电容式微机械陀螺双环路闭环驱动电路研究

为了提高微机械陀螺系统的检测灵敏度,对微机械陀螺系统的驱动电路进行了研究.分析了微陀螺闭环驱动系统理论,基于此提出一种双环路闭环驱动方法,并且利用数学工具simulink建立系统模型,验证此方法的可行性,最后设计完成相应电路.此方法引入锁相环实现闭环驱动电路的稳频控制;采用自动增益控制器(AGC)实现恒幅控制.利用Hspice完成电路级仿真.结果表明,微机械陀螺双环路闭环驱动电路建立稳定振荡的时间为45 ms,稳定振荡频率为2.7553 KHz,频率偏差为0.1 z,频率抖动为0.056563 Hz.相对于传统的AGC闭环驱动电路,此闭环驱动电路建立稳定振荡时间缩短了30.77%,频率稳定性是传统AGC闭环驱动电路的32.72%.微机械陀螺环路闭环驱动电路提高驱动信号性能,对于微机械陀螺检测灵敏度的提高有着重要意义.     

振动式微机械陀螺驱动控制电路研究

本文分析了微机械陀螺检测灵敏度和驱动信号频率和幅度的关系,在此基础上提出了一种振动式微机械陀螺驱动控制环路方案并给出了相应的电路实现方法.它利用陀螺谐振时驱动信号和驱动模态位移信号具有900相位差这一特性,采用锁相方式完成驱动轴的稳频控制,恒幅控制环节则采用半波整流电路及后续的直流电压调整电路实现,从而完成了对驱动轴的锁相和恒幅双环路控制,保证了陀螺驱动轴的谐振和振幅恒定,有效的提高了陀螺的灵敏度和标度因子的稳定性.最后针对音叉电容式微机械陀螺进行的开闭环对比实验证明,添加控制环路的检测电路零偏稳定性提高了10倍左右.     

硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制技术研究

为了进一步提高硅微阵列陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,深入分析了硅微阵列陀螺仪的结构设计和闭环驱动控制技术。基于硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制的特点,以现场可编程门阵列(FPGA)为核心控制平台,实现一种基于自激振荡原理的数字化闭环驱动电路。分析并建立了自激振荡与幅度控制的基本模型,基于Simulink实现了闭环自激驱动的仿真。实验结果表明,常温下驱动幅度控制精度达到9×10~(-5),并能有效跟踪驱动模态谐振频率。     

z轴硅微陀螺仪高精度闭环驱动研究

提出了一种z轴硅微陀螺仪高精度闭环驱动方案.该方案实现了闭环驱动的相角和增益条件的解耦;对相角进行了优化控制,消除了驱动频率和驱动模态固有频率的相对频差影响;利用闭环回路中直流控制量与驱动力间的非线性关系,实现闭环自激控制.试验结果表明,1 h内,驱动频率变化的均方差为0.009 Hz,相对变化量为2.2ppm(1ppm=10-6);驱动幅度变化的均方差为0.002 5 mV,相对变化量为15ppm;驱动信号的噪声功率谱密度低于-100 dB.由此可见,本方案使陀螺仪驱动性能得到了极大提高.     

一种改进的振动式微机械陀螺驱动电路

采用闭环控制电路使振动式微机械陀螺驱动模态保持谐振是提高其灵敏度和稳定性的最为直接、有效的方法.基于锁相控制环路是目前振动式陀螺驱动广泛采用的控制方法之一.对包括陀螺在内的锁相环各个环节进行了建模.对各部分模型线性化处理后,推导了微机械陀螺锁相环控制电路的系统传递函数.传递函数的分析表明该系统是一个有差系统,即压控振荡器发生频率和陀螺谐振频率总是存在一定的频差.文中引入了校正环节来消除稳态误差.采用音叉电容式微机械陀螺进行了实验,转台实验显示刻度因子有所提高,表明该控制方案能够有效的提高陀螺的灵敏度及其稳定性.     

硅微振动陀螺仪驱动器自激驱动研究

为了提高硅微机械陀螺仪的检测精度,稳定驱动振动速度的幅度和频率,采用了硅微机械陀螺仪自激驱动方式.该方式能够使驱动振动自动稳定在陀螺仪驱动模态的谐振频率上.同时,采用自动增益控制(AGC)保持恒定的驱动振动幅度.根据自激驱动电路原理和现有的陀螺样品,建立了陀螺仪驱动动力学方程的等效电路模型.设计、制作了自激驱动电路,仿真和实验结果表明该方法切实可行.     

基于SID算法的MEMS陀螺仪测控系统设计

传统的微机电系统(MEMS)微陀螺仪解调算法抗噪声能力差、硬件资源消耗多,提出了一种同步积分解调算法(SID),用于MEMS陀螺闭环测控电路中,实现了驱动/检测信号解调输出。三阶同步积分器构成解调器。仿真分析表明:SID具有更快的响应时间,更低的噪声水平,硬件资源消耗更少。基于SID算法,建立了MEMS陀螺数字闭环测控系统,驱动闭环中锁相环技术和自动增益控制技术实现陀螺恒幅恒频谐振,检测闭环中高阶带通ΣΔ环路滤波器提高了陀螺带宽和响应性能。仿真结果表明:陀螺驱动振幅为4. 738μm,起振时间为0. 12 s,检测带宽为200 Hz,信噪比达到了113. 2 d B。     

基于自适应控制的硅微振动陀螺仪驱动电路研究

硅微振动陀螺仪驱动模态的稳定性对其性能及可靠性有着重要作用.自激驱动能够使单个驱动模态稳定谐振在固有频率上,但对于双驱动模态,由于微机械加工误差的影响,固有频率存在偏差,很难实现频率匹配.研究了基于自适应控制的硅微振动陀螺仪的驱动电路设计,通过固定频率信号驱动和自适应调谐实现双驱动模态的一致性.理论仿真和实验结果表明该设计切实可行.     

高精度数字式MEMS陀螺仪驱动闭环控制系统设计

为提高微机械陀螺检测灵敏度,设计了一种数字式微机械陀螺驱动闭环控制系统,该系统利用数字锁相环来实现陀螺驱动谐振频率和相位的跟踪,同时利用数字自动增益控制模块实现驱动幅值的稳定控制.该控制系统先是在MATLAB/Simulink平台上进行仿真验证,之后在基于FPGA的验证平台上进行验证.实验结果表明在该数字系统的控制下陀螺驱动起振时间大约为0.6 s,驱动幅值相对稳定性小于10×106,陀螺零偏稳定性达到10.448 °/hr.     

高Q值音叉式微陀螺静电自激驱动研究

为了提高检测精度,对研制的具有滑膜阻尼的音叉式微机械陀螺采用静电自激驱动方式,它能够使驱动振动自动稳定在驱动模态的固有频率上,并保持恒定的驱动振动速度幅度。分析了静电自激驱动电路工作原理,采用自动增益控制(AGC)设计制作了相应的检测电路,实现了Q值为325、谐振频率为2.04 kHz微陀螺的闭环恒幅自激振动。     

一种高Q值硅微陀螺谐振频率快速锁定方法

提出了一种高Q值微陀螺快速锁定谐振频率的方法,可以减小其锁相环的调节时间。该方法基于高Q值微陀螺驱动模态受迫响应的瞬态分量包含谐振频率信息且持续时间长的特点,首先简要介绍了高Q值对锁相环锁定过程的影响,重点分析了其对锁频速度的影响;然后通过理论推导以及系统仿真验证了所提方法的可行性和有效性;最后基于FPGA设计了数字驱动电路,并对高Q值陀螺（Q值约为200000）进行驱动模态谐振频率锁定测试。试验结果表明,该方案可以有效控制压控振荡器（VCO）输出信号频率由初始频率迅速跳频至谐振频率附近,并由锁相环迅速锁定。     

Sliding mode learning control of non‐minimum phase nonlinear systems

In this paper, a novel robust sliding mode learning control scheme is developed for a class of non‐minimum phase nonlinear systems with uncertain dynamics. It is shown that the proposed sliding mode learning controller, designed based on the most recent information of the stability status of the closed‐loop system, is capable of adjusting the control signal to drive the sliding variable to reach the sliding surface in finite time and remain on it thereafter. The closed‐loop dynamics including both observable and non‐observable ones are then guaranteed to asymptotically converge to zero in the sliding mode. The developed learning control method possesses many appealing features including chattering‐free characteristic, strong robustness with respect to uncertainties. More importantly, the prior information of the bounds of uncertainties is no longer required in designing the controller. Numerical examples are presented in comparison with the conventional sliding mode control and backstepping control approaches to illustrate the effectiveness of the proposed control methodology. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于FPGA的自动变模控制感应加热电源全数字锁相环研究

针对感应加热电源频率跟踪设计中传统锁相环电路设计复杂、跟踪速度慢、锁相频带窄、单独模块设计修改繁琐等问题,提出一种基于FPGA的自动变模控制感应加热电源全数字锁相环,即拓展锁相环中心频率频带和采用变模控制实现快速频率跟踪.应用SOC技术完成系统设计,并进行典型频带的计算机仿真.仿真结果证实了该设计具有宽范围的锁相能力及快速精确的频率跟踪性能,满足感应加热电源对负载频率变化的快速跟踪要求.     

A Quasi‐Sliding Mode Observer‐based Controller for PMSM Drives

In this paper a quasi‐sliding mode control for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is proposed where a cascade control scheme based on a properly designed state observer provides accurate speed tracking performance. The ultimate boundedness of both the observation error and the speed tracking error is proven. The controller performance has been validated using hardware in the loop (HIL) tests on a simulator based on the model of a commercial PMSM drive. Tests show that the proposed observer‐based controller produces good speed trajectory tracking performance and it is robust in the presence of disturbances affecting the system.     

一种双线振动硅微机械陀螺仪驱动检测电路设计

以一种双线振动硅微机械陀螺仪为研究对象,设计了驱动、检测电路,达到了一定的性能要求。驱动模态使用自激振荡的闭环控制方式,使陀螺稳定工作在其固有频率上。在载波和驱动环节使用了一种AGC技术,实现了载波信号和驱动模态的幅度的高精度控制。使用二极管一次解调,简化了电路结构。检测部分使用了一种相位修正放大电路,有效减小了有用信号频率附近的幅相误差。     

Vector control for induction motor drives based on adaptive variable structure control algorithm

This paper presents a new adaptive robust control for induction motor drives. The proposed control scheme is based on the so‐called field oriented control theory that allows to control the induction motor like a separately excited direct current motor drive, where the field flux (produced by the field current) and the armature flux (produced by the armature current) are decoupled. The robust control law is based on the sliding mode control theory, but unlike the traditional sliding mode control schemes, the proposed design incorporates an adaptive switching gain that avoids the need of calculating an upper limit of the system uncertainties. Moreover the proposed control law is smoothed out in order to avoid the high control activity inherent to the switching control laws. The resulting closed loop system is proven to be stable using the Lyapunov stability theory. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

Position control of synchronous motor drive by modified adaptive two-phase sliding mode controller

A modified adaptive two-phase sliding mode controller for the synchronous motor drive that is highly robust to uncertain-ties and external disturbances is proposed in this paper. The proposed controller uses two-phase sliding mode control (SMC) where the 1st phase mainly controls the system in steady states and disturbed states-it is a smoothing phase. The 2nd phase is used mainly in the case of disturbed states. Also, it is an autotuning phase and uses a simple adaptive algorithm to tune the gain of conventional variable structure control (VSC). The modified controller is useful in position control of a permanent magnet synchronous drive.     

基于锁相环倍频的BLDCM速度控制系统设计

介绍一种基于锁相环六倍频速度采集的无刷直流电机(BLDCM)控制系统,以高性能处理器STM32为核心控制元件,采用锁相环倍频技术实现对电机转速的高精度控制.该系统包括处理器、驱动电路、逆变电路、倍频电路和电机,其中倍频电路对三路霍尔信号实现六倍频处理,输出作为系统的速度反馈.经仿真和实际测试,所设计的锁相环六倍频电路,...     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。