靜電懸浮轉子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、申請上海交通大學碩士學位論文靜電懸浮轉子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究靜電懸浮轉子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究學校：學校：上海交通大學院系：院系：微納科學技術研究院專業(yè)：專業(yè)：微電子學與固體電子學姓名：姓名：王立奇指導老師：指導老師：陳文元教授上海交通大學微納科學技術研究院上海交通大學微納科學技術研究院2010年1月I靜電懸浮轉子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究靜電懸浮轉子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究摘要摘要近年來，隨著微電子機械（MEMS）技術的迅速發(fā)展，

2、MEMS靜電懸浮轉子微陀螺得到國內外的深入研究。靜電懸浮轉子微陀螺利用高速旋轉轉子的陀螺效應，來實現(xiàn)對載體運動角速度的測量，并可同時實現(xiàn)線加速度的測量。載體的角速度輸入使陀螺殼體與轉子產(chǎn)生相對位移，轉化為相應的差動電容變化，作為反饋信號送給再平衡回路，其產(chǎn)生的靜電力矩消除殼體與轉子間的相對位移，保持轉子工作在平衡位置。本文根據(jù)靜電懸浮轉子微陀螺的差分電容結構特點，基于高頻載波激勵以及調制解調方法，設計并制作了完整的微位移電容檢測通道，并

3、采用DSP開發(fā)板和基于Labview的虛擬儀器構建數(shù)字控制電路，來實現(xiàn)懸浮轉子微陀螺的閉環(huán)控制。本文的主要研究內容和成果如下：首先，介紹了靜電懸浮轉子微陀螺的結構和工作原理，以及陀螺小偏角條件下的動力學方程，并分析了阻尼對其運動特性的影響。討論利用數(shù)字信號處理技術來對靜電懸浮轉子微陀螺進行信號檢測和控制。其次，介紹了基于單載波激勵方案的微轉子位移檢測方案。包括了IV轉換、前置放大、差動放大、帶通濾波、相敏解調等環(huán)節(jié)，并使用DSP數(shù)字信號

4、處理器和NI虛擬儀器讀取最終的位移電壓信號。然后，為了實現(xiàn)靜電轉子的穩(wěn)定懸浮，建立了針對于懸浮轉子的靜電支承模型。在模型的建立過程中，分析了靜電力作用機理，給出了靜電力計算公式。使用MatlabSimulink分析了系統(tǒng)的小位移模型和大位移模型。分析結果顯示，隨著外界干擾因素的不同，靜電反饋力的輸出也會有所變化。說明使用PID控制的懸浮支承系統(tǒng)具有參數(shù)可調性。最后，參照仿真所得出的結果，設計懸浮閉環(huán)控制器。這里介紹了兩個步驟，一是利用C