基于LabVIEW的MEMS陀螺半实物仿真系统设计
发布时间：2020-12-05 13:56
由于MEMS加工工艺的特点,MEMS陀螺总是存在尺寸误差且不可修正,因此在性能上产生差异。由于这种差异,需要对陀螺的关键信号进行参数辨识以便于筛选,对不同的陀螺表头进行电路参数匹配以达到较好工作状态,对环境因素的影响进行监测和补偿以评价陀螺的性能。针对以上陀螺筛选调试过程中的问题,设计了基于LabVIEW的测控算法,与陀螺表头和电路部分共同构成半实物系统。论文首先研究了陀螺的闭环驱动原理,在传递函数推导和Simulink软件仿真的基础上,设计了基于LabVIEW的自动增益控制算法,与硬件部分一同构成闭环驱动,实现了陀螺的稳幅振荡。在陀螺正常工作的基础上,研究了陀螺输出的解调算法,实现了陀螺的开环检测并进行了标度因数实验。通过驱动闭环和检测开环的正常工作,实现了陀螺的角速度检测功能。然后设计了对陀螺关键信号进行参数辨识的算法,通过软件算法获取陀螺的工作状态参数如驱动模态谐振频率、驱动检测幅值、解调相位差等。通过半实物系统可直接获取陀螺工作参数,提高了筛选效率。从影响陀螺标度因数的参数出发进行理论推导,通过软件算法调整环路参数,在满足标度因数非线性要求的条件下,提高陀螺的标度因数。通过程序...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同类型陀螺性能指标分布图??
（ｉ．ｍｍｉｓ?＃?ｗｏ〇ｉ５?ｅ?ｓｏｏｔｓ?ｏ．ｏｅｉｓ?ｃ．ｍｓ?ｃ．ｔｓ?ｉ?ｓ?ｉｓ?！ｓ？?ｉｓｓａ??Ｓ！Ａ＊?ＳｔＡＷＵＴＹ?（?？？ｌ??图１．１不同类型陀螺性能指标分布图??硅微机械陀螺的理论基础是经典力学中的哥氏效应：即系统中以速度Ｖ运动的质量??ｗ，存在角速度《时，便产生哥氏力尺＾有＆？二ｗｙ。硅微机械陀螺仪是通过振动的??机械单元，即质量块的哥氏效应来检测角速率，其最基本的实现方式是通过悬浮在基底??上的质量块的线性振动来反映敏感到的角速率。质量块由锚定的挠性悬架支撑，能够在??两个正交的方向上——驱动方向和敏感方向上自由振荡，典型结构如图１．２所示Ｗ。??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ??图１．２硅微机械陀螺仪典型结构示意图??在驱动方向上（Ｘ轴），由外围驱动电路施加正弦驱动信号到驱动电极上，通过驱??动梳齿产生驱动力，使质量块在驱动方向上产生谐振。当陀螺的离面轴向（Ｚ轴）有角??速度输入时，质量块将在敏感方向（Ｙ轴）感应产生与驱动模态同频率的哥氏力以及振??动运动
硕士学位论文?基于ＬａｂＶＩＥＷ的ＭＥＭＳ陀螺半实物仿真系统设计??１．２．１国外研宄现状??在国外，硅微机械陀螺的研究起步较早，主要研宄机构有佐治亚理工大学、加州大??学、加州伯克利大学、密歇根大学、赫尔辛基大学等。除此之外，还有一些成熟的商业??化娃微机械陀螺产品提供商，如?ＡＤＩ、Ｂｏｓｃｈ、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｓｅｎｓｏｎｏｒ、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ??等【３】。??（１）佐治亚理工大学??佐治亚理工大学于２００７及２００９年报道了?一款高性能硅微机械陀螺仪及其测控电路??［４，５］。该陀螺采用体微工艺制造以及真空封装技术，其驱动与检测模态的品质因数大于??４００００，其陀螺结构和模态匹配如图１．３所示。文献Ｗ首次报道了通过静电调谐的方法将??模态分离的硅微陀螺调节到模态匹配的工作模式，使检测模态也工作在谐振状态，从而??极大地提高了机械灵敏度。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW的加速度计模型参数辨识模块设计[J]. 郭鑫,王建林,于涛,赵利强. 传感器与微系统. 2016(02)
[2]基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统[J]. 任艳波,于海涛,赵伟,刘民,李昕欣. 仪表技术与传感器. 2015(12)
[3]微机电陀螺的现状与发展趋势[J]. 周鑫,肖定邦,吴学忠. 国防科技. 2015(04)
[4]一种低机械噪声弱耦合的微机电陀螺敏感结构[J]. 陈志勇,张嵘,周斌. 中国惯性技术学报. 2015(03)
[5]微机电陀螺解调过程中的噪声传递机理研究[J]. 林梦娜,崔健,刘凯. 导航定位与授时. 2015(02)
[6]微机械陀螺品质因数的在线测量方法[J]. 王安成,胡小平,罗兵,王谱华. 国防科技大学学报. 2014(03)
[7]电子电路噪声的研究[J]. 王阗. 电子制作. 2014(03)
[8]LabVIEW在模拟电子电路设计与仿真中的应用[J]. 王秀梅. 电脑知识与技术. 2013(18)
[9]双质量硅微机械陀螺固有频率温度特性研究[J]. 凤瑞,裘安萍,施芹,苏岩. 南京理工大学学报. 2013(01)
[10]动力调谐陀螺仪模型快速开环辨识[J]. 杨光,李醒飞,孙建,赵建远. 天津大学学报. 2013(02)
博士论文
[1]硅微机械陀螺数字化测控电路技术研究[D]. 杨亮.南京理工大学 2014
本文编号：2899558
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同类型陀螺性能指标分布图??
（ｉ．ｍｍｉｓ?＃?ｗｏ〇ｉ５?ｅ?ｓｏｏｔｓ?ｏ．ｏｅｉｓ?ｃ．ｍｓ?ｃ．ｔｓ?ｉ?ｓ?ｉｓ?！ｓ？?ｉｓｓａ??Ｓ！Ａ＊?ＳｔＡＷＵＴＹ?（?？？ｌ??图１．１不同类型陀螺性能指标分布图??硅微机械陀螺的理论基础是经典力学中的哥氏效应：即系统中以速度Ｖ运动的质量??ｗ，存在角速度《时，便产生哥氏力尺＾有＆？二ｗｙ。硅微机械陀螺仪是通过振动的??机械单元，即质量块的哥氏效应来检测角速率，其最基本的实现方式是通过悬浮在基底??上的质量块的线性振动来反映敏感到的角速率。质量块由锚定的挠性悬架支撑，能够在??两个正交的方向上——驱动方向和敏感方向上自由振荡，典型结构如图１．２所示Ｗ。??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ??图１．２硅微机械陀螺仪典型结构示意图??在驱动方向上（Ｘ轴），由外围驱动电路施加正弦驱动信号到驱动电极上，通过驱??动梳齿产生驱动力，使质量块在驱动方向上产生谐振。当陀螺的离面轴向（Ｚ轴）有角??速度输入时，质量块将在敏感方向（Ｙ轴）感应产生与驱动模态同频率的哥氏力以及振??动运动
硕士学位论文?基于ＬａｂＶＩＥＷ的ＭＥＭＳ陀螺半实物仿真系统设计??１．２．１国外研宄现状??在国外，硅微机械陀螺的研究起步较早，主要研宄机构有佐治亚理工大学、加州大??学、加州伯克利大学、密歇根大学、赫尔辛基大学等。除此之外，还有一些成熟的商业??化娃微机械陀螺产品提供商，如?ＡＤＩ、Ｂｏｓｃｈ、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｓｅｎｓｏｎｏｒ、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ??等【３】。??（１）佐治亚理工大学??佐治亚理工大学于２００７及２００９年报道了?一款高性能硅微机械陀螺仪及其测控电路??［４，５］。该陀螺采用体微工艺制造以及真空封装技术，其驱动与检测模态的品质因数大于??４００００，其陀螺结构和模态匹配如图１．３所示。文献Ｗ首次报道了通过静电调谐的方法将??模态分离的硅微陀螺调节到模态匹配的工作模式，使检测模态也工作在谐振状态，从而??极大地提高了机械灵敏度。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW的加速度计模型参数辨识模块设计[J]. 郭鑫,王建林,于涛,赵利强. 传感器与微系统. 2016(02)
[2]基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统[J]. 任艳波,于海涛,赵伟,刘民,李昕欣. 仪表技术与传感器. 2015(12)
[3]微机电陀螺的现状与发展趋势[J]. 周鑫,肖定邦,吴学忠. 国防科技. 2015(04)
[4]一种低机械噪声弱耦合的微机电陀螺敏感结构[J]. 陈志勇,张嵘,周斌. 中国惯性技术学报. 2015(03)
[5]微机电陀螺解调过程中的噪声传递机理研究[J]. 林梦娜,崔健,刘凯. 导航定位与授时. 2015(02)
[6]微机械陀螺品质因数的在线测量方法[J]. 王安成,胡小平,罗兵,王谱华. 国防科技大学学报. 2014(03)
[7]电子电路噪声的研究[J]. 王阗. 电子制作. 2014(03)
[8]LabVIEW在模拟电子电路设计与仿真中的应用[J]. 王秀梅. 电脑知识与技术. 2013(18)
[9]双质量硅微机械陀螺固有频率温度特性研究[J]. 凤瑞,裘安萍,施芹,苏岩. 南京理工大学学报. 2013(01)
[10]动力调谐陀螺仪模型快速开环辨识[J]. 杨光,李醒飞,孙建,赵建远. 天津大学学报. 2013(02)
博士论文
[1]硅微机械陀螺数字化测控电路技术研究[D]. 杨亮.南京理工大学 2014
本文编号：2899558
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