[发明专利]一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及锁频启动方法

说明书

本发明涉及一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及锁频启动方法，MEMS陀螺驱动轴控制回路的PI控制参数K_p、K_I的设置范围为0.1～2，典型值为1；MEMS陀螺上电时，频率控制环路模块与幅度控制环路模块同时工作，且频率控制环路与幅度控制环路之间设置有数据缓存模块、锁频判断模块以及参数调整模块，幅度控制环路模块根据参数调整模块，实时调整幅度控制环路模块输入信号AD_IN2的数值大小。本发明提出的这种方法能够适应MEMS陀螺品质因数Q值在100～30000范围内变化的情况，并能显著的降低锁频启动的时间。

技术领域

本发明涉及一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及启动锁频方法，当MEMS陀螺的品质因数Q值变化范围较宽时(100～30000)，均能保证MEMS陀螺可靠地启动锁频，属于惯性技术领域。

背景技术

MEMS陀螺的封装除了为陀螺的微机械敏感结构提供必要的机械保护外，通常还会抽真空或充惰性气体密封来保证陀螺性能的稳定。气密封装(陀螺表头内部充1个大气压的惰性气体)是当前比较成熟的MEMS陀螺封装技术。但是气密封装的MEMS陀螺在真空环境下使用(例如宇航应用)，由于其漏率较大，其内部的惰性气体会缓慢泄漏，最终导致MEMS陀螺的某些特性参数发生变化，其中最重要的特性参数为陀螺品质因数即Q值的变化。

Q值表征了MEMS陀螺的选频特性：

其中，W_d为陀螺的谐振频率，ΔB为陀螺的-3dB带宽。

Q值越高，其-3dB频率带宽越窄，线性工作区就越窄，陀螺上电启动时，锁定陀螺驱动轴的谐振频率就越困难。

MEMS陀螺驱动轴谐振频率的锁定是通过陀螺驱动轴的闭环控制回路来实现的。MEMS陀螺的驱动轴闭环控制包括频率环路控制以及幅度环路控制两部分。

传统的MEMS陀螺上电启动时频率控制环路与幅度控制环路同时工作。当陀螺驱动轴的Q值较小(100～1000)时，其-3dB频率带宽较大，线性工作区较宽，原有的启动方法可以满足并保证MEMS陀螺上电启动时可靠地锁频。

当MEMS陀螺驱动轴的品质因数较大时(1000～30000)，其-3dB频率带宽较小，线性工作区较窄，此时，即使调整PI控制参数，也不能满足并保证MEMS陀螺上电时可靠地锁频启动。

面对MEMS陀螺Q值发生较大变化的情况，第一种方法是继续采用频率控制环路与幅度控制环路同时工作的策略，通过调整整个MEMS陀螺控制系统的参数来制定两套MEMS陀螺启动锁频的方案。但每一种方案只能适应一定范围的Q值变化范围，无法做到采用一种方法策略覆盖较宽的Q值变化范围。

第二种方法是采用频率控制环路先工作，当满足一定的判据条件后，再启动幅度控制环路的策略。这种方法的缺点就是大大增加了陀螺启动的时间，启动时间可达25s。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及锁频启动方法，通过锁频判断模块控制幅度控制环路的输入信号以及调整控制参数的措施，使MEMS陀螺驱动轴的Q值在100～30000的变化范围(即MEMS陀螺表头内部气压从1个大气压强度变为真空状态)时，陀螺均能可靠地启动，同时也解决了启动时间较慢的问题，该方法简单、实用、有效，避免了采用两套启动控制方案来适应MEMS陀螺宽Q值变化的措施，同时也比频率控制环路先工作，幅度控制环路再工作的策略的启动时间要快。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统，包括频率控制环路模块、幅度控制环路模块、数据缓存模块、锁频判断模块、参数调整模块、正弦波发生器模块以及MEMS陀螺驱动轴模块；