雙線振動(dòng)硅微機(jī)械陀螺儀數(shù)字化測控技術(shù)研究.pdf

1、硅微機(jī)械陀螺儀作為一種新型的角速度傳感器在低成本、高可靠性以及微型化角速度測量應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢。研究硅微機(jī)械陀螺儀測控技術(shù)是提高測量精度關(guān)鍵途徑，具有重要意義。 傳統(tǒng)的硅微機(jī)械陀螺儀測控電路采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受干擾的缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高測控電路的性能，本文開展了硅微機(jī)械陀螺儀測控技術(shù)的數(shù)字化研究。針對(duì)一種單軸硅微機(jī)械陀螺儀設(shè)計(jì)了基于FPGA和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的數(shù)字化測控電路，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)自激驅(qū)動(dòng)以及開環(huán)相敏

2、檢測功能。 首先，根據(jù)雙線振動(dòng)硅微機(jī)械陀螺儀兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)的數(shù)學(xué)模型，分析了測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，采用了閉環(huán)自激驅(qū)動(dòng)理論和開環(huán)相敏檢測理論設(shè)計(jì)了數(shù)字化測控系統(tǒng)的總體方案；分析了閉環(huán)自激驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理；著重研究了FIR數(shù)字濾波技術(shù)在陀螺信號(hào)檢測中的應(yīng)用；研究了數(shù)字化AGC的設(shè)計(jì)，PI控制在驅(qū)動(dòng)環(huán)路幅度控制中的應(yīng)用，并利用Simulink工具建立模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 其次，在理論分析和仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)處理器、采

3、樣轉(zhuǎn)換芯片等進(jìn)行了選型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以FPGA為核心數(shù)字處理器，與高速高精度A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片相結(jié)合的實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)采集處理系統(tǒng)硬件電路。 然后，根據(jù)所設(shè)計(jì)硅微機(jī)械陀螺儀測控系統(tǒng)原理算法，完成整個(gè)測控系統(tǒng)在FPGA中的集成。并與模擬接口電路板接口，實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)字化測控電路。 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文的數(shù)字測控電路與傳統(tǒng)模擬測控電路相比顯著提高了驅(qū)動(dòng)幅度控制精度，降低了振動(dòng)幅度和跟蹤頻率噪聲，具有高信噪比、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，完