半球谐振陀螺(HRG)具有结构简单、机械损耗小、方便维护、抗辐射与冲击、寿命长、可靠性高等优点,在航空航天和军事领域有着广泛的应用场景。国外主要的半球谐振陀螺生产商Northrop Grumman与Safran都对中国实施了禁运。实现半球谐振陀螺的自主研制,对中国航空航天事业的发展,有着至关重要的战略意义。降低制造成本有助于半球谐振陀螺在民用领域的推广。目前的国内石英半球谐振陀螺主要使用空间电极,而平面电极都应用在微型陀螺的驱动检测。本文论证了石英半球谐振陀螺的平面电极方案,提出了一种基于PCB平面电极的简单组装测试方法,可以大大降低制造成本。现有的半球谐振陀螺驱动检测方式主要是同相驱动检测,本文分析通过环形二极管实现电容差分检测的原理,推导了谐振子的微小形变与差分检测得到电压的转换公式。给出半球谐振陀螺的力平衡控制系统的建模与仿真分析,主振型选择自激振荡的控制方式,有着实现简单,便于修改参数,启动快速,鲁棒性强等优点。设计半球谐振陀螺模拟测控电路。按模块调试电路功能,给出了主振型检测信号与同频率不同幅值、同幅值不同频率驱动电压的关系,验证了平面电极下控制方案的可行性。论文的主要工作主要有:(1)对振动模态仿真,选择合适的工作模态,给出谐振子的关键结构参数对谐振频率的影响。对半球谐振陀螺的动力学模型做进动分析,并介绍全角和力平衡两种工作模式。(2)论证了空间电极与平面电极方案的特点,对谐振子的面外运动做谐响应仿真,证明了平面电极方案的合理性。提出一种基于PCB平面电极的组装方案。给出了平面电极的电容检测与静电力驱动原理,分析通过环形二极管实现电容差分检测的原理,推导了谐振子的微小形变与检测电压值的转换公式。(3)给出半球谐振陀螺主振型分别在基于锁相环的闭环控制和自激振荡控制下的系统建模,以平均法对两种控制方式做稳定性分析。建立从振型控制中正交控制回路与力平衡控制回路的控制模型。完成了以上回路的仿真验证。(4)设计半球谐振陀螺模拟测控电路中的90o精密移相、全波整流、低通滤波、带通滤波、交流放大与直流高压驱动电路,通过仿真验证了电路功能。(5)对半球谐振陀螺的表头和电路进行安装测试。设计电路PCB,确定信号的走向与物理连接关系。对各个电路模块调试,完成控制电路的功能验证。组装了半球谐振陀螺。给出了主振型检测信号与不同幅值的驱动电压、不同频率驱动电压的关系,验证了平面电极下控制方案的可行性。