.3：在MATLAB中计算适应度函数；
所述适应度函数包括特征频率大小、品质因子大小和频差大小，根据适应度函数获取当前的结构参数是否满足陀螺的性能需求。


3.根据权利要求1所述的基于联合仿真的谐振陀螺优化方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1：在COMSOL中建立谐振陀螺的结构模型，包括陀螺结构的几何参数和变量；
其中：半球谐振陀螺包括球壳厚度、球壳半径、支撑柱长度和支撑柱半径；环形谐振陀螺包括环宽、辐条长度、环数和环厚；质量块陀螺仪包括质量块大小、折叠梁大小和厚度；
步骤2.2：在COMSOL中建立谐振陀螺的有限元模型，计算谐振陀螺的特征频率、品质因子和频差。


4.根据权利要求3所述的基于联合仿真的谐振陀螺优化方法，其特征在于，通过COMSOL软件中的特征频率计算谐振陀螺的特征频率freq，从而计算得到微陀螺的品质因子Q，公式为：



其中，abs(freq)是特征频率的绝对值，imag(freq)指的是特征频率的虚部；
频差Δf的计算公式为：
Δf＝fsense-fdrive
其中：fsense是检测模态频率，fdrive是驱动模态频率。


5.根据权利要求1所述的基于联合仿真的谐振陀螺优化方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤3.1：利用接口将MATLAB中的结构优化参数数据传递给COMSOL；
步骤3.2：COMSOL根据结构优化参数数据重建谐振陀螺有限元模型，进行有限元分析，并将计算结果通过接口传递给MATLAB；
步骤3.3：在MATLAB中利用图像识别算法在多个特征模态数据中识别谐振陀螺工作模态，保存工作模态的有限元计算数据；
步骤3.4：在MATLAB中利用优化算法计算优化变量并传递给COMSOL，以进行下一次建模。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫平，谷留涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31