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。     

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.     

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.     

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.     

钟形振子式角速率陀螺驱动控制技术研究

钟形振子式角速率陀螺采用压电激励实现驱动模态振动。利用自抗扰控制算法对钟形振子式角速率陀螺的驱动模态进行了分析,通过构建扩张状态观测器,建立了钟形振子的自抗扰驱动控制模型,设计了钟形振子式角速率陀螺驱动模态的自抗扰控制器,使陀螺工作在调谐驱动。该设计能够补偿由加工制造误差以及环境变化等引起的陀螺参数变化,实现陀螺的固定频率谐振驱动,保持陀螺驱动轴输出信号幅值恒定。结合钟形振子式角速率陀螺实际参数,通过仿真和试验对该设计进行了验证,仿真和试验结果验证了该设计的有效性和可行性。     

微型振动陀螺仪驱动电路的设计与优化

微陀螺驱动电压的频率和幅值稳定性是影响微陀螺工作性能的重要因素.针对微型振动陀螺仪的驱动电路设计问题,采用DSP的脉宽调制(PWM)功能发出正弦波,并采用闭环推挽式驱动控制方式,实现了驱动电压频率和幅值的高稳定性.同时对驱动电路中的带通滤波电路采用了最优化设计方法使得所设计的电路比原来的电路的带宽下降了50%.     

一种高幅值稳定性的微机械陀螺闭环驱动电路

优化设计了一种闭环自激驱动电路,有效提高了微机械陀螺的驱动闭环控制精度.根据自激振荡振幅稳定性理论,对相角和增益解耦的闭环驱动系统幅值控制环路进行了分析,计算得到系统环路增益,推导出系统幅值达到最佳状态的环路参数,优化后陀螺的驱动力仅受控于一个可调变量.实验结果显示,改进后的自激振荡波形的均方差为0.0033 V,频率均方差为0.793 Hz,输出的幅值和频率的稳定性都得到了较大改善.对幅值控制环路的改进简化了电路调试,有效提高了陀螺系统的测量精度.     

微机械陀螺闭环驱动电路的新方法

闭环驱动方式是目前高性能微机械陀螺的主流驱动方式,大部分的闭环驱动电路采用了自动增益控制模块以稳定输出信号的幅度,但是,采用AGC模块会限制电路的线性工作范围,而且输出摆幅有限,因此制约了微机械陀螺系统的灵敏度和稳定性。基于以上不足,在建立微机械陀螺系统等效电路模型的基础上,提出一种新颖的解决方案,采用比较器代替AGC模块,实现对陀螺输出信号幅度的控制,这种方案不仅电路结构更为简单,而且增大了整体电路的线性工作范围,能够始终输出满量程的驱动信号。     

微石英音叉陀螺等效阻抗的不稳定性研究

在实验中发现.微石英音叉陀螺在自激振荡驱动回路中的等效阻抗随驱动电压幅值的变化而变化,具有不稳定性。在阐述微石英音叉陀螺基本工作原理及其模拟驱动电路设计基本原则的基础上,研究了微石英音叉陀螺等效阻抗的不稳定性对其模拟驱动电路的影响,从一个侧面说明了现有实用的微石英音叉陀螺模拟驱动电路大多为方渡驱动电路的原因,以及模拟正弦波驱动电路的不可行性。     

大动态范围AGC系统的构建与仿真

针对科研实践中需要采集大动态范围模拟信号的问题,构建基于可变增益放大器8369的数字AGC系统。采用基于双斜率滤波技术的设计,给出AGC控制算法的实现流程,利用Matlab仿真引入算例证明算法的可行性,并讨论算法中关键参数取值对控制精度的影响。实际系统达到50dB动态范围的设计目标。     

一种用于补偿抗干扰信噪比损失的全数字AGC

介绍了LEO卫星扩频通信中的抑制强窄带干扰所带来的信噪比损失,提出在在抗干扰处理后用全数字AGC来稳定电平。在AGC保护下,接收机的信噪比损失在1dB范围内。     

微机械陀螺的仿真与优化

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。     

无抖振滑模控制在结构振动中的应用研究

考虑传统滑模控制的趋近律方法应用于建筑结构振动控制中存在高频抖振,且控制效果过分依赖于参数的选取。利用双曲正切函数,设计了一种新的趋近律方法。新的方法能加快趋近速度,从理论上消除抖振,并有效减小趋近律设计过程中参数选取的复杂度。最后,以一个三层Benchmark结构模型为例进行了仿真数值分析,结果表明,该方法对结构的地震峰值响应抑制效果明显。     

基于CMOS工艺的自动增益控制电路研究

在无线接收机中,天线接收的信号强度往往变化很大,自动增益控制环路(automatic gain control,AGC)根据这个信号强度来动态调节控制放大器的增益,向后级基带电路(如ADC)提供幅度恒定的信号,使得接受到的不同强度信号均能被正确接收和解调;为了达到通过识别接收机接收信号的强度动态调节放大器的增益,以实现输出信号幅度恒定的目的,文章基于TSMC90nm CMOS工艺着重论述了针对70 MHz中频信号的AGC电路设计过程,详细设计了AGC各模块电路,并从提高线性度、降低直流失调和提高稳定性等方面对电路进行了优化,主要介绍AGC芯片的版图设计并进行了后仿,给出了整个AGC系统的工作特性和各项指标;在电路设计过程中,针对线性度、输出信号幅度、增益控制范围等进行改进与优化,得到符合设计指标的电路结构;最后对AGC环路的性能进行仿真验证,得到该AGC在满足输出信号幅度和线性度的基础上达到了30 dB的动态范围,满足了接收机系统的要求。     

Snap-Action Bistable Micromechanisms Actuated by Nonlinear Resonance

This paper presents analysis, design, realization, and experimental demonstration of a bistable switch actuated dynamically utilizing mechanical resonance phenomenon. We demonstrated that if a bistable structure is driven into a resonance near one of its states, it may achieve a large enough amplitude of vibration, sufficient to switch between its stable states. Using energy analysis, we concluded that dynamic switching of bistable structures may provide significant energy advantages over conventional static-switching approaches. To confirm the results, we derived analytically the closed-form actuation conditions guaranteeing switching between the states of a bistable structure and applied these conditions to experimental devices. Micromachined prototypes of dynamically actuated bistable switches were designed, fabricated, and characterized. We demonstrated experimentally that resonant dynamic switching provides energy saving of around 60% at atmospheric pressure with proportional increase in efficiency as the pressure decreases.     

模糊控制在ESA地面试验装置主隔振系统中的应用

将模糊控制应用于静电悬浮加速度计(ESA)地面试验装置主隔振系统,用M atlab/S imu link工具建立了控制系统仿真模型,并进行了仿真试验研究。结果表明:采用该控制技术的主动隔振系统有一定的可行性,在频率1~50Hz范围内,控后隔振平台振动幅值衰减51.91%~99.86%。     

利用MATLAB进行纯平荫罩振动的分析

纯平彩色显像管中荫罩振动的幅频响应特性分析是工程实际中的一个难题。该文在CPT纯平荫罩振动系统的数学模型基础上，用MATLAB作为仿真工具，设计了振动系统的仿真模型，并结合频谱分析方法对这一问题进行了研究，得出了振动系统的幅频特性曲线，可为CPT纯平荫罩振动的分析和优化设计提供一个方便的工具。此方法具有简单实用、修改参数方便的优点。     

负电容压电阻尼振动系统控制器参数研究

实验中发现负电容电路参数对负电容压电阻尼振动系统的振动幅值的衰减影响很大,推导了负电容压电阻尼振动系统的振动幅值随负电容电路参数的变化关系,并进行了仿真和实验研究,理论仿真和实验结果表明:负电容值越接近于压电片的固有电容,压电阻尼控制系统的衰减性能越好,串联电阻越小,压电阻尼控制系统的衰减性能越好.     

多个同频振动散射点雷达回波理论分析与仿真研究

基于雷达后向散射理论和散射点模型,针对雷达目标的同频振动散射点,详细推导并建立了雷达回波通用模型,对其幅度调制函数和相位调制函数的周期性进行了详细的讨论.最后对两个同频振动散射点合成雷达回波进行了计算机仿真研究,理论分析和仿真结果表明,该模型是有效的,并且随着同频振动散射点数的增加,其幅度调制函数和相位调制函数的周期性不发生变化,只是它们的值会随着振动点数的增加而改变.