[发明专利]一种简化的MEMS多环谐振陀螺自适应闭环控制方法

摘要

本发明公开了一种针对硅微机械多环谐振陀螺的简化的自适应闭环控制方法，属于微机电系统设计领域。该方法使用一个带有积分器及变带宽高通滤波器的自适应控制单元作为陀螺敏感模态闭环控制器，避免了由于调制解调信号引起的相位误差，消除了由于温度变化而引起陀螺仪固有频率发生变化导致的系统稳定性降低；控制器将敏感模态位移信号转换成与哥氏力反相的反馈信号，通过检测反馈信号的大小确定角速度。同时，反馈力反馈至陀螺敏感模态，抑制由哥氏力和外部激扰力引起的陀螺敏感模态振荡，提高陀螺仪系统的稳定性。

主权项

1.一种简化的多环谐振陀螺自适应敏感模态闭环控制方法，其特征在于，包括如下过程：/n首先，多环谐振陀螺系统由陀螺表头、驱动模态电路以及敏感模态电路组成；其中，陀螺表头又由陀螺驱动模态和陀螺敏感模态组成。陀螺驱动模态的检测信号进入驱动电路模块，经过C/V转换1、增益1、移相器、自动增益控制和V/F转换1模块后，生成驱动力，施加到陀螺驱动模态上，激励驱动模态稳幅振动；其中C/V转换1将电容信号转化成电压信号并通过增益1模块后产生电压信号，再将该电压信号通过移相器进行90°相移，接着通过自动增益控制模块产生直流电压V_dc，并将该直流电压与移相器的输出电压相加后通过V/F转换1得到驱动力，加载到陀螺驱动模态实现陀螺驱动模态稳幅振动；/n接着，由于哥氏效应，陀螺敏感模态将受到哥氏力，此外，由于环境中存在外部激扰力作用于陀螺敏感模态；当哥氏力和外部激扰力共同作用于陀螺敏感模态时，由于陀螺敏感模态的高品质因数，陀螺敏感模态同时产生由哥氏力引起的陀螺敏感模态同相响应和由外部激扰力引起的噪声信号；通过敏感模态电路的C/V转换2模块分别得到陀螺敏感模态同相响应和噪声信号对应的电压信号，再经过增益2模块得到放大后的电压信号；该信号经过带有积分器及变带宽高通滤波器的自适应控制单元，得到反馈电压信号，其中，自适应控制单元中变带宽高通滤波器的频率基准由频率提取器从驱动模态电路中增益1的输出信号中提取出来；随后，反馈电压信号分为两路：一路电压信号与驱动模态电路的移相器输出信号相乘，再通过低通滤波器模块得到输入角速度信号；另一路电压信号经过增益3和V/F转换2得到陀螺敏感模态反馈力，反馈至陀螺敏感模态，抑制多环谐振陀螺敏感模态的振动，保持敏感模态的稳定。/n