[发明专利]一种提高MEMS陀螺抗振动特性的机械不正交闭环方法

说明书

技术领域

本发明一种提高MEMS陀螺抗振动特性的机械不正交闭环方法，属于传感器控制技术领域。

背景技术

MEMS双质量块陀螺是一种新型角速率传感器。其基本原理是基于机械谐振的哥式力效应，本质上为机械谐振陀螺的一种，机械陀螺本身不具备优良的抗振动特性。而MEMS双质量块陀螺传感器应用系统的使用环境多是振动恶劣环境，所以，对MEMS双质量块陀螺的抗振动要求较高，为了提升MEMS双质量块陀螺的抗振动特性即环境适应性，需要考虑控制抑制机械加工带来的非理想因素。MEMS双质量块陀螺制造工艺以及加工非理想因素造成MEMS双质量块陀螺的左、右质量块非对称性，这种机械机构上的非对称性带来的是MEMS双质量块陀螺的驱动方向幅度信息耦合进检测方向，造成MEMS双质量块陀螺角速率解调误差，该种机械不正交误差信号在振动环境上会放大MEMS双质量块陀螺的结构缺陷，形成振动中误差超差，大大降低了MEMS双质量块陀螺的环境适应性。且MEMS双质量块陀螺的机械不正交误差也会叠加在MEMS双质量块陀螺的角速率输出端，是MEMS双质量块陀螺重复性、漂移特性超差的主要原因。

发明内容

本发明的目的是提升MEMS双质量陀螺的抗振动特性及提升MEMS双质量块陀螺的重复性、漂移特性。针对MEMS双质量块陀螺的左、右质量块由于工艺的不一致性形成的这种结构不对称，这种结构不对称造成的机械不正交误差，这种误差大大降低MEMS双质量块陀螺的抗振动特性和全温重复性指标。

通过MEMS双质量块陀螺的相位解调技术对机械不正交误差信号进行解析，并将误差累加后进入典范型控制器架构，形成有效的误差反馈机制，误差值以+2.5V直流电平为直流力矩，以差分信号的形式加到MEMS双质量陀螺的检测方向施加平行板电容上，利用平行板上施加的直流力矩，矫正MEMS双质量块陀螺在检测方向的误差，切断MEMS双质量块陀螺驱动耦合到检测方向的通道，使MEMS双质量块陀螺的左、右质量块在检测方向不存在机械不正交误差信号，MEMS双质量块陀螺就不存在机械不正交误差项，提升MEMS双质量块陀螺坑振动特性的同时也有着良好的漂移、重复性特性，在MEMS双质量块陀螺的角速率输出通道消除机械不正交误差的影响。最后大大提升MEMS双质量块陀螺的抗振动指标及全温重复性、零偏稳定性指标。

本发明的技术方案：

一种补偿MEMS双质量块陀螺机械不正交误差的微机械结构，所述结构包括:MEMS双质量块陀螺的双质量块、MEMS双质量块陀螺的驱动检测框、MEMS双质量块陀螺的检测检测框、耦合梁、机械不正交补偿电极、MEMS双质量块陀螺的驱动的检测梳齿、MEMS双质量块陀螺检测方向的检测梳齿；MEMS双质量块陀螺基于科里奥力原理进行角速率的检测。MEMS双质量块陀螺利用驱动梳齿对双质量块驱动框和双质量块进行驱动，驱动框在驱动方向和质量块是刚性连接，驱动框带动质量块在驱动方向上为谐振工作状态、通过稳定驱动幅度、达到稳定的科里奥力效应来检测惯性空间的角速率，耦合梁保证驱动方向的刚度大。MEMS双质量块陀螺的检测框是通过耦合梁刚性连接双质量块，质量块与检测框的刚度小，检测科里奥力效应产生检测方向的位移，位移由于陀螺驱动方向的误差信号耦合进检测方向形成MEMS双质量块陀螺机械不正交误差，MEMS双质量块陀螺采用在检测质量块的检测方向加入平行极板电容的方式，在平行极板上加入直流电平项来抵消机械不正交误差信号，即采用机械不正交误差矫正电极的方式，通过施加静电力的作用在MEMS双质量块陀螺检测方向，使MEMS双质量块陀螺机械不正交误差矫正后为零。

一种机械不正交误差信号的解调方法，基于权利要求1所述的一种补偿MEMS双质量块陀螺机械不正交误差的微机械结构而实现，所述方法利用检测框产生的位移形成的电容变化，再通过相位解调的方式确定机械误差信号，其中的解调相位是通过驱动环路的锁相环输出信号移相得到，得到的机械误差信号通过累加后放大成机械不正交误差信号，形成较高的闭环前向通道增益。

一种机械不正交误差信号的解调方法，所述方法还采取以下步骤：对机械不正交误差信号完成解调累加后，采用直接—II型控制器架构形成有效的PID控制。PID控制器为闭环系统提供两个极点、两个零点，其中，零点能够抵消被控系统的极点以增加闭环系统的动态特性以及超调量性质。机械不正交误差的反馈相位信息是通过驱动环路的位移自解调信号移相而来。