[发明专利]一种全角半球谐振陀螺单通道控制系统及方法

权利要求书

1.一种全角半球谐振陀螺单通道控制系统，其特征在于，包括：驱动检测电极时分复用模块、模数信号转换模块、检测信号幅相解调模块、误差参量辨识模块、幅相控制回路模块、驱动信号调制合成模块和数模信号转换模块；

所述驱动检测电极时分复用模块，用于按照设定时序交替切换半球谐振子两对驱动电极：0°电极Dx和45°电极Dy分别交替连接驱动通道、两对检测电极：90°电极Sx和135°电极Sy分别交替连接检测通道；

所述模数信号转换模块，用于将模拟信号转换为数字信号；

所述检测信号幅相解调模块，用于按参考信号解调由检测电极敏感得到的检测信号；

所述误差参量辨识模块，用于辨识幅值控制、正交控制、频率相位控制的误差参量以及驻波方位角θ；

所述幅相控制回路模块，通过幅值控制回路、正交控制回路、频率相位控制回路，用于将幅值控制、正交控制、频率相位控制的误差参量维持在期望值允许误差范围内；

所述驱动信号调制合成模块，用于将幅相控制回路模块的输出项调制合成得到0°驱动电极和45°驱动电极上的驱动信号；

所述数模信号转换模块，用于将数字信号转换为模拟信号。

2.根据权利要求1所述的一种全角半球谐振陀螺单通道控制系统，其特征在于：所述检测信号幅相解调模块，用于按参考信号解调由检测电极敏感得到的检测信号具体为：检测信号幅相解调模块将DDS产生与驱动信号同频率的两个相互正交的参考信号Vrc和Vrs，分别与两路检测电极敏感得到的信号S1，S2进行乘法解调，得到sx，sy，cx，cy，S1为90°检测电极的检测信号，S2为135°检测电极的检测信号。

3.根据权利要求2所述的一种全角半球谐振陀螺单通道控制系统，其特征在于：所述误差参量辨识模块，用于辨识幅值控制、正交控制、频率相位控制的误差参量以及驻波方位角θ具体为：误差参量辨识模块将四种信号sx，sy，cx，cy进行重组计算，得出表征半球谐振子振动状态的参数，包括：振型能量E，正交误差Q，驻波方位角θ，参考信号与检测信号的微小相位差δ。

4.根据权利要求3所述的一种全角半球谐振陀螺单通道控制系统，其特征在于：所述幅相控制回路模块，通过幅值控制回路、正交控制回路、频率相位控制回路，用于将幅值控制、正交控制、频率相位控制的误差参量维持在期望值允许误差范围内，具体为：E，Q，δ分别作为幅值控制回路，正交控制回路，相频控制回路的输入，与相对应的预设期望值相减得到误差项，再经过PID控制律作用，使得E，Q，δ三种误差参量平稳维持在期望值允许误差范围内。

5.根据权利要求4所述的一种全角半球谐振陀螺单通道控制系统，其特征在于：所述驱动信号调制合成模块，用于将幅相控制回路模块的输出项调制合成得到0°驱动电极和45°驱动电极上的驱动信号，具体为：将幅相控制回路模块的输出项E_PID，Q_PID，由K_PID乘以频率控制字得到的检测谐振频率以及由驻波方位角θ推导的振型合成角度矩阵，共同调制合成得到0°驱动电极的驱动信号D1和45°驱动电极的驱动信号D2。

6.一种采用权利要求1至5任一所述的全角半球谐振陀螺单通道控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过施加扫频信号激励半球谐振子进入二阶四波腹振型谐振状态，随后将四对电极分为两组，0°电极和45°电极为一组驱动电极，为维持半球谐振子振型提供能量，90°电极和135°电极为一组检测电极，测量半球谐振子驻波方位角的变化；

步骤2：通过驱动检测电极时分复用模块将步骤1中所述的驱动检测电极按照设定的时序进行时分复用，在电极切换的过程中保留一个弛豫时间r；令0°驱动电极的驱动信号为D1，45°驱动电极的驱动信号为D2，90°检测电极的检测信号为S1，135°检测电极的检测信号为S2；按照设定的时序，以如下方式进行工作循环：D1-r-S1-r-D2-r-S2-r；

步骤3：通过检测信号幅相解调模块将DDS产生与驱动信号同频率的两个相互正交参考信号Vrc和Vrs分别与步骤2中两路检测电极敏感得到的信号S1，S2进行乘法解调，得到sx，sy，cx，cy；

步骤4：通过误差参量辨识模块将步骤3中四种信号sx，sy，cx，cy进行重组计算，得出表征半球谐振子振动状态的参数，包括：振型能量E，正交误差Q，驻波方位角θ，参考信号与检测信号的微小相位差δ，E，Q，δ分别与相对应的预设期望值相减得到误差项，作为幅值控制回路，正交控制回路，相频控制回路的输入；

步骤5：通过幅相控制回路模块将步骤4中的误差项进行控制，使得E，Q，δ三种误差参量平稳维持在期望值给定误差值范围内；

步骤6：通过驱动信号调制合成模块将步骤5中维持稳定的E，Q，δ三种误差参量以及步骤4中驻波方位角θ共同作用，调制合成为施加到步骤2中两路驱动电极的驱动信号D1，D2。