基于數(shù)字技術(shù)的硅微陀螺儀性能穩(wěn)定性研究.pdf

1、本論文研究硅微機(jī)械陀螺儀測(cè)控電路理論與設(shè)計(jì),目的是改進(jìn)測(cè)控電路,提高陀螺儀在溫度變化條件下的性能穩(wěn)定性。主要內(nèi)容包括溫度對(duì)陀螺儀影響因素研究,微電容檢測(cè)電路設(shè)計(jì),數(shù)字化測(cè)控理論研究,電路軟硬件設(shè)計(jì)和性能測(cè)試。
　　 從陀螺儀動(dòng)力學(xué)模型出發(fā),推導(dǎo)了陀螺儀在恒定角速度輸入下的響應(yīng)公式與變角速度輸入下的帶寬公式,分析了品質(zhì)因數(shù)與帶寬的關(guān)系,然后介紹了靜電力驅(qū)動(dòng)的基本原理。分析比較了幾種常用的微電容檢測(cè)電路,提出電容檢測(cè)中相位關(guān)系的重要

2、性。分析了環(huán)形二極管電容檢測(cè)電路的工作原理,對(duì)其溫度特性,參數(shù)誤差,不匹配誤差進(jìn)行了分析。雖然環(huán)形二極管電容檢測(cè)電路幅度特性易受溫度的影響,但是相位特性要好于對(duì)比電路。設(shè)計(jì)了配合環(huán)形二極管電路的閉環(huán)高頻載波電路,并對(duì)載波電路的性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。
　　 提出了新型數(shù)字鎖相環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的工作原理,推導(dǎo)了系統(tǒng)的微分方程,并利用平均方法推導(dǎo)了系統(tǒng)的近似平均方程和各個(gè)變量平衡點(diǎn)公式,得出了系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)。與采用自激振蕩原理的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了

3、比較,數(shù)字化鎖相環(huán)方式能達(dá)到的相位精度和穩(wěn)定性要高于數(shù)字化自激振蕩電路與模擬自激振蕩電路。
　　 分析了自動(dòng)增益控制檢測(cè)閉環(huán)控制原理,建立了自動(dòng)增益控制環(huán)路的等價(jià)模型,分析了檢測(cè)閉環(huán)線性化與控制器設(shè)計(jì)方法。對(duì)比開環(huán)檢測(cè)電路,基于自動(dòng)增益控制的閉環(huán)檢測(cè)電路可以減少因?yàn)闄z測(cè)模態(tài)諧振頻率與品質(zhì)因數(shù)和檢測(cè)電容檢測(cè)電路的漂移對(duì)輸出信號(hào)的影響。
　　 分析了陀螺儀數(shù)字化過程中字長,截?cái)嗾`差,采樣率等問題。通過分析與實(shí)驗(yàn)選擇了高精度低

4、漂移的ADC,DAC芯片。設(shè)計(jì)了數(shù)字化陀螺儀測(cè)控電路的控制算法,包括數(shù)字化頻率可調(diào)正交信號(hào)發(fā)生器(DCQO),IIR數(shù)字濾波器,PI控制器,溫度補(bǔ)償控制算法,關(guān)鍵信號(hào)輸出算法。
　　 對(duì)微機(jī)械結(jié)構(gòu)的溫度特性進(jìn)行了測(cè)試,陀螺儀諧振頻率隨溫度變化可以近似為線性關(guān)系。陀螺儀工作狀態(tài)穩(wěn)定,驅(qū)動(dòng)頻率與驅(qū)動(dòng)幅度能夠自動(dòng)調(diào)節(jié),驅(qū)動(dòng)頻率的精確度經(jīng)測(cè)試可以達(dá)到0.0015Hz.對(duì)數(shù)字化陀螺儀測(cè)控電路進(jìn)行了溫度試驗(yàn),得出數(shù)字化測(cè)控電路的零偏與標(biāo)度因