半球谐振陀螺是一种高精度固体波动陀螺,具有精度高、寿命长、结构简单、体积小、重量轻、可靠性好、免标定等特点,非常契合航空、航天、航海等领域惯性导航系统的发展需求。当前半球谐振陀螺控制方案主要采用力平衡控制模式,动态范围小,极大限制了半球谐振陀螺的应用范围。本文针对半球谐振陀螺动态范围提升的技术难点,建立了半球谐振陀螺动力学方程,推导了误差模型,研究了半球谐振陀螺能量补偿机理和陀螺驻波漂移误差特性,提出并实现了大动态半球谐振陀螺控制方案及其误差补偿方法,解决了制约半球谐振陀螺大动态性能的技术瓶颈。论文的主要内容包括:1)建立了大动态半球谐振陀螺的动力学模型和误差模型。从薄壳形变理论开始推导了半球谐振陀螺拉格朗日量,基于拉格朗日方程推导了大动态半球谐振陀螺的动力学模型,并在动力学模型中引入了电驱动作用。然后从简正频率轴和简正阻尼轴的不对称因素,分析了频差（频率不均匀）以及阻尼不均匀对大动态半球谐振陀螺精度影响,建立了包含频差以及阻尼不均匀的大动态半球谐振陀螺误差模型,为大动态半球谐振陀螺的控制方案设计和误差补偿提供理论基础。2)研究了全角模式下的半球谐振陀螺能量补偿和正交控制方法。建立了基于离散电极2倍频半球谐振子参数激励的数学模型并推导了2倍频参数激励下的稳定边界最优解,提出了2倍频参数激励的能量补偿控制方案并进行了仿真验证。分析了正交误差对半球谐振陀螺测量精度的影响,提出了一种通过交流电压来抑制正交误差的控制方案。通过实验证明了半球谐振陀螺的能量补偿和正交控制的有效性。3)研究了大动态半球谐振陀螺误差机理及其补偿方法。分析了阻尼不均匀对半球谐振陀螺驻波漂移的影响,推导了阻尼不均匀引起的驻波漂移误差方程,提出了利用虚拟旋转进行阈值误差补偿的方法,进行了虚拟旋转抑制阈值误差的实验。分析了阻尼不均匀产生角度测量误差的特性,提出了对角度测量误差进行数学补偿的方法。通过实验对大动态半球谐振陀螺阈值和角度误差补偿的效果进行了评估。4)试制了大动态半球谐振陀螺样机并进行性能评估。设计实现了完整的大动态半球谐振陀螺硬件电路和软件模块,构建了基于FPGA硬件电路系统和实验装置,对大动态半球谐振陀螺进行了性能评估。测试结果为:量程≥±500°/s,带宽≥250Hz,零偏稳定性≤0.03°/h,随机游走系数≤0.0038°/√h。测试结果验证了本文开展的大动态控制方案及其误差补偿方法的有效性。