微机械陀螺一般都是利用科里奥利力来敏感角速度的振动陀螺。国内外研究的微机械陀螺主要是带驱动的微机械陀螺,而文中研制的无驱动结构的微机械陀螺是一种针对旋转载体自身特点开发出来的陀螺,主要用于旋转载体的姿态控制,它是安装在旋转载体上随旋转载体一起运动,使用旋转载体的滚动角速度作为驱动,所以它没有普通硅微机械陀螺的驱动部分,这样一来就大大简化了陀螺的总体结构,从而减少了加工制作的难度,也降低了制造成本。这种陀螺不仅结构简单、可靠性高,而且在捷联惯导平台中,利用加速度计的地理坐标基准,通过科里奥利力作用下形成的电容变化来检测旋转载体的偏航和俯仰角速度,能同时敏感旋转载体的二向角速度和角度,主要用在旋转载体单通道控制系统中,已成功使用。本论文以一种体微机械加工技术制备的无驱动结构的微机械陀螺为研究对象,为了解决微机械陀螺产品质量和性能的稳定性,提出了基于悬臂梁矩形薄板理论的微结构性能解析方法,基于体微机械加工技术的微机械陀螺工艺改进的设计方法,基于SPC技术对微机械陀螺结构稳态生产的研究方法：1.对无驱动结构的微机械陀螺的工作原理和动力学模型进行分析的基础上,提出了基于Tait-Bryan角坐标变换的无驱动结构的微机械陀螺的动态解析方法,从理论上验证了该陀螺可以敏感旋转体向角速度的机理。分析了微机械陀螺的输出角与输入角和梁的扭转刚度变化之间的关系,设计研究该陀螺的结构参数,进行误差分析。2.基于悬臂梁的矩形薄板理论和能量法解析瞬态冲击性能的基础上,分析微机械陀螺质量块的振动模态、幅频特性和瞬态特性,确定合理的梁结构,对梁截面特性进行分析,结合湿法刻蚀中的各向异性特性,提出为增强抗冲击而改变梁结构的二次稳健性设计方法。为提高微机械陀螺的动态性能,分析了不同的微陀螺弹性梁结构,并利用积分法对弧形梁抗扭刚度进行了推导,从理论上分析了无驱动结构的微机械陀螺的悬臂梁特性。对微陀螺的动态特性进行了解析,使用Coventor software suite仿真软件建立模型,模拟并比较了微陀螺质心偏移和缺陷对微陀螺性能的影响。3.为解决体微机械加工工艺中产品性能的一致性问题,在对微机械陀螺性能变异分析的基础上,提出了基于体微机械加工技术的微机械陀螺工艺改进的设计方法。在体微机械加工技术制作敏感元件中,针对以前最后一步小片单独制作的困难与工作的繁重,提出整片制作成型,并重新设计绘制掩模板,改进敏感元件的加工工艺,从器件级生产提高到晶圆级生产,提高了产品的一致性与重复性,缩短了生产周期。4.为解决微机械陀螺加工过程中的异常原因造成产品质量波动的问题,提出了基于SPC统计技术的微机械陀螺稳态生产的方法。分析确定陀螺制作中的关键工序与关键参数,并采集数据,绘制控制图,从而监控生产过程中的关键参数,识别变差的异常原因并采取措施,达到及时改进、保证产品质量的目的。通过对无驱动结构的微机械陀螺结构动态性能解析与稳健性设计的研究,在改变悬臂梁结构、改进微加工工艺和SPC稳态生产的情况下,提高了微机械陀螺产品的一致性与稳定性。鉴于此,文中研究的无驱动结构的微机械陀螺具有重要的意义及应用价值。