<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.18.196-205</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-423</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>CONTROL IN AEROSPACE SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Сравнительный анализ различных подходов к расчету собственных частот чувствительных элементов МЭМС-гироскопов</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>A Comparative Analysis of Different Approaches to Determination of the Natural Frequencies of the MEMS Gyros</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Панкратов</surname><given-names>В. М.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Pankratov</surname><given-names>V. M.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">vmpank@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Барулина</surname><given-names>М. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Barulina</surname><given-names>M. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">marina@barulina.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт проблем точной механики и управления РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Precision Mechanics and Control, Russian Academy of Sciences</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2017</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>18</volume><issue>3</issue><fpage>196</fpage><lpage>202</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/423">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/423</self-uri><abstract><p>Проведено сравнение различных моделей, использующихся для определения собственных частот чувствительного элемента микромеханических гироскопов на этапе их проектирования. Обсуждается применение математических моделей, рассматривающих чувствительный элемент как дискретную систему, и конечно-элементное моделирование с помощью элементов, учитывающих классическую теорию изгиба Эйлера-Бернулли и теорию Тимошенко. Даны конкретные рекомендации по проведению исследования микромеханических датчиков и определения их собственных частот.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article is devoted to research different approaches used to determine the natural frequencies of the MEMS-gyro sensing element at the design stage. In a general case, the MEMS-gyro sensing element can be presented as one or more proof masses, which are connected with each other and with the gyro base by means of springs. Well-known mathematical models for the dynamics of the sensitive element consider it as a discrete system, where the proof masses are substituted by its mass center and the springs are substituted by their stiffness. The finite element modeling (FEM) allows us to consider the sensitive element as a system of linked solid deformable bodies. However, the results of the finite element simulation of the sensing element dynamics depends on the theory of bending supported in the elements used for modeling. Currently, the classical theory of bending of the Euler-Bernoulli and Timoshenko theory are widely used for the finite element simulation of the sensing element. Each of the three approaches (the mathematical models, FEM with Euler-Bernoulli theory, FEM with Timoshenko theory) has its advantages and disadvantages. In the paper the problem of the difference of the simulation results using one of the three approaches by the example for determination of the micromechanical gyroscope natural frequencies was investigated. Specific recommendations for the study of the micromechanical sensors and determination of their natural frequencies were formulated.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>микромеханический гироскоп</kwd><kwd>конечно-элементное моделирование</kwd><kwd>собственные частоты</kwd><kwd>теория Тимошенко</kwd><kwd>micromechanical gyroscope</kwd><kwd>finite element modeling</kwd><kwd>natural frequencies</kwd><kwd>Timoshenko theory</kwd><kwd>Euler-Bernoulli theory</kwd><kwd>mathematical models</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пешехонов В. Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1. С. 3-17.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пешехонов В. Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1. С. 3-17.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Боронахин А. М., Подгорная Л. Н., Бохман Е. Д., Фили-пеня Н. С., Филатов Ю. В., Шалымов Р. В., Ларионов Д. Ю. Использование микромеханических чувствительных элементов в задачах диагностики рельсового пути // Гироскопия и навигация. 2012. № 1 (76). С. 57-66.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Боронахин А. М., Подгорная Л. Н., Бохман Е. Д., Фили-пеня Н. С., Филатов Ю. В., Шалымов Р. В., Ларионов Д. Ю. Использование микромеханических чувствительных элементов в задачах диагностики рельсового пути // Гироскопия и навигация. 2012. № 1 (76). С. 57-66.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лестев А. М., Попова И. В. Современное состояние и тенденции развития механических миниатюрных гироскопов в России // Гироскопия и навигация. 1997. № 2. С. 17-23.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Лестев А. М., Попова И. В. Современное состояние и тенденции развития механических миниатюрных гироскопов в России // Гироскопия и навигация. 1997. № 2. С. 17-23.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gabriel M. Rebeiz RF MEMS: Theory, Design, and Technology, 2001. 512 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gabriel M. Rebeiz RF MEMS: Theory, Design, and Technology, 2001. 512 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ghodssi R., Lin P. MEMS Materials and Processes Handbook (MEMS Reference Shelf) 2011th Edition. 1188 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ghodssi R., Lin P. MEMS Materials and Processes Handbook (MEMS Reference Shelf) 2011th Edition. 1188 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dussy S., Dun-ant D., Moy T., Perriault N., Celerier B. MEMS gyro for space applications. Overview of European activities // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit 15-18 August 2005, San Francisco, California.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dussy S., Dun-ant D., Moy T., Perriault N., Celerier B. MEMS gyro for space applications. Overview of European activities // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit 15-18 August 2005, San Francisco, California.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Acar С., Shkel А. MEMS Vibratory Gyroscopes: Structural Approaches to Improve Robustness. Springer Publishing Company, Inc. 2008. 272 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Acar С., Shkel А. MEMS Vibratory Gyroscopes: Structural Approaches to Improve Robustness. Springer Publishing Company, Inc. 2008. 272 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Choudhary V., Iniewski K. MEMS: Fundamental Technology and Applications (Devices, Circuits, and Systems). CRC Press, 2013.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Choudhary V., Iniewski K. MEMS: Fundamental Technology and Applications (Devices, Circuits, and Systems). CRC Press, 2013.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лукьянов Д. П., Распопов В. Я., Филатов Ю. В. Микромеханические навигационные приборы. С.-Петербург: Изд. Санкт-Петербургского гос. электротехнического ун-та "ЛЭТИ", 2008. 203 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Лукьянов Д. П., Распопов В. Я., Филатов Ю. В. Микромеханические навигационные приборы. С.-Петербург: Изд. Санкт-Петербургского гос. электротехнического ун-та "ЛЭТИ", 2008. 203 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Распопов В. Я. Микромеханические приборы: учеб. пособие. Тула: Изд. Тул. гос. университета, 2002. 392 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Распопов В. Я. Микромеханические приборы: учеб. пособие. Тула: Изд. Тул. гос. университета, 2002. 392 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Джашитов В. Э., Панкратов В. М. Датчики, приборы и системы авиакосмического и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий / Под общ. ред. акад. РАН В. Г. Пе-шехонова. С.-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2005. 404 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Джашитов В. Э., Панкратов В. М. Датчики, приборы и системы авиакосмического и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий / Под общ. ред. акад. РАН В. Г. Пе-шехонова. С.-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2005. 404 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Tickoo Sham ANSYS 11.0 for Designers - CADCIM Technologies. 544 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tickoo Sham ANSYS 11.0 for Designers - CADCIM Technologies. 544 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Code Aster. [R3.08.01] "Accurate" beam elements (straight and curved). Документация для версии Code Aster 11. URL: http:// code-aster.org/doc/v11/en/index.php?man = R3 (Дата обращения: 20.03.2016).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Code Aster. [R3.08.01] "Accurate" beam elements (straight and curved). Документация для версии Code Aster 11. URL: http:// code-aster.org/doc/v11/en/index.php?man = R3 (Дата обращения: 20.03.2016).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">CalculiX CrunchiX USER'S MANUAL version 2.5. Convergent Mechanical. 2003-2015. URL: http://bconverged.com/calculix/ doc/ccx/html/ccx.html Дата обращения: 20.03.2016).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">CalculiX CrunchiX USER'S MANUAL version 2.5. Convergent Mechanical. 2003-2015. URL: http://bconverged.com/calculix/ doc/ccx/html/ccx.html Дата обращения: 20.03.2016).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">OpenFOAM. Free Open Source CFD. The OpenFOAM Foundation. Корпоративный сайт. OpenFOAM Foundation. 2011-2016. URL: http://www.openfoam.org/ (Дата обращения: 20.03.2016).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">OpenFOAM. Free Open Source CFD. The OpenFOAM Foundation. Корпоративный сайт. OpenFOAM Foundation. 2011-2016. URL: http://www.openfoam.org/ (Дата обращения: 20.03.2016).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">COMSOL Multiphysics. The Platform for Physics-Based Modeling and Simulation. Корпоративный сайт. COMSOL Inc. 2016 URL: https://www.comsol.com/comsol-multiphysics (Дата обращения: 11.07.2016).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">COMSOL Multiphysics. The Platform for Physics-Based Modeling and Simulation. Корпоративный сайт. COMSOL Inc. 2016 URL: https://www.comsol.com/comsol-multiphysics (Дата обращения: 11.07.2016).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Octave and Matlab FEM Toolbox. Корпоративный сайт. Precise Simulation Ltd. 2016. URL: http://www.featool.com (Дата обращения: 11.07.2016).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Octave and Matlab FEM Toolbox. Корпоративный сайт. Precise Simulation Ltd. 2016. URL: http://www.featool.com (Дата обращения: 11.07.2016).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барулина М. А., Панкратов В. М. Моделирование динамических процессов в микромеханических датчиках инерциальной информации и их компонентах с помощью специализированного программного обеспечения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева. 2015. Т. 14. № 2. С. 223-233.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Барулина М. А., Панкратов В. М. Моделирование динамических процессов в микромеханических датчиках инерциальной информации и их компонентах с помощью специализированного программного обеспечения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева. 2015. Т. 14. № 2. С. 223-233.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Елисеев В. В. Механика упругих тел. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 341 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Елисеев В. В. Механика упругих тел. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 341 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Григолюк Э. И., Селезов И. Т. Неклассические теории колебаний стержней, пластин и оболочек // Итоги науки и техники. Сер.: Мех. тверд. деформ. тел. М.: ВИНИТИ, 1973. Т. 5.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Григолюк Э. И., Селезов И. Т. Неклассические теории колебаний стержней, пластин и оболочек // Итоги науки и техники. Сер.: Мех. тверд. деформ. тел. М.: ВИНИТИ, 1973. Т. 5.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit22"><label>22</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit23"><label>23</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Барулина М. А. Теоретические основы разработки и создания суперминиатюрного микромеханического многофункционального датчика инерциальной информации // Нано- и микросистемная техника. 2010. № 5 (118). С. 46-54.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Барулина М. А. Теоретические основы разработки и создания суперминиатюрного микромеханического многофункционального датчика инерциальной информации // Нано- и микросистемная техника. 2010. № 5 (118). С. 46-54.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit24"><label>24</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барулина М. А. Математическое обеспечение конечно-элементного моделирования микромеханических датчиков инерциальной информации в рамках неклассической теории изгиба // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 11. С. 764-770.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Барулина М. А. Математическое обеспечение конечно-элементного моделирования микромеханических датчиков инерциальной информации в рамках неклассической теории изгиба // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 11. С. 764-770.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit25"><label>25</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барулина М. А. Построение матрицы масс трехмерного конечного элемента для моделирования динамики микромеханических датчиков инерциальной информации и их узлов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 5. С. 352-360.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Барулина М. А. Построение матрицы масс трехмерного конечного элемента для моделирования динамики микромеханических датчиков инерциальной информации и их узлов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 5. С. 352-360.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit26"><label>26</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филиппов А. П. Колебания упругих систем. Киев: Изд-во АН УССР, 1956. 322 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Филиппов А. П. Колебания упругих систем. Киев: Изд-во АН УССР, 1956. 322 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
