MEMS陀螺系統(tǒng)的軟件仿真.pdf

1、微機(jī)械振動(dòng)陀螺是MEMS技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。利用MEMS陀螺可以得到運(yùn)載器角速度和角加速度變化的信息，從而即時(shí)調(diào)整運(yùn)載器的飛行姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器的完全自主導(dǎo)航。再加上MEMS陀螺體積小、重量輕、應(yīng)用范圍廣，因此自MEMS陀螺問(wèn)世以來(lái)，就引起極大關(guān)注，被廣泛運(yùn)用于航海、航空航天、軍事等領(lǐng)域，是各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)之一，具有強(qiáng)大的生命力和廣泛的應(yīng)用前景。 本論文主要研究的是對(duì)MEMS陀螺及其外圍接口電路的軟件建模。這套軟件模型建立的

2、成功，不僅可以在軟件界面中再現(xiàn)MEMS陀螺及其接口電路的硬件實(shí)測(cè)結(jié)果，而且得到了陀螺硬件系統(tǒng)中各個(gè)模塊的噪聲模型，通過(guò)軟件仿真了解模塊間噪聲的相互影響規(guī)律，從而找到降低陀螺硬件系統(tǒng)噪聲、提高系統(tǒng)分辨率的優(yōu)化方案。關(guān)于對(duì)MEMS陀螺系統(tǒng)多種噪聲源模型的建立和MEMS陀螺系統(tǒng)多目標(biāo)的優(yōu)化在國(guó)內(nèi)、外尚屬空白。本論文的主要工作特色如下： 1.根據(jù)MEMS陀螺和CV電路的工作原理以及相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和軟件仿真模型；另外，

3、根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)和控制方面的理論，為MEMS陀螺外圍接口電路建立了軟件仿真模型。 2.在上面工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)公式、隨機(jī)信號(hào)功率疊加原理以及線性、非線性系統(tǒng)對(duì)隨機(jī)信號(hào)的傳遞規(guī)律、相位噪聲理論等建立了陀螺系統(tǒng)的噪聲模型，使得軟件仿真模型能夠同時(shí)得到陀螺系統(tǒng)的功能結(jié)果和噪聲結(jié)果。 3.深入分析了正反饋電路的工作原理，從理論上推導(dǎo)出了環(huán)路穩(wěn)定時(shí)的工作點(diǎn)表達(dá)式和AGC(AutoGainControl，AGC)抗擾

4、動(dòng)性能表達(dá)式，并通過(guò)對(duì)環(huán)路的仿真驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。另外，利用上述推導(dǎo)的公式完成了對(duì)系統(tǒng)工作點(diǎn)電壓的優(yōu)化。 4.運(yùn)用相位噪聲理論驗(yàn)證了正反饋環(huán)路仿真模型的正確性，并為優(yōu)化正反饋環(huán)路噪聲明確了方向；另外，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)同步解調(diào)模塊的獨(dú)立噪聲仿真，定性地得到了MEMS陀螺硬件系統(tǒng)最終輸出噪聲的主要來(lái)源。 5.通過(guò)對(duì)仿真模型進(jìn)行等效模塊劃分的方法，將系統(tǒng)中各個(gè)劃分模塊的噪聲對(duì)系統(tǒng)最終輸出噪聲的貢獻(xiàn)進(jìn)行定量排序，這將為陀螺系統(tǒng)噪