MEMS陀螺外圍信號處理電路數(shù)字化初步研究.pdf

1、本文闡述了微機械陀螺的外圍信號處理電路數(shù)字化研究的初步成果。該數(shù)字化方案是以數(shù)字信號處理器芯片為核心設計的。論文中詳細敘述了所需要的數(shù)字式方案的硬件設計，算法仿真，軟件代碼編寫，調試和系統(tǒng)級的實驗。 論文闡述了下面幾個方面的工作：1)完成了振動式微機械陀螺x方向上閉環(huán)自激驅動中用到的自動增益控制環(huán)路(AGCloop)的分析。在查閱相關國外文獻及理解非線性控制相關理論的基礎上，完成了自動增益控制(AGC)的數(shù)字化實現(xiàn)算法。

2、 論文中研究了振動式微機械陀螺的自激驅動回路中的各參數(shù)對陀螺系統(tǒng)的起振時間，幅度穩(wěn)定性等的影響。在數(shù)字AGC中，隨著低通濾波器的截止頻率Fc增大，對于同樣的參考電壓幅度Ref和增益控制常數(shù)Kp所對應的起振時間縮短，但幅度穩(wěn)定性惡化；隨著Kp的增大，對于同樣的Ref和Fc，陀螺X方向的閉環(huán)起振時間先減小后增大，存在一個最小值，但再次過程中幅度穩(wěn)定性不斷惡化。所以應該根據(jù)陀螺的具體應用環(huán)境，先提出對于陀螺X方向閉環(huán)起振時間和幅度穩(wěn)定度的要求

3、，然后根據(jù)上面的曲線選取參數(shù)。 對于Ref的選擇應該視整個系統(tǒng)的電學特性而定，例如功耗，工作電壓值，由于Ref的取值大小與起振時間和幅度穩(wěn)定度大小無關，所以在低功耗的應用場合，Ref應該是越小越好。 在Matlab中用程序驗證了自動增益控制模塊的開環(huán)特性，考慮了系統(tǒng)閉環(huán)工作的工作點對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并得到了有用的結論。 在Simulink中完成AGC的特性仿真，陀螺自激驅動環(huán)路閉環(huán)仿真，以及整個陀螺系統(tǒng)的仿真。

4、得到了可以用于軟硬件實現(xiàn)的數(shù)字式算法方案。 最后，在硬件上完成了振動式微機械陀螺的板級系統(tǒng)實驗，利用所研究的數(shù)字式算法，和程序實現(xiàn)了x方向上的閉環(huán)自激驅動，得到了與理論分析及算法仿真相當符合的結果，陀螺自激驅動模態(tài)的開環(huán)和閉環(huán)實驗表明，基于DSP的信號處理電路能夠很好的完成上面的陀螺信號處理算法的實驗。從頻率純度和幅度的穩(wěn)定性兩方面都比模擬方案要好很多。其幅度穩(wěn)定性模擬的方案提高了10倍。頻譜純度也提高了數(shù)倍。說明了微機械陀螺的