[发明专利]一种全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统

权利要求书

1.一种全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统，其特征在于：包括陀螺模块(1)和陀螺控制系统(2)；陀螺模块(1)包括多个陀螺，陀螺控制系统(2)按一定时序控制各个陀螺轮流反转工作模态，解算出陀螺的零偏值，并结合时序和零偏值实时校准各个陀螺的输出，给出系统的三轴角速度测量值，所述陀螺有四个；

其中，在控制时序的M1—M4的时间段内：

公式(3)中，分别为第一陀螺、第二陀螺、第三陀螺、第四陀螺在第i时间段内的角速度测量值；Ω(i)＝[Ω_X(i) Ω_Y(i) Ω_Z(i)]，Ω_X(i)、Ω_Y(i)、Ω_Z(i)分别为沿X轴、Y轴、Z轴向的输入角速度；B＝[B_AB_B B_C B_D]，B_A、B_B、B_C、B_D分别是第一陀螺、第二陀螺、第三陀螺、第四陀螺的零偏，其中，i＝1,2,3,4；

I是四阶单位矩阵；另有：

由于陀螺的零偏为缓变量，设定M1—M4内恒定不变，零偏解算模块首先依据模态反转时序控制器给出的控制信号N_a、N_b、N_c、N_d，将四个驱动检测闭环控制模块在各时间段内输出的信号v_fa、v_fb、v_fc和v_fd转换为各陀螺的角速度测量值然后利用式(3)即可解算出各陀螺在M1—M4时间段内的零偏：

在M4时间段结束时，零偏解算模块将由公式(4)计算得到的零偏B_A、B_B、B_C、B_D传递给零偏校准模块；而在下半周期M5—M8内，零偏校准模块则依据当前实时的v_fa、v_fb、v_fc和v_fd信号计算出实时的角速度测量值再利用上半周期的零偏B_A、B_B、B_C、B_D校准X轴、Y轴、Z轴三轴的角速度值，给出系统的输出：

公式(5)中，各零偏值前的正负号由该陀螺的反转状态决定：当其模态反转控制信号N_a、N_b、N_c或N_d为高电平时，取负号，反之取正号；

与此同时，零偏计算模块在M5—M8时间段内继续解算各陀螺的零偏，用于零偏校准模块在下一周期内M1—M4时间段的零偏校准。

2.根据权利要求1所述的全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统，其特征在于：所述陀螺具有X轴向激励机构、Y轴向激励机构、全对称谐振子、X运动检测机构和Y运动检测机构；X轴向激励机构将施加于其的电压转换为沿X轴向的静电力，使得全对称谐振子沿X轴向产生位移，X轴位移通过X运动检测机构转换为电压信号，电压信号作为陀螺控制系统(2)的输入信号；Y轴向激励机构将施加于其的电压转换为Y轴向的静电力，使全对称谐振子沿Y轴产生位移，Y轴位移通过Y运动检测机构转换为电压信号，电压信号作为陀螺控制系统(2)的输入信号。

3.根据权利要求1所述的全对称微机电陀螺仪三轴角速度测量系统，其特征在于：所述陀螺控制系统(2)包括模态反转时序控制器和多个输入选通器，输入选通器与陀螺一一对应，每个输入选通器均连接一个驱动检测闭环控制模块，每个驱动检测闭环控制模块均连接一个输出选通器；驱动检测闭环控制模块包含驱动闭环回路和力反馈闭环回路；模态反转时序控制器以一定的时序给出各个陀螺的模态反转控制信号，使得各个陀螺轮流进行模态反转：当模态反转控制信号为高电平时，模态反转时序控制器控制输入选通器和输出选通器将对应陀螺的X轴向接入驱动闭环回路，Y轴向接入力反馈闭环回路；当模态反转控制信号为低电平时，模态反转时序控制器控制输入选通器和输出选通器将对应陀螺的Y轴向接入驱动闭环回路，X轴向接入力反馈闭环回路。