硅微陀螺機(jī)電結(jié)合帶通Sigma-delta閉環(huán)檢測方法研究.pdf

1、硅微陀螺儀(SMG)是一種利用哥氏效應(yīng)來檢測物體角速度的慣性器件，廣泛應(yīng)用于姿態(tài)定位、導(dǎo)航控制等領(lǐng)域。在硅微陀螺的檢測電路研究方面，基于帶通Sigma-delta調(diào)制器(SDM)所設(shè)計的閉環(huán)檢測電路可以使陀螺具有數(shù)字化輸出并且有效抑制帶寬內(nèi)的量化噪聲，而且閉環(huán)的特性可以有效消除機(jī)械加工誤差帶來的檢測輸出誤差、提高閉環(huán)檢測環(huán)路帶寬，是目前國內(nèi)外很多相關(guān)機(jī)構(gòu)研究的熱點。因為其SDM環(huán)路難以明確、環(huán)路參數(shù)難以獲取，而國外對此研究比較成熟的機(jī)構(gòu)

2、又對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行保密，因此有必要對硅微陀螺機(jī)電結(jié)合帶通SDM閉環(huán)檢測方法有一個比較深入的研究，對此本文作了以下工作。
　　首先對Sigma-delta調(diào)制器的基本原理進(jìn)行了研究，針對陀螺的結(jié)構(gòu)形式對SDM環(huán)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步選擇，放棄了級聯(lián)和多位量化的方式，選擇了單環(huán)和一位量化的方式來設(shè)計整個閉環(huán)檢測電路。
　　其次從陀螺敏感結(jié)構(gòu)的離散化形式入手，對各種可行的離散時間SDM環(huán)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析，得出單環(huán)CRFF結(jié)構(gòu)是建立硅微

3、陀螺機(jī)電結(jié)合帶通SDM閉環(huán)檢測環(huán)路最為理想的結(jié)構(gòu)。再根據(jù)陀螺結(jié)構(gòu)的的具體參數(shù)，以帶通、帶寬、量程、分辨率等為約束條件，結(jié)合離散時間SDM設(shè)計工具Dstoolbox，獲取了適用于陀螺的離散時間SDM閉環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)路參數(shù)。最終利用等價設(shè)計的原則完成了從離散時間SDM到機(jī)電結(jié)合SDM的轉(zhuǎn)換，建立了一套完整的機(jī)電結(jié)合帶通SDM閉環(huán)檢測環(huán)路的設(shè)計流程。
　　然后針對陀螺具體的結(jié)構(gòu)和參數(shù)將整個機(jī)電結(jié)合帶通SDM閉環(huán)檢測環(huán)路從功能上進(jìn)行了分解以及

4、對環(huán)路參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，并在Simulink中進(jìn)行了仿真，驗證了方案的可行性，對后續(xù)硬件電路的實現(xiàn)提供了設(shè)計基礎(chǔ)。
　　最后進(jìn)行了基于Sigma-delta的陀螺閉環(huán)檢測電路的設(shè)計和實驗驗證，包括硬件電路的設(shè)計與制板，F(xiàn)PGA中的Verilog代碼的編寫以及實驗的調(diào)試、觀測與數(shù)據(jù)的采集，并對所獲取的閉環(huán)結(jié)構(gòu)和參數(shù)在實際硬件中進(jìn)行了驗證。最終通過對一位量化輸出結(jié)果進(jìn)行功率譜密度(PSD)分析，可以看到所設(shè)計的陀螺機(jī)電結(jié)合SDM閉環(huán)檢測