發(fā)布時間：2017-08-27 03:05

  本文關鍵詞：加速度計閉環(huán)控制系統(tǒng)建模仿真

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【摘要】：電容式微加速度計具有測量精度高,輸出穩(wěn)定,溫度漂移小等優(yōu)點,是目前應用最廣泛的MEMS傳感器之一。其中,利用ΣΔ調制技術實現(xiàn)數字閉環(huán)輸出的ΣΔ微加速度計除了具有帶寬高、線性度好、動態(tài)范圍廣等特點,還可以提供高精度的數字輸出,實現(xiàn)與數字信號處理器的直接接口,在慣性導航/制導系統(tǒng)、空間微重力、石油勘探、地震檢測等領域具有重要的應用價值。為了降低量化噪聲對ΣΔ微加速度計系統(tǒng)性能的影響,高階ΣΔ微機電系統(tǒng)逐漸成為研究重點。除了高階ΣΔ系統(tǒng)固有的穩(wěn)定性問題外,高階ΣΔ微機電系統(tǒng)還存在機械敏感結構內部第一級積分輸出不可獲取的問題,因此其接口電路的系統(tǒng)參數設計一直是該領域的難點問題。另外,系統(tǒng)拓撲結構的選取也關系著系統(tǒng)對敏感結構機械參數誤差、環(huán)路增益變化、靜電力反饋非線性等性能的容錯能力。本文首先建立了分時反饋時序作用下的機械敏感結構離散模型,通過仿真分析得出,分時反饋的時長決定靜電力反饋的有效幅值,進而影響系統(tǒng)量程;分時反饋的中心位置決定系統(tǒng)環(huán)路延遲,從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。然后基于Lee判據,即max QNTF?1.5,對高階ΣΔ微加速度計系統(tǒng)接口電路的電學參數設計方法進行優(yōu)化,有效地解決了高階ΣΔ微機電系統(tǒng)設計參數設計的自由度缺失問題,極大地簡化了系統(tǒng)設計流程。并基于Matlab/Simulink平臺,建立了五階ΣΔ微加速度計的系統(tǒng)級模型,完成了電學參數設計。對理想情況下的五階ΣΔ微加速度計系統(tǒng)進行動態(tài)仿真,在OSR=256條件下,250Hz信號帶寬內,量化噪聲水平低至-170dB,系統(tǒng)歸一化過載輸入系數為0.6,機械敏感結構參數在?20%范圍內變化時,系統(tǒng)輸出的SQNR僅在?3dB范圍內波動。最后,對五階前饋求和(FF5)結構和五階多反饋(MF5)結構ΣΔ微加速度計進行了系統(tǒng)級對比仿真分析,在相同敏感結構和輸入加速度條件下,兩種結構輸出信號的量化噪聲基底幾乎相同。但前饋求和結構具有對環(huán)路增益不敏感,質量塊殘留運動小,靜電力反饋非線性小,機械敏感結構誤差容錯能力強等優(yōu)點,成為高階ΣΔ微加速度計系統(tǒng)的更佳選擇。
【關鍵詞】：電容式微加速度計 高階ΣΔ Matlab 參數設計
【學位授予單位】：中國航天科技集團公司第一研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 背景與意義8-10
• 1.1.1 課題背景8-9
• 1.1.2 目的與意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 主要研究內容16-17
• 2 電容式ΣΔ-MEMS加速度計工作原理17-30
• 2.1 電容式MEMS加速度計集總模型17-19
• 2.2 電容式MEMS加速度計信號檢測19-22
• 2.3 布朗噪聲22-23
• 2.4 靜電力反饋23-24
• 2.5 電容式MEMS加速度計控制方法24-26
• 2.5.1 開環(huán)加速度計24-25
• 2.5.2 閉環(huán)加速度計25-26
• 2.6 ΣΔ調制技術26-29
• 2.6.1 過采樣技術27-28
• 2.6.2 量化噪聲整形技術28-29
• 2.7 本章小結29-30
• 3 ΣΔ微加速度計系統(tǒng)30-42
• 3.1 二階ΣΔ微加速度計30-33
• 3.2 高階ΣΔ微加速度計33-41
• 3.2.1 高階MASH-ΣΔ微加速度計33-34
• 3.2.2 高階單環(huán)ΣΔ微加速度計34-35
• 3.2.3 高階單環(huán)ΣΔ微加速度計系統(tǒng)參數設計方法35-41
• 3.3 本章小結41-42
• 4 高階ΣΔ微加速度計系統(tǒng)級設計與分析42-64
• 4.1 敏感結構離散模型42-49
• 4.1.1 敏感結構的工作時序42-44
• 4.1.2 分時反饋下敏感結構離散模型44-46
• 4.1.3 敏感結構離散模型仿真驗證46-49
• 4.2 高階單環(huán)EM-ΣΔM設計49-58
• 4.2.1 設計流程50-54
• 4.2.2 系統(tǒng)級建模54-58
• 4.3 系統(tǒng)性能指標分析58-63
• 4.3.1 量化噪聲整形和SQNR58-60
• 4.3.2 輸入信號功率和SQNR60-62
• 4.3.3 機械參數的容錯能力與SQNR62-63
• 4.4 本章小結63-64
• 5 五階ΣΔ微加速度計系統(tǒng)拓撲結構設計64-73
• 5.1 系統(tǒng)級建模64-66
• 5.2 量化噪聲整形與SQNR66
• 5.3 環(huán)路增益與SQNR66-68
• 5.4 反饋力非線性與SNDR68-72
• 5.5 本章小結72-73
• 結論73-74
• 參考文獻74-77
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況77-78
• 致謝78-80

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：744054