[发明专利]一种谐振陀螺控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种谐振陀螺控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10，信号调制单元根据驻波角度θ、驱动频率正弦sinω₀t和驱动频率余弦cosω₀t，对稳幅控制量Ca、正交控制量Cq、速率控制量Cp矢量合成得到X电极的驱动信号E_X(t)、Y电极的驱动信号E_Y(t)，驱动信号由单比特Σ-Δ调制器调制后转为二进制流信号；

步骤S20，在驱动周期，时序控制单元切换时序下，由电极分时切换单元将电极置于驱动状态，单比特Σ-Δ调制器生成的二进制流信号经程控放大器功率放大后施加于电极，用于驱动谐振子发生振动；所述时序控制单元用于产生切换时序信号，将谐振陀螺闭环控制的一个工作周期分为四个工作时段，包括X电极驱动时段C1、Y电极驱动时段C2、X电极的振动电压信号检测时段D1和Y电极的振动电压信号检测时段D2，各工作时段在切换至下一工作时段的过程中停留有空闲时段r，X电极驱动时段C1和Y电极驱动时段C2处于驱动周期，X电极的振动电压信号检测时段D1和Y电极的振动电压信号检测时段D2处于检测周期；

步骤S30，在检测周期，时序控制单元切换时序下，由电极分时切换单元将电极置于检测状态，经I/V转换器获取X电极的振动电压信号D_X(t)和Y电极的振动电压信号D_Y(t)；

步骤S40，在时序控制单元切换时序下，通过比较器将X电极的振动电压信号D_X(t)和Y电极的振动电压信号D_Y(t)与参考正弦信号r(t)相比较，信号解调单元记录产生交叉事件的时间节点，通过数字时间转换方法提取X电极的振动电压信号D_X(t)所对应交叉事件的正弦分量S_x和余弦分量C_x以及Y电极的振动电压信号D_Y(t)所对应交叉事件的正弦分量S_y和余弦分量C_y，信号解调单元提取Y电极的振动电压信号D_Y(t)所对应交叉事件的正弦分量S_Y和余弦分量C_Y的过程与提取X电极的振动电压信号D_X(t)所对应交叉事件的正弦分量S_x和余弦分量C_x的过程一致，信号解调单元通过数字时间转换方法提取X电极的振动电压信号D_X(t)所对应交叉事件的正弦分量S_x和余弦分量C_x的过程包括以下步骤：

步骤S411，确定求解周期，所述求解周期小于X电极的振动电压信号检测时段D1的时长，定义固定的非零正整数P和G，且P＞G，使求解周期为参考正弦信号r(t)的时间周期的P倍，且使求解周期为振动电压信号D_X(t)的时间周期的G倍；

步骤S412，在求解周期内，通过比较器对X电极的振动电压信号D_X(t)与参考正弦信号r(t)进行比较，每当X电极的振动电压信号D_X(t)变得大于参考正弦信号r(t)的时刻，通过信号解调单元记录产生交叉事件的时间节点，从而得到参考正弦信号r(t)的相位瞬时值；

步骤S413，信号解调单元根据步骤S412得到的参考正弦信号r(t)的相位瞬时值计算得出X电极的振动电压信号D_X(t)所对应交叉事件的正弦分量S_x和余弦分量C_x；

步骤S50，根据信号解调单元提取的S_x、S_y、C_x、C_y，由状态解算单元计算回路误差量，包括时延相位、振动能量E、简正偏离Q、驻波角度θ；

步骤S60，根据状态解算单元生成的回路误差量，由控制计算单元计算回路控制量，包括稳频控制量ω₀、稳幅控制量Ca、正交控制量Cq、速率控制量Cp；

步骤S70，正弦发生单元根据步骤S60得到的稳频控制量ω₀，生成驱动频率正弦sinω₀t和驱动频率余弦cosω₀t，同时生成参考正弦信号r(t)，参考正弦信号r(t)传递至比较器，用于产生下一周期的交叉事件；

步骤S80，信号调制单元根据步骤S50得到的驻波角度θ、步骤S70得到的驱动频率正弦sinω₀t和驱动频率余弦cosω₀t，对步骤S60得到的稳幅控制量Ca、正交控制量Cq、速率控制量Cp矢量合成，用于下一周期驱动谐振子，完成谐振陀螺闭环控制。