微机电系统(MEMS)是当前研究的一个热点领域,也是一个难点密布的领域。从原理、设计到加工制造都存在大量极有价值的科学问题和急需解决的工程问题。其中,加工后微机械器件的性能稳定性问题就是困扰其量产化的关键问题之一。由于微机械器件的微小尺寸效应以及加工误差的客观存在,这就给具有一体化结构特征的微机械器件的性能研究和评价带来了极大的困难。尤其在微机械器件批量加工过程中,其微小尺寸效应对各种加工干扰的敏感性,存在随机加工误差难以控制和难以测量的问题。这些误差造成微机械器件的实际性能与设计性能出现较大偏离,严重时常常造成器件失效。本论文以一种体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为研究对象,为弱化加工误差对微机械器件性能的影响、提高批量微陀螺的性能稳定性,就微陀螺加工与性能的关系以及相关的健壮性设计展开了系统而深入的研究:　　 1.介绍了音叉式微机械陀螺的基本加工工艺。基于刚体模型分析了音叉式微机械陀螺的基本工作原理、空气阻尼特性以及弹性梁的设计。在肯定微陀螺刚体模型优点的同时也指出了刚体模型存在的多个缺陷。　　 2.以提高其检测电容的解析精度为目的,利用多自由度动态有限元解析理论,提出了基于弹性体模型的检测电容解析法。实现了考虑制备工艺、加工手段等引起的微陀螺结构缺陷造成的性能、品质变异仿真,以及面向微陀螺最终输出性能/检测电容的动力学特性与检测特性的分析。此方法基本解决了刚体结构微机械陀螺简化模型的低精度缺陷问题,为实现其多物理场工作环境的表征、结构拓扑形态的设计、复杂动态性能的仿真及其健壮性设计等工程化目标提供了可能。　　 3.基于随机摄动技术定量计算了微陀螺固有频率变异和检测输出电容变异的统计特征,以概率思想表达了微陀螺批量加工过程所带来的材料/尺寸随机误差对其性能的影响。通过所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对性能变异的敏感度。在详尽分析微陀螺众多参数的影响因子的基础上获得了微陀螺最为关键的若干参数。这有限关键参数的获得,不仅为微陀螺的健壮性设计提供了方向,同时也为实际微陀螺的加工控制提供了量化的可参考依据。　　 4.以提高批量微陀螺性能稳定性为目的,从微陀螺加工与性能的关系出发,利用随机摄动技术、遗传优化技术、概率分析技术等研究了微陀螺的健壮性设计问题。在各种约束分析以及目标评价分析的基础上,建立了同时考虑加工误差和性能双重因素的微陀螺健壮性优化的数学模型。对该数学模型的遗传求解表明,在无需对现有加工条件进行改进的条件下,通过对微陀螺尺寸参数的健壮性优化,弱化了微陀螺加工对其性能的影响,提高了批量微陀螺的性能稳定性。微陀螺的健壮性研究提供了一种缩短实际微机械陀螺研制周期、实现微机械陀螺高效设计的有效途径。