半球谐振陀螺是在传统的机械转子式陀螺和光学陀螺的基础上发展起来的新一代高精度陀螺,是主流高精度惯性器件之一,已广泛应用在航空、航天、航海等领域。国内传统的半球谐振陀螺的工作模式为力反馈模式,该模式下半球谐振陀螺精度高,但动态范围较小、应用范围有限。针对上述问题,本文本文对速率积分模式半球谐振陀螺进行研究,通过对其进行理论建模及控制方法的研究,可以将半球谐振陀螺应用在有大动态范围需求的环境中。本文主要研究内容如下:1.依据经典薄壳理论,建立速率积分模式半球谐振陀螺的动力学模型。通过使用力学中变分法及虚功原理,将抽象的驻波二阶振动模态转化为一集中质量在二维空间的弹簧简谐振动,推导了二维空间集中质点的振动微分方程。2.针对平板电极实际几何结构造成建模困难的问题,引入等效间距角概念,建立等效电容器模型,并给出近似解析解。依据误差平方和最小原则,提出电容模型参数辨识方法,在此基础上设计了先电极平均间距、后安装倾角及倾角方位角的装配参数辨识方案。进行仿真实验。3.对半球谐振陀螺谐振子的主要结构参数对谐振模态的影响进行仿真。根据模态变化规律结合实际工程实现需要,给出选择谐振子结构参数的方法。同时对变壁厚及变支撑杆径结构仿真,提出谐振子机械加工时的精度要求。对谐振子、平板电极、电极基座整体结构仿真,给出电极与基座间距对导电引针谐振频率的影响。4.通过引入泡利矩阵表示半球谐振陀螺谐振子二阶振动方程,采用平均法建立系统慢变量与谐振子进动参数的联系。通过检测系统输出的慢变量表示系统波节点控制量、波腹点控制量及方位角,设计速率积分半球谐振陀螺的控制方案,并进行仿真验证。