硅微機械陀螺數(shù)字測控系統(tǒng)的算法研究.pdf

1、目前，硅微機械陀螺儀正在向著體積更小、性能更高、功耗更低和智能化的方向發(fā)展。國內(nèi)的硅微陀螺儀在實驗室環(huán)境下的零偏穩(wěn)定性優(yōu)于10°/h，但在振動、溫度等環(huán)境適應(yīng)性方面還有待提高。
　　論文以課題組自主設(shè)計的硅微機械陀螺結(jié)構(gòu)為研究對象，以降低硅微陀螺儀的溫度靈敏度為主要目標，完成了一套完整的硅微陀螺儀數(shù)字測控系統(tǒng)。
　　首先，從閉環(huán)驅(qū)動控制與檢測電路算法的原理、數(shù)字信號處理的基本參數(shù)以及算法的實現(xiàn)載體三個方面確定了陀螺儀數(shù)字測控

2、系統(tǒng)總體方案。
　　其次，對閉環(huán)驅(qū)動控制與檢測電路算法進行了系統(tǒng)級設(shè)計。建立了基于SIMULINK的閉環(huán)相位控制與幅度控制的仿真模型，分析了相位控制精度對整個測控系統(tǒng)的影響，提出了基于鎖相環(huán)延時模塊的相位補償方法，其相位控制精度達0.065°。在閉環(huán)相位控制與幅度控制模型線性化的基礎(chǔ)上，完成了環(huán)路參數(shù)的合理設(shè)計。利用驅(qū)動頻率作為溫度表征量，建立了高精度的溫差模型，確定了溫度補償算法。
　　再次，從閉環(huán)驅(qū)動控制與檢測電路算法的

3、實現(xiàn)層面，考慮數(shù)字信號處理中的量化誤差及資源消耗，對其具體模塊進行了分析與設(shè)計，實現(xiàn)了一套基于FPGA的數(shù)字測控系統(tǒng)。在保證系統(tǒng)的相位控制精度和幅度控制精度的前提下，提高了全溫范圍內(nèi)數(shù)字化陀螺儀的性能。
　　最后，根據(jù)國內(nèi)陀螺儀測試標準，進行了數(shù)字化硅微陀螺實驗。實驗結(jié)果表明:室溫下，陀螺儀的零偏穩(wěn)定性為3.38°/h;在-40～60℃的溫度范圍內(nèi)，陀螺儀標度因數(shù)和零偏的溫度系數(shù)分別為10.49ppm/℃和3.24°/h/℃，陀螺