微机械陀螺仪是一种用于测量角速度和角位移的静电驱动MEMS惯性器件。它以性能可靠、体积小、响应快、能耗低、成本低和智能化等特点被广泛应用于军民领域,具有良好的市场和发展前景。相较于传统的单自由度微陀螺,多自由度微陀螺通过增加驱动和检测模块的自由度数使其具有高灵敏度、宽带宽和较好的鲁棒性的特点,极大地弥补了单自由度微陀螺窄带宽的设计缺陷。然而由于自由度数的增加,其结构变得更加复杂,增加了加工难度,同时系统中存在的非线性因素也会随之增多。这些非线性因素会导致微陀螺出现不稳定的工作状态,甚至造成线性设计失效。因此开展多自由度微陀螺非线性动力学行为的研究对控制和消除非线性的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。为揭示非线性因素对多自由度微陀螺静、动态性能的影响,本文以一类双驱动双检测四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,分别采用理论分析和数值仿真的方法研究了静电力非线性对四自由度微陀螺静态、动态性能的影响以及梳齿倾斜角加工误差对微陀螺动态性能的影响。为分析非线性因素对微陀螺动力学特性的影响规律,首先采用复指数法对微陀螺线性动力学方程进行求解;然后分别采用Hamilton原理和多尺度法对其非线性动力学方程进行分析,探究梳齿间距和直流偏置电压对微陀螺静动态性能的影响规律。研究发现:静电力非线性下,随着梳齿间距的减小,吸合电压逐渐减小,此外减小梳齿间距和增大直流偏置电压都会促使微陀螺的微驱动梳齿发生吸合现象;在静电力和刚度非线性的共同作用下找到了系统发生二次吸合的条件。梳齿间距及直流偏置电压均存在临界值,该临界值为静电力非线性是否产生影响的分界点,临界点的值可应用非线性动力学分析的方法进行确定,该研究结果可为微陀螺的参数设计提供理论基础,解决了线性设计失效的问题。直流偏置电压一定时,当梳齿间距小于临界值时系统出现静电力软特性,静电力非线性随梳齿间距的减小而增强,大于临界值时系统保持为线性状态;直流偏置电压小于其临界值时系统可免受静电力非线性的影响,大于临界值后系统出现软特性且静电力非线性随偏置直流电压的增加而增大;由于多自由度微陀螺有较好的带宽鲁棒性,静电力非线性对带宽的影响可忽略,但由于共振频率的偏移及静电力非线性的刚度软化特性会降低微陀螺的灵敏度并影响其稳定性。刻蚀误差是微机械加工中无法避免的加工缺陷,为使多自由度微陀螺的动力学模型更为精细化,本文分析了由于刻蚀误差导致的梳齿倾斜角在线性及非线性情况下对其动态性能的影响规律。研究发现:当微陀螺在线性系统内工作时,梳齿倾斜角会导致微陀螺系统出现共振频率偏移现象,同时造成响应输出灵敏度大幅下降,但对其带宽基本没有影响;当微陀螺在静电力非线性系统内工作时,梳齿倾斜角对微陀螺的响应输出具有刚度硬化作用,且当倾斜角等于0.15度时硬化作用最强、当大于0.15度后随着角度的增加硬化作用逐渐减小。梳齿倾斜角引起的刚度硬化可部分地抵消静电力非线性引起的刚度软化效应,可提高微陀螺灵敏度及动态性能的稳定性。