基于模糊控制的MEMS陀螺仪数字驱动闭环设计

提出了基于模糊控制的微机电系统(MEMS)陀螺驱动闭环设计的方法,介绍该方法在MEMS陀螺驱动模态的应用,并在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现。模糊控制属于智能控制的一种,具有很强的鲁棒性、稳定性和非线性系统的控制能力。主要在于基于模糊控制的MEMS陀螺数字驱动闭环的方法,将陀螺驱动信号在FPGA的内部处理。由坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法产生驱动及解调正弦波信号,驱动模态位移信号经过解调和低通滤波后,再由模糊控制对幅值进行恒定控制。实验结果表明:该设计方法能够使MEMS陀螺仪稳定工作在谐振状态下,幅值基本保持恒定,数字驱动闭环的响应信号幅值抖动精度可达到51×10~(-6)。     

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.     

双闭环真空硅微陀螺仪设计及测试性能分析

所设计的硅微陀螺仪工作在10 Pa,品质因素达到3000,采用CAN金属壳封装形式,测控线路采用闭环自激驱动,力反馈式闭环检测方式.驱动采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测采用双重分解和重构回路.测试结果表明:有用信号和正交信号实现很好的相位解耦,互不影响.在实现标度因素10 mY/(°)S-1的情况下,零偏稳定性已达到了60°/h;线性度已达到了400 ppm;带宽仿真达到150 Hz;这较以前设计的空气下闭驱开检方式下的硅微陀螺性能提高了近2个数量级.     

基于混合控制的闭环MEMS陀螺建模与仿真

论述了MEMS陀螺力平衡式闭环检测的基本原理,将∑-△调制器用于MEMS陀螺的闭环检测,设计了基于∑-△调制器的离散信号和基于比例积分与测速反馈的混合闭环检测反馈网络。建立了MEMS陀螺仪闭环检测系统的模型,并进行了仿真验证,本文设计的闭环MEMS陀螺相对于开环检测方式,电路噪声造成的误差减小了67．7％,零偏稳定性提高了3倍。仿真结果验证了所设计的混合闭环检测方案的有效性。     

微石英音叉陀螺的方波驱动及解调电路研究

在分析微石英音叉陀螺的工作原理及电学特性的基础上,对微石英音叉陀螺的驱动电路和微弱角速度信号的提取方法进行了研究;论证了方波驱动的可行性,提出了在自激驱动回路中加入移相环节,使微石英音叉陀螺的驱动振动频率等于其机械谐振频率,分析了开关同步相敏解调在角速度信号的提取中的应用及其对噪声的抑制能力;设计并分析了一个用方波驱动微石英音叉陀螺,用开关同步相敏解调完成信号解调的电路,该电路结构简单,工作可靠,性价比高.     

谐振式光纤陀螺全数字闭环方案

谐振式光纤陀螺是一种新型的惯性传感仪器,与传统机械陀螺和其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势.数字信号处理电路的谐振式光纤陀螺全数字闭环是采用双频率数字锯齿波相位调制技术对光路进行了相应的调制和解调.对光信号中夹杂的大量白噪声以及数字信号处理中由于有限位数的A/D引入的量化噪声进行综合考虑,提出了用比信号带宽高很多的采样率对含有噪声的信号进行过采样,加上后续的数字信号处理,低位数A/D和高位数A/D的检测效果几乎一样.数字调制的精度影响了系统的精度,使用平均法用低位的D/A可以实现很大的调制动态范围.经过基于文中设计的数字系统的实验,得到了和理论仿真类似的解调曲线,证明了文中提出的数字闭环方案的可行性.     

基于多核技术的三轴陀螺数字测控系统

本文首次介绍了一种基于SOPC多核技术的三轴一体化MEMS陀螺数字测控系统。系统通过进行驱动频率闭环、驱动幅度闭环控制,使三只陀螺驱动轴稳定地工作在各自谐振点上且幅度稳定,同时对陀螺敏感轴信号进行解调,实时输出三轴同步的角速度信息。本文采用SOPC多核协调同步、多总线控制、并行计算、数字闭环控制等技术,创新性的构建了单片FPGA内集成多个计算内核的三轴实时并行计算系统,与传统的FPGA+DSP数字控制系统相比显示出小体积、低功耗、低成本、完全可重构、高并行处理能力等优势,同时为今后系统ASIC化打下基础,具有很好的应用前景。     

电容式微陀螺自适应闭环驱动系统的研究

对微陀螺闭环驱动系统理论进行分析讨论,结合微陀螺结构特性和自适应锁相环特点,设计一种微陀螺自适应闭环驱动系统。利用数学工具Matlab分别建立Simulink传统的自动增益控制器（AGC）方式闭环驱动系统模型和自适应闭环驱动系统模型,对其进行系统性能对比分析。分析结果表明：微陀螺自适应闭环驱动系统建立时间比传统AGC方式闭环驱动系统建立时间缩短69％,系统频率偏差仅为1Hz,频率稳定性是传统闭环驱动系统的38．46％,系统抗噪声能力优于传统闭环驱动系统。因此,采用自适应闭环驱动系统可以提高微陀螺的检测灵敏度。     

一种新的MEMS系统噪声建模方法

提出了一种基于Matlab中Simulink工具箱的行为级仿真建模方法。通过提取微机械陀螺的机械结构参数以及外围电路的主要参数,利用传感器的运动方程和系统的传递函数在Simulink平台上建立起MEMS陀螺系统的行为级仿真平台.并在该平台中加入了陀螺器件和电路部分的噪声源。同时对AD630解调电路进行了建模以及噪声性能测试,分析了此种开关型解调电路的优化应用条件。     

MEMS陀螺正交误差分析与仿真

针对MEMS陀螺由于机械耦合引起的正交误差,建立了包含误差的MEMS陀螺动力学方程,在开环检测和闭环检测情况下,分别对正交误差进行了分析,并通过相关检测技术抑制正交误差对陀螺性能的影响,提取出角速度信息.运用Simulink对陀螺进行了建模仿真,仿真结果表明:在开环检测和闭环检测情况下都能够有效消除正交误差的影响,由此验证了理论分析的正确性.