雙線振動硅微機械陀螺儀數(shù)字化測控技術研究.pdf

1、硅微機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用領域具有巨大的優(yōu)勢。研究硅微機械陀螺儀測控技術是提高測量精度關鍵途徑，具有重要意義。 傳統(tǒng)的硅微機械陀螺儀測控電路采用模擬電路實現(xiàn)，具有結構復雜，易受干擾的缺點。為了進一步提高測控電路的性能，本文開展了硅微機械陀螺儀測控技術的數(shù)字化研究。針對一種單軸硅微機械陀螺儀設計了基于FPGA和數(shù)字信號處理技術的數(shù)字化測控電路，實現(xiàn)了閉環(huán)自激驅動以及開環(huán)相敏

2、檢測功能。 首先，根據(jù)雙線振動硅微機械陀螺儀兩個振動模態(tài)的數(shù)學模型，分析了測控系統(tǒng)設計的要求，采用了閉環(huán)自激驅動理論和開環(huán)相敏檢測理論設計了數(shù)字化測控系統(tǒng)的總體方案；分析了閉環(huán)自激驅動的實現(xiàn)機理；著重研究了FIR數(shù)字濾波技術在陀螺信號檢測中的應用；研究了數(shù)字化AGC的設計，PI控制在驅動環(huán)路幅度控制中的應用，并利用Simulink工具建立模型進行仿真驗證。 其次，在理論分析和仿真驗證的基礎上，按照設計要求對處理器、采

3、樣轉換芯片等進行了選型，設計并實現(xiàn)了以FPGA為核心數(shù)字處理器，與高速高精度A/D、D/A轉換芯片相結合的實時數(shù)字信號采集處理系統(tǒng)硬件電路。 然后，根據(jù)所設計硅微機械陀螺儀測控系統(tǒng)原理算法，完成整個測控系統(tǒng)在FPGA中的集成。并與模擬接口電路板接口，實現(xiàn)整個數(shù)字化測控電路。 通過實驗驗證，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動幅度控制精度，降低了振動幅度和跟蹤頻率噪聲，具有高信噪比、靈活性強等優(yōu)點，完