[发明专利]一种基于测控电路的硅微陀螺标度因数非线性补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于测控电路的硅微陀螺标度因数非线性补偿方法，该方法包括步骤：基于硅微陀螺闭环检测测控系统，分析出对系统标度因数非线性影响最大的环节；确定系统中对标度因数非线性影响最大的环节是力反馈电压生成电路的非线性，通过实验测量标定力反馈电压生成电路的输出非线性，并使用多项式拟合对力反馈电压生成电路的输出非线性建立数学模型；根据数学模型，通过处理D/A环节的控制字搭建补偿模块对力反馈电压生成电路的输出进行补偿；将补偿模块加入陀螺测控系统中，实现陀螺仪角速度输出信号的标度因数非线性度补偿。本发明基于硅微陀螺的测控电路，对陀螺标度因数非线性度进行了补偿，降低了常温下陀螺仪的标度因数非线性度。

技术领域

本发明涉及一种基于测控电路的硅微陀螺仪标度因数非线性补偿技术,属于硅微陀螺仪技术领域。

背景技术

随着MEMS技术的发展，硅微机械陀螺仪技术也取得了快速发展，并且具有体积小、重量轻、功耗低、便于批量生产等优点，在军用和民用领域上都已经得到了广泛的应用。

硅微机械陀螺仪具有驱动模态和检测模态两个工作模态，工作时，驱动模态的主要工作是跟踪驱动模态的谐振频率并在驱动方向上提供一个稳定振幅的振动；检测模态的主要工作是敏感检测方向上由输入角速度引起的振动，进而解算出输入角速度的大小。另外，陀螺仪的检测模式分为开环检测和闭环检测两种，由于闭环检测具有更好的鲁棒性，在实际使用中陀螺仪一般工作在闭环检测模式下。闭环检测下，陀螺检测模态由力反馈控制器产生控制信号，通过力反馈梳齿平衡由输入角速度引起的振动，则力反馈控制器的输出即可表征输入角速度的大小。

陀螺仪在角速度输入较大时，标度因数会产生一定误差，从而导致陀螺的标度因数在满量程范围内存在非线性。现有的标度因数补偿方法主要有优化陀螺结构和工艺、算法补偿、虚拟哥氏力补偿等，其中，优化陀螺结构和工艺的方法研发周期过长且研发成本过高；算法补偿一般对陀螺仪输出直接进行补偿，过于依赖陀螺输出的重复性；虚拟哥氏力补偿法引入了额外的模态振动从而会干扰陀螺有用信号和限制工作带宽。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种基于测控电路的硅微陀螺仪标度因数非线性补偿技术。

技术方案：本发明提出了一种基于测控电路的硅微陀螺标度因数非线性补偿方法，该方法的具体步骤包括：

步骤1：基于硅微陀螺闭环检测测控系统，根据闭环检测标度因数表达式，分析出对系统标度因数非线性影响最大的环节；

步骤2：确定系统中对标度因数非线性影响最大的环节是力反馈电压生成电路的非线性后，对力反馈电压生成电路施加线性输入，测量电路的电压输出，通过实验测量标定力反馈电压生成电路的输出非线性，并使用多项式拟合对力反馈电压生成电路的输出非线性建立数学模型；

步骤3：根据数学模型，确定要使力反馈电压生成电路产生线性输出时的该环节的经修正后的输入，以此来搭建补偿模块，对D/A模块的控制字进行修正，从而对力反馈电压生成电路的输出进行补偿；

步骤4：将补偿模块加入陀螺测控系统中，实现闭环工作状态下，陀螺仪角速度输出信号的标度因数非线性度补偿。

步骤1中，硅微机械陀螺仪在闭环检测状态下，标度因数表达式为：

式中，m_c为陀螺仪哥氏质量，A_x为驱动振幅，ω_d为驱动模态谐振频率，K_f为反馈环节增益。由于陀螺仪的标度因数非线性是由于陀螺仪输入角速度较大时引入的，考虑输入角速度对上式中各因素的影响，当输入角速度增大时，陀螺仪的哥氏质量、驱动振幅和驱动模态谐振频率不会产生较大的变化，而反馈环节中的反馈力信号会随着角速度的增大而增大，反馈环节增益K_f则会引入一定的非线性，因此要补偿陀螺系统的标度因数非线性，应首先补偿力反馈电压生成电路的非线性。