發(fā)布時(shí)間：2021-10-22 19:44

　　由于微機(jī)械陀螺儀具有體積小、低功耗的優(yōu)點(diǎn),其在航空、航天和航海領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微機(jī)械陀螺正逐步具有集成化、高性能的特點(diǎn)。通過(guò)數(shù)字化和專用集成電路技術(shù)可以高信號(hào)控制電路的集成度從而充分發(fā)揮微機(jī)械陀螺的優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用閉環(huán)驅(qū)動(dòng),而閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又分為模擬閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)字閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其中,閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制包括了相位控制和幅度控制。模擬閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用分立的模擬器件來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)電路。模擬器件長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)老化、衰減從而導(dǎo)致模擬電路的參數(shù)偏移其正常值甚至無(wú)法正常使用。鎖相環(huán)是閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,負(fù)責(zé)相位控制。模擬鎖相環(huán)中的環(huán)路濾波器需要保持環(huán)路的穩(wěn)定性并且會(huì)受到溫度和器件老化的影響,因此非常難設(shè)計(jì)。而有的數(shù)字環(huán)路濾波器需要采用大量的標(biāo)準(zhǔn)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)較大的門延時(shí),會(huì)造成芯片面積的浪費(fèi)。自動(dòng)增益控制在閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也占據(jù)重要地位,它負(fù)責(zé)幅度控制。用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)增益控制涉及到大范圍的信號(hào)放大、需要高增益和寬帶寬的內(nèi)部放大器,這樣會(huì)不可避免的造成功耗過(guò)大。針對(duì)上述缺點(diǎn),本文出了一種基于數(shù)字鎖相環(huán)和自動(dòng)增益控制方法分別控制驅(qū)動(dòng)頻率和振蕩幅度的微機(jī)械... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

瑞典ImegoAB公司和挪威SensoNorAS公司硅微陀螺儀系統(tǒng)框圖

估計(jì)和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)軸的內(nèi)部動(dòng)態(tài)變化和外部干擾。該控制策略的基本思想是利用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器估計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和擾動(dòng)，并主動(dòng)補(bǔ)償控制過(guò)程中的擾動(dòng)。利用自抗擾控制系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和擾動(dòng)進(jìn)行精確的估計(jì)，可以成功地將驅(qū)動(dòng)軸的輸出驅(qū)動(dòng)到諧振狀態(tài)。由于自抗擾控制器不依賴于精確的軸模型，它對(duì)參數(shù)變化、干擾和噪聲具有很強(qiáng)的魯棒性。該控制器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的幾個(gè)調(diào)優(yōu)參數(shù)，使控制器易于在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證自抗擾控制器的有效性，在壓電驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)波束陀螺儀上實(shí)現(xiàn)了基于FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字控制�；贔PGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字框圖如圖1-2所示。圖1-2克利夫蘭州立大學(xué)微機(jī)電陀螺儀驅(qū)動(dòng)框圖2012年，伊朗技術(shù)大學(xué)研究了一種參數(shù)諧振MEMS陀螺儀]8[，并研究了其參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。與諧波激勵(lì)的MEMS陀螺儀不同的是，在這種新型的參數(shù)激勵(lì)陀螺儀中，源是系統(tǒng)的一個(gè)靜止點(diǎn)。該研究從原點(diǎn)的穩(wěn)定性分析入手，分析了各參數(shù)對(duì)周期軌道穩(wěn)定性的影響。利用Floquet理論對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，系統(tǒng)非平凡響應(yīng)的存在與系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。原點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)傳感器的零響應(yīng)總是起作用的，因此，參量共振的發(fā)生需要原點(diǎn)的不穩(wěn)定性。相反，周期軌道的穩(wěn)定性并不一定能保證陀螺儀的共振響應(yīng)，而這一目的所需的還是原點(diǎn)的不穩(wěn)定性。由于在線性剛度-線性參數(shù)激勵(lì)的情況下，原點(diǎn)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致了系統(tǒng)的失穩(wěn)，因此得出了參數(shù)驅(qū)動(dòng)陀螺儀需要非線性的結(jié)論。2012年，大布列顛哥倫比亞大學(xué)介紹了一種新型的帶通滑�？刂疲⊿MC）在MEMS諧振器和諧振傳感器（如振動(dòng)陀螺儀）驅(qū)動(dòng)模式中的應(yīng)用]9[。該技術(shù)依賴于移動(dòng)質(zhì)量的二元靜電驅(qū)動(dòng)，依賴于滑動(dòng)/開關(guān)表面的動(dòng)力學(xué)，從而使產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)跟蹤外部因素（濕度、溫度、壓力等）可能引起的機(jī)械諧振頻率的變化。該自適應(yīng)方法

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4真結(jié)果表明，即使在剛度系數(shù)（階躍、線性）或外加外力（外加速度和噪聲）變化的情況下，系統(tǒng)仍能保持諧振頻率的驅(qū)動(dòng)，從而驗(yàn)證了該技術(shù)的有效性。圖1-3哥倫比亞大學(xué)新型帶通滑�？刂�(SMC)諧振器仿真結(jié)果1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀2014年，東南大學(xué)為了進(jìn)一步高M(jìn)EMS陀螺儀的性能，出了一種基于FPGA的全相位快速傅里葉變換（APFFT）數(shù)字控制系統(tǒng)解調(diào)算法，該算法分別對(duì)驅(qū)動(dòng)檢測(cè)信號(hào)和敏感軸信號(hào)進(jìn)行解調(diào)]10[。結(jié)合自動(dòng)增益控制（AGC）和鎖相環(huán)（PLL），實(shí)現(xiàn)了MEMS陀螺的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制和高精度解調(diào)輸出，研制了一種基于FPGA的印刷電路板，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1-4所示表明，采用MEMS陀螺儀的APFFT解調(diào)算法的數(shù)字控制系統(tǒng)具有良好的性能。測(cè)試的MEMS陀螺儀的偏置穩(wěn)定性較好，采用全相位FFT解調(diào)算法測(cè)試的陀螺儀的ARW性能優(yōu)于乘法解調(diào)算法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所出的APFFT解調(diào)算法的可行性和有效性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于FPGA的全數(shù)字鎖相環(huán)的復(fù)頻域分析與實(shí)現(xiàn)[J]. 馬莽原,石新春,王慧,孟建輝,付超.  電測(cè)與儀表. 2018(04)
[2]高精度數(shù)字式MEMS陀螺儀驅(qū)動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 童紫平,張歡陽(yáng),喬偉,賀克軍,張紫乾,龍善麗.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(03)
[3]光纖陀螺標(biāo)度因數(shù)與零偏測(cè)試及評(píng)價(jià)方法研究[J]. 張龍,葉松,周樹道,王曉蕾,劉鳳.  中國(guó)測(cè)試. 2016(12)
[4]基于FPGA的全數(shù)字鎖相環(huán)電路的設(shè)計(jì)[J]. 張楠.  長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(03)
[5]MEMS陀螺驅(qū)動(dòng)數(shù)字閉環(huán)ASIC設(shè)計(jì)[J]. 任臣,楊亮,楊擁軍.  半導(dǎo)體技術(shù). 2015(08)
[6]基于數(shù)字鎖相環(huán)控制的硅微陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài)分析與實(shí)驗(yàn)[J]. 王曉雷,張印強(qiáng),楊成,李宏生.  東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(04)
[7]變結(jié)構(gòu)PID在微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用[J]. 楊亮,賈方秀,裘安萍,蘇巖.  納米技術(shù)與精密工程. 2013(02)
[8]基于FPGA實(shí)現(xiàn)的可變模全數(shù)字鎖相環(huán)[J]. 肖帥,孫建波,耿華,吳艦.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2012(04)
[9]硅微機(jī)械陀螺自激驅(qū)動(dòng)數(shù)字化技術(shù)[J]. 夏國(guó)明,楊波,王壽榮.  光學(xué)精密工程. 2011(03)
[10]硅微陀螺數(shù)字化雙閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制方法[J]. 羅兵,王安成,吳美平,于化鵬.  中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào). 2010(06)

博士論文
[1]數(shù)字射頻中全數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)的研究[D]. 周郭飛.清華大學(xué) 2009

碩士論文
[1]MEMS諧振陀螺數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究[D]. 錢超.蘇州大學(xué) 2017
[2]用于數(shù)字陀螺系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)環(huán)路電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 許曉東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]基于FPGA的硅微陀螺儀數(shù)字測(cè)控電路關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 柳小軍.南京信息工程大學(xué) 2015
[4]硅微機(jī)械陀螺數(shù)字化控制與檢測(cè)電路研究[D]. 陳丹華.重慶大學(xué) 2015
[5]MEMS陀螺誤差補(bǔ)償?shù)乃惴ㄑ芯縖D]. 徐凱.沈陽(yáng)理工大學(xué) 2012
[6]基于數(shù)字PI運(yùn)算的全數(shù)字鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真[D]. 燕德麗.中國(guó)石油大學(xué) 2010
[7]基于FPGA的全數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 張成.合肥工業(yè)大學(xué) 2010
[8]基于多核技術(shù)的三軸一體化陀螺數(shù)字測(cè)控電路研究[D]. 嚴(yán)杰.清華大學(xué) 2009
[9]硅微陀螺頻率調(diào)制驅(qū)動(dòng)與溫度補(bǔ)償技術(shù)研究[D]. 龐鈞.南京理工大學(xué) 2008
[10]MEMS靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性控制方法[D]. 于尚民.北京郵電大學(xué) 2007



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