微陀螺仪检测控制系统设计与实现.pdf

《微陀螺仪检测控制系统设计与实现.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、微陀螺仪检测控制系统设计与实现王晓雷。等微陀螺仪检测控制系统设计与实现DesignandRealizationoftheDetectionandControlSystemforMicro-gyroscope互晓雷1赵向阳2纠玉翠1李宏生3旅专满1弯路芝1(郑州轻工业学院电气信息工程学院1，河南郑州450002；河南机电高等专科学校汽车工程系2，河南新乡453003；东南大学仪器科学与工程学院3，江苏南京210096)摘要：针对微陀螺仪开环检测的不足，在电容平衡梳齿微结构的基础上，提出了基于FPGA的微陀螺仪闭环检测控制方案。设计了

2、电容电压变换及调理电路，得到了反映梳齿电容振动情况的电压信号。以FPGA为数字信号处理平台，设计了信号生成电路、自适应正交解调电路和校正电路，实现了对微陀螺仪信号的解调和处理。结合A／D和D／A变换，构建了微陀螺仪闭环检测系统。试验结果表明，在设计的闭环检测平衡回路控制下，微陀螺仪的标度因数线性度和对称性较开环检测时均有较大程度的提高，测量范围、阅值和分辨率等性能指标也得到了不同程度的改善。关奠词：微陀螺仪FPGAMEMS控制系统现场可编程门阵列平衡回路数字信号处理闭环检测模数转换中圈分类号：TH一3；TP271文献标志码：ABO

3、I：10．16086／j．cnki．issnl000一0380．20160'7013Abstract：Ainlingatthedeficiencyofopen—loopdetectionformicro—gyroscope。onthebagisofthemicro—structureofcapacitancebalancecombteeth-theclosed—loopdetectionandcontrolschemebasedonFPGAisputforward．Thecapacitance／voltagetransformat

4、ionandconditioningcircuitaredesigned。andthevoltagesi掣lalreflectinsthecapacitancevibrationofcombteethisaoquired．WiththeFPGA鹪thedigit8lsi叫processingplatform．thesi叫generatingcircuit。adaptiveorthognnaldemodulationcircuitandcorrectioncircuitaredesigned，andthedemodulationan

5、dprocessingofthesignalsofmicro—gyroscopeareimplemented．CombiningwithA／DandD／Aconversion-theclosedloopdetectionsystemofmicrogyroscopeisconstructed．Theexperimentalresultsshowthatunderthecontrolofclosedloopdetectionbalanceloop-thellnearityandsymmetryofthescalefactorsofmi

6、crogyroscopearebetterthanthoseofopenloopdetection．Theperformanceindexes-includingmeasurementrange。thresholdandresolutionhavebeenimprovedatsomeextent．Keywords：Micro—gyroscopeFPGAMicro—electromechanicalsystemsControlsystemFieldprogrammablegatearrayBalanceloopDig附sign丑lp

7、rocessingClosed—loopdetectionAnalogdi#taconversion0引言微陀螺仪是利用MEMS技术加工而成的角速度传感器。由于其具有体积小、质量轻、功耗小、成本低和易集成等特点，被广泛应用于飞行器姿态控制、地质勘探与大地测量、汽车安全行驶与导航等众多领域⋯。由于没有高速旋转的转子，振动式微陀螺仪具有寿命长和稳定性高等瞄1特点，是当前微陀螺仪发展的主流。微陀螺仪在驱动力的作用下沿驱动方向作受迫运动。根据哥氏效应，当垂直于驱动和检测模态的平面有角速度输入时，检测模态将产生振动，其振动幅值与输入角速度有

8、关。驱动模态振动是检测模态测量的前提，通过测量检测模态的振动幅值，即可求得输人角速度。国内外关于驱动模态控制的研究很多，主要集郑州轻工业学院博士科研基金资助项目(嫡号：2014BSJJ046)。修改稿收到日期：2016—01—07。第一作者王晓雷(