[发明专利]一种硅微陀螺数字化驱动闭环控制系统

摘要

本发明涉及一种基于FPGA带温度补偿的硅微陀螺数字化驱动闭环控制系统，硅微陀螺敏感检测电容信号经电荷放大、低通滤波、幅度放大以及量化后，经FPGA实现驱动闭环控制以及温度补偿功能；驱动闭环通过均方根(RMS)解调、低通滤波、PI控制来实现稳幅功能；通过希尔伯特鉴相、低通滤波、PI控制以及Cordic算法实现相位跟踪功能；通过谐振频率与温度信号的线性关系实现了角速度信号输出的温度补偿功能。本发明克服了模拟电路结构复杂、噪声大和温度漂移等问题，具有灵活方便、低噪声、可移植、能够温度补偿、易于实现单片集成化ASIC电路的优点。

主权项

1.一种硅微陀螺数字化驱动闭环控制系统，其特征在于：所述硅微陀螺的驱动端与敏感端均连接有将电容信号转换为数字信号的C/V转换电路、低通滤波器、幅度放大器和ADC转换器；所述驱动端与基于FPGA的驱动闭环控制电路连接，所述敏感端与温度补偿电路连接；所述驱动闭环控制电路的驱动反馈信号传输给所述硅微陀螺的驱动电极，所述温度补偿电路的角速度信号传输给控制终端；所述驱动端的数字信号经归一化处理后与所述驱动闭环控制电路连接，所述驱动闭环控制电路包括稳幅支路和稳频支路，所述稳幅支路包括依次连接的均方根解调器、FIR低通滤波器和PI控制器；所述稳频支路包括依次连接的数字鉴相器、FIR低通滤波器、PI控制器和DDS，所述DDS信号反馈给所述数字鉴相器；所述敏感端的数字信号经归一化处理后与所述温度补偿电路连接，所述温度补偿电路包括依次连接的均方根解调器、FIR低通滤波器、温度补偿器，所述温度补偿器还输入有所述DDS的频率反馈信号；所述温度补偿器通过485接口与所述控制终端连接；所述温度补偿器采用BP神经网络拟合实现，其实现步骤为：(1)建立输入角速度ω1、谐振频率f和输出角速度ω2三者间的结构模型；(2)根据输入输出数据样本确定BP神经网络的结构；(3)通过BP神经网络构建、训练和预测三步获得温度模型所需的权值W及阈值θ，得到温度补偿后的角速度其中，Ψ选用线性函数purelin，选用非线性函数logsig，X_i表示输入的样本值，k为神经网络输出层节点个数，W_ij表示输入层第i个节点与隐含层第j个节点之间的权值，W_jk表示隐含层第j个节点与输出层k个节点之间的权值，θ_j表示隐含层第j个节点的阈值，θ_k 表示输出层第k个节点的阈值。