由于多環(huán)諧振式微機械陀螺的諧振頻率較高,傳統(tǒng)的數(shù)字控制電路對陀螺幅點信號的頻率跟蹤難以同時兼顧精度和速度的要求。在傳統(tǒng)半球陀螺數(shù)字控制電路的基礎(chǔ)上,提出了一種適用于多環(huán)諧振式微機械陀螺儀的頻率跟蹤電路,并首次運用于多環(huán)諧振式微機械陀螺。該電路以高速A/D轉(zhuǎn)換電路為基礎(chǔ),通過對幅點信號高速采樣計算頻率和相位信息,并通過CORDIC算法產(chǎn)生輸出信號。測試結(jié)果顯示,該電路使多環(huán)諧振式微機械陀螺幅點信號的頻率跟蹤精度達到了0.78Hz,頻率跟蹤時間小于40μs,使控制電路的性能得到了極大提升。 

【文章來源】：半導(dǎo)體光電. 2020,41(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

頻率跟蹤電路結(jié)構(gòu)示意圖

對于多環(huán)諧振式微機械陀螺，當選擇諧振頻率100倍的采樣頻率時，過零點A和B的相位間隔為Δθ，如圖2(b）所示，C為根據(jù)點A和B做直線擬合得到的零點，C0為實際零點。由擬合引入的誤差為C0C。幅點信號過零點的正弦值小于sin 3.6°，當θ取極限3.6°時，使用式（1）作近似時誤差為0.637%，即該方法可將誤差控制在一個很小的范圍。由于采樣頻率固定，可以通過統(tǒng)計當前信號一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)N來計算對應(yīng)的時間t0。根據(jù)式（2),t1為C點到B點的時間，t2為D點到F點的時間，可以計算得到當前信號周期T:

取則式（4）中tanθn可以通過移位操作實現(xiàn)，而則是由M確定的常數(shù)K。因此復(fù)雜的三角函數(shù)計算可以通過簡單的移位累加操作來實現(xiàn)，且迭代次數(shù)越多，每次計算的誤差越小。令xi=K,yi=θ，通過式（4）計算輸出xi+1=cosθ，yi+1=sinθ，完成了三角函數(shù)的計算。該模塊采用16級流水線，即θ迭代次數(shù)為16次，那么K值就是0.607 253。相位步進Cp按采樣頻率進行自加得到實時的角度θ，通過式（4）計算得到對應(yīng)的正弦值和余弦值。該算法既發(fā)揮了FPGA的算力優(yōu)勢，又免去了片內(nèi)存儲資源的調(diào)用與通信過程，使系統(tǒng)精簡且高效。該模塊可在20個周期內(nèi)完成計算，相位累加精度達到0.001 8°。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]半球諧振陀螺控制電路頻率跟蹤精度提升方法[J]. 趙萬良,王偉,齊軼楠,榮義杰,李紹良.  導(dǎo)航與控制. 2017(03)
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碩士論文
[1]基于FPGA的微半球陀螺數(shù)字化測控電路相關(guān)技術(shù)研究[D]. 張鈺瑩.上海交通大學 2019
[2]半球諧振陀螺數(shù)字控制電路研究[D]. 林珂.電子科技大學 2014
[3]半球諧振陀螺力再平衡數(shù)字控制技術(shù)[D]. 李云.國防科學技術(shù)大學 2011
[4]半球諧振陀螺控制技術(shù)研究[D]. 雷霆.重慶大學 2006



本文編號：3363515