基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升方法及裝置的製作方法
2023-04-22 20:29:26
專利名稱：基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及矽微機械陀螺領域，具體涉及一種基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升方法及裝置。
背景技術：
矽微機械陀螺一般由支撐梁和質量塊組成，多採用靜電驅動、電容檢測的形式。矽微機械陀螺包括兩個模態:驅動模態和檢測模態。質量塊在驅動靜電力的作用下沿驅動軸方向(X軸)做簡諧振動，稱為驅動模態；當沿著角速度輸入方向(Z軸)存在角速度信號時，由哥氏力效應產生的哥氏力使得檢測質量塊在檢測軸方向(y軸)產生振動，稱為檢測模態。檢測模態檢測電容變化量與輸入角速度成正比，通過C-V轉化後即可通過測量該電壓信號從而獲得輸入角速度的信息。考慮驅動和檢測模態採用同一質量塊，矽微機械陀螺的系統動力學方程為:
權利要求
1.一種基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升方法，其特徵在於實施步驟如下: 1)將矽微機械陀螺的一次解調單元輸出的檢測信號依次進行放大、根據驅動信號進行二次解調、濾波、PID控制得到正交耦合誤差信號幅值，將所述正交耦合誤差信號幅值調製到所述驅動信號得到正交耦合誤差信號； 2)將矽微機械陀螺的一次解調單元輸出的驅動信號進行90°移相得到驅動正交信號，將矽微機械陀螺的一次解調單元輸出的檢測信號依次進行放大、根據驅動正交信號進行二次解調、濾波和PID控制得到哥氏力信號的幅值，將哥氏力信號的幅值經低通濾波器後作為最終檢測信號輸出，同時將哥氏力信號的幅值調製到所述驅動正交信號得到哥氏力信號; 3)將所述正交稱合誤差信號和哥氏力信號疊加，並與偏置直流電壓一起加載到娃微機械陀螺的檢測電極。
2.根據權利要求1所述的基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升方法，其特徵在於，所述步驟3)中將疊加後的信號與輸入矽微機械陀螺的偏置直流電壓一起加載到矽微機械陀螺的檢測電極的詳細步驟如下:將所述疊加後得到的信號直接與輸入直流偏置電壓一起加載到所述檢測電極的正極，同時將所述疊加後得到的信號經反相後與輸入直流偏置電壓一起加載到所述檢測電極的負極。
3.一種基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升裝置，其特徵在於，包括: 放大器(31)，用於將矽微機械陀螺(I)的一次解調單元(2)輸出的檢測信號進行放大得到放大檢測信號； 正交耦合誤差信號獲取單元(32)，用於根據一次解調單元(2)輸出的驅動信號和放大器(31)輸出的放大檢測信號獲取正交耦合誤差信號； 哥氏力信號獲取單元(33)，用於根據一次解調單元(2)輸出的驅動信號和放大器(31)輸出的放大檢測信號獲取哥氏力信號； 加法器(34)，用於將正交耦合誤差信號獲取單元(32)輸出的正交耦合誤差信號和哥氏力信號獲取單兀(33)輸出的哥氏力信號疊加； 電壓輸出單元(35)，用於將加法器(34)的輸出反饋到矽微機械陀螺(I)的檢測電極； 所述正交耦合誤差信號獲取單元(32)包括依次相連的第一解調乘法器(321)、第一濾波器(322)、第一 PID控制器(323)、第一調製乘法器(324)，所述第一解調乘法器(321)的輸入端分別與放大器(31)的輸出端、一次解調單元(2)的驅動信號輸出端相連，所述第一調製乘法器(324)的輸入端分別與第一 PID控制器(323)、一次解調單元(2)的驅動信號輸出端相連；所述哥氏力信號獲取單元(33)包括依次相連的第二解調乘法器(331)、第二濾波器(332)、第二 PID控制器(333)、第二調製乘法器(334)、90°移相器(335)，所述90°移相器(335)的輸入端與一次解調單元(2)的驅動信號輸出端相連，所述第二解調乘法器(331)的輸入端分別與放大器(31)的輸出端、90°移相器(335)的輸出端相連，所述第二調製乘法器(334)的輸入端分別與第二 PID控制器(333)、90°移相器(335)的輸出端相連；所述加法器(34)的輸 入端分別與第一調製乘法器(324)的輸出端、第二調製乘法器(334)的輸出端相連，所述第二 PID控制器(333)通過一個低通濾波器(36)將矽微機械陀螺(I)的最終檢測信號輸出。
4.根據權利要求3所述的基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升裝置，其特徵在於:所述電壓輸出單兀(35)包括第一加法器(351)、反相器(352)和第二加法器(353),所述第一加法器(351)的輸入端、反相器(352)的輸入端均與加法器(34)的輸出端相連，所述第一加法器(351)的輸出端與矽微機械陀螺(I)的檢測電極正極相連，所述第二加法器(353)的輸出端通過反相器(352)與矽`微機械陀螺(I)的檢測電極負極相連。
全文摘要
本發明公開了一種基於力平衡閉環控制的矽微機械陀螺性能提升方法及裝置，方法包括1)檢測信號經驅動信號解調後、濾波以及PID控制後再調製至驅動信號，獲取正交耦合誤差信號；2)檢測信號經驅動信號90°移相後得到的驅動正交信號解調後、濾波以及PID控制後獲取哥氏力信號；3)將正交耦合誤差信號和哥氏力信號疊加與偏置直流電壓一起加載到矽微機械陀螺的檢測電極。裝置包括放大器、90°移相器、正交耦合誤差信號獲取單元、哥氏力信號獲取單元、加法器、電壓輸出單元。本發明通過抵消作用到檢測質量塊上的作用力，保持檢測元件維持在原有位置，能夠有效避免正交誤差大、特徵參數漂移和同步解調中相位差等對微陀螺性能的影響。
文檔編號G01C19/5776GK103162680SQ201310087539
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者肖定邦, 吳學忠, 胡小平, 陳志華, 蘇劍彬, 侯佔強, 劉學, 張旭 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學