多环谐振式微机械陀螺频率跟踪电路研究

发布时间：2021-08-26 04:10

　　由于多环谐振式微机械陀螺的谐振频率较高,传统的数字控制电路对陀螺幅点信号的频率跟踪难以同时兼顾精度和速度的要求。在传统半球陀螺数字控制电路的基础上,提出了一种适用于多环谐振式微机械陀螺仪的频率跟踪电路,并首次运用于多环谐振式微机械陀螺。该电路以高速A/D转换电路为基础,通过对幅点信号高速采样计算频率和相位信息,并通过CORDIC算法产生输出信号。测试结果显示,该电路使多环谐振式微机械陀螺幅点信号的频率跟踪精度达到了0.78Hz,频率跟踪时间小于40μs,使控制电路的性能得到了极大提升。 

【文章来源】：半导体光电. 2020,41(03)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

频率跟踪电路结构示意图

对于多环谐振式微机械陀螺，当选择谐振频率100倍的采样频率时，过零点A和B的相位间隔为Δθ，如图2(b）所示，C为根据点A和B做直线拟合得到的零点，C0为实际零点。由拟合引入的误差为C0C。幅点信号过零点的正弦值小于sin 3.6°，当θ取极限3.6°时，使用式（1）作近似时误差为0.637%，即该方法可将误差控制在一个很小的范围。由于采样频率固定，可以通过统计当前信号一个周期内的采样点数N来计算对应的时间t0。根据式（2),t1为C点到B点的时间，t2为D点到F点的时间，可以计算得到当前信号周期T:

取则式（4）中tanθn可以通过移位操作实现，而则是由M确定的常数K。因此复杂的三角函数计算可以通过简单的移位累加操作来实现，且迭代次数越多，每次计算的误差越小。令xi=K,yi=θ，通过式（4）计算输出xi+1=cosθ，yi+1=sinθ，完成了三角函数的计算。该模块采用16级流水线，即θ迭代次数为16次，那么K值就是0.607 253。相位步进Cp按采样频率进行自加得到实时的角度θ，通过式（4）计算得到对应的正弦值和余弦值。该算法既发挥了FPGA的算力优势，又免去了片内存储资源的调用与通信过程，使系统精简且高效。该模块可在20个周期内完成计算，相位累加精度达到0.001 8°。

【参考文献】：
期刊论文
[1]半球谐振陀螺控制电路频率跟踪精度提升方法[J]. 赵万良,王伟,齐轶楠,荣义杰,李绍良.  导航与控制. 2017(03)
[2]半球谐振陀螺（HRG）信号处理技术[J]. 吕志清.  中国惯性技术学报. 2000(03)

硕士论文
[1]基于FPGA的微半球陀螺数字化测控电路相关技术研究[D]. 张钰莹.上海交通大学 2019
[2]半球谐振陀螺数字控制电路研究[D]. 林珂.电子科技大学 2014
[3]半球谐振陀螺力再平衡数字控制技术[D]. 李云.国防科学技术大学 2011
[4]半球谐振陀螺控制技术研究[D]. 雷霆.重庆大学 2006



本文编号：3363515