基于偶极子补偿法的硅微机械陀螺仪带宽拓展

发布时间：2017-07-02 11:06

  本文关键词：基于偶极子补偿法的硅微机械陀螺仪带宽拓展，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硅微机械陀螺仪的机械灵敏度与驱动和检测模态的谐振频率差Δf成反比,而Δf处的谐振峰是影响陀螺带宽的直接因素,带宽约0.54Δf,因此,带宽和机械灵敏度往往成为两个互为矛盾的指标。基于自动控制原理中介绍的偶极子理论提出了偶极子补偿控制技术,该方法在不影响机械灵敏度的前提下可有效拓展陀螺带宽。首先,对涉及到的双质量硅微机械陀螺仪的结构形式和工作原理进行了介绍,指出陀螺实际工作的检测模态是由检测同相和反相模态叠加而成,设计了陀螺开环检测回路,分析了带宽是由驱动反相和检测反相模态的谐振频率差决定,并结合检测力反馈激励法验证了上述结论;其次,根据偶极子工作原理设计了偶极子补偿控制器的系统传递函数和电路,并对相关内容进行了仿真,验证了电路参数的准确性;最后,基于偶极子补偿控制器建立了硅微机械陀螺仪闭环检测系统,分析了该系统的稳定性,并对该系统的带宽特性进行了仿真和测试,结果显示带宽由原来的13 Hz拓展到了76 Hz,很好地证明了本文提出方法的可行性。此外,鉴于双质量陀螺的实际检测模态,在消除了第一个Δf谐振峰对带宽的影响后,由检测同、反相模态叠加产生的共轭零点引起的幅值谷为带宽进一步提高的限制因素。
【作者单位】： 中北大学电子测试技术重点实验室;东南大学仪器科学与工程学院;
【关键词】： 硅微机械陀螺仪 偶极子补偿 带宽拓展 模态叠加 谐振峰 控制器设计
【基金】：国家杰出青年科学基金(51225504) 国家973计划(2012CB723404) 国家自然科学基金委员会和中国工程物理研究院联合基金(U1230114) 中北大学基金项目资助
【分类号】：TN96
【正文快照】： 1引言硅微机械陀螺仪用于测量输入角速率信息,最早出现于上世纪八九十年代,基于哥氏效应原理,采用微机械(microelectromechanical systems,MEMS)加工工艺制成,拥有体积小、成本低、重量轻、可靠性高、可批量生产等优点,在惯性导航、汽车安全、机器人、消费电子等领域有着广泛

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本文编号：509622