本文關(guān)鍵詞：加速度計(jì)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(jì)具有測(cè)量精度高,輸出穩(wěn)定,溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn),是目前應(yīng)用最廣泛的MEMS傳感器之一。其中,利用ΣΔ調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字閉環(huán)輸出的ΣΔ微加速度計(jì)除了具有帶寬高、線性度好、動(dòng)態(tài)范圍廣等特點(diǎn),還可以提供高精度的數(shù)字輸出,實(shí)現(xiàn)與數(shù)字信號(hào)處理器的直接接口,在慣性導(dǎo)航/制導(dǎo)系統(tǒng)、空間微重力、石油勘探、地震檢測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。為了降低量化噪聲對(duì)ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)性能的影響,高階ΣΔ微機(jī)電系統(tǒng)逐漸成為研究重點(diǎn)。除了高階ΣΔ系統(tǒng)固有的穩(wěn)定性問(wèn)題外,高階ΣΔ微機(jī)電系統(tǒng)還存在機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)內(nèi)部第一級(jí)積分輸出不可獲取的問(wèn)題,因此其接口電路的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)一直是該領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題。另外,系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選取也關(guān)系著系統(tǒng)對(duì)敏感結(jié)構(gòu)機(jī)械參數(shù)誤差、環(huán)路增益變化、靜電力反饋非線性等性能的容錯(cuò)能力。本文首先建立了分時(shí)反饋時(shí)序作用下的機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)離散模型,通過(guò)仿真分析得出,分時(shí)反饋的時(shí)長(zhǎng)決定靜電力反饋的有效幅值,進(jìn)而影響系統(tǒng)量程;分時(shí)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(jù),即max QNTF?1.5,對(duì)高階ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)接口電路的電學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化,有效地解決了高階ΣΔ微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)的自由度缺失問(wèn)題,極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。并基于Matlab/Simulink平臺(tái),建立了五階ΣΔ微加速度計(jì)的系統(tǒng)級(jí)模型,完成了電學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)。對(duì)理想情況下的五階ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,在OSR=256條件下,250Hz信號(hào)帶寬內(nèi),量化噪聲水平低至-170dB,系統(tǒng)歸一化過(guò)載輸入系數(shù)為0.6,機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)參數(shù)在?20%范圍內(nèi)變化時(shí),系統(tǒng)輸出的SQNR僅在?3dB范圍內(nèi)波動(dòng)。最后,對(duì)五階前饋求和(FF5)結(jié)構(gòu)和五階多反饋(MF5)結(jié)構(gòu)ΣΔ微加速度計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)對(duì)比仿真分析,在相同敏感結(jié)構(gòu)和輸入加速度條件下,兩種結(jié)構(gòu)輸出信號(hào)的量化噪聲基底幾乎相同。但前饋求和結(jié)構(gòu)具有對(duì)環(huán)路增益不敏感,質(zhì)量塊殘留運(yùn)動(dòng)小,靜電力反饋非線性小,機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)誤差容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為高階ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)的更佳選擇。
【關(guān)鍵詞】：電容式微加速度計(jì) 高階ΣΔ Matlab 參數(shù)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 2 電容式ΣΔ-MEMS加速度計(jì)工作原理17-30
• 2.1 電容式MEMS加速度計(jì)集總模型17-19
• 2.2 電容式MEMS加速度計(jì)信號(hào)檢測(cè)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(jì)控制方法24-26
• 2.5.1 開(kāi)環(huán)加速度計(jì)24-25
• 2.5.2 閉環(huán)加速度計(jì)25-26
• 2.6 ΣΔ調(diào)制技術(shù)26-29
• 2.6.1 過(guò)采樣技術(shù)27-28
• 2.6.2 量化噪聲整形技術(shù)28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 3 ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)30-42
• 3.1 二階ΣΔ微加速度計(jì)30-33
• 3.2 高階ΣΔ微加速度計(jì)33-41
• 3.2.1 高階MASH-ΣΔ微加速度計(jì)33-34
• 3.2.2 高階單環(huán)ΣΔ微加速度計(jì)34-35
• 3.2.3 高階單環(huán)ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法35-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 4 高階ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與分析42-64
• 4.1 敏感結(jié)構(gòu)離散模型42-49
• 4.1.1 敏感結(jié)構(gòu)的工作時(shí)序42-44
• 4.1.2 分時(shí)反饋下敏感結(jié)構(gòu)離散模型44-46
• 4.1.3 敏感結(jié)構(gòu)離散模型仿真驗(yàn)證46-49
• 4.2 高階單環(huán)EM-ΣΔM設(shè)計(jì)49-58
• 4.2.1 設(shè)計(jì)流程50-54
• 4.2.2 系統(tǒng)級(jí)建模54-58
• 4.3 系統(tǒng)性能指標(biāo)分析58-63
• 4.3.1 量化噪聲整形和SQNR58-60
• 4.3.2 輸入信號(hào)功率和SQNR60-62
• 4.3.3 機(jī)械參數(shù)的容錯(cuò)能力與SQNR62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 5 五階ΣΔ微加速度計(jì)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)64-73
• 5.1 系統(tǒng)級(jí)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(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況77-78
• 致謝78-80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李文平;頓文濤;李寅生;袁帥;李勉;馬斌強(qiáng);袁超;;MEMS傳感器在汽車中的應(yīng)用研究及進(jìn)展[J];農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息;2015年07期

2 馮帆;;微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2015年19期

3 王猛;肖鵬;徐林鵬;王玉朝;滕霖;;差分電容硅微加速度計(jì)檢測(cè)電路研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2015年03期

4 武金亮;周琦;高曉宇;胡夢(mèng)晴;秦東林;;MEMS傳感器現(xiàn)狀及應(yīng)用[J];通訊世界;2015年04期

5 齊廣峰;呂軍鋒;;MEMS慣性技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J];電子設(shè)計(jì)工程;2015年01期

6 陶永康;劉云峰;董景新;;一種電容式高量程微機(jī)械加速度計(jì)的設(shè)計(jì)分析[J];兵工學(xué)報(bào);2014年11期

7 肖順;;微機(jī)電系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J];江西化工;2014年01期

8 李剛;車錄鋒;黎曉林;王躍林;;傳感器Q值對(duì)加速度計(jì)量化噪聲的影響[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年11期

9 雷建華;;極板間距對(duì)平行板電容邊緣效應(yīng)的影響研究[J];電腦與電信;2013年07期

10 馬躍;李松;李瑩;翁寅侃;;加速度計(jì)信號(hào)處理的建模與仿真[J];計(jì)算機(jī)仿真;2012年03期

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本文編號(hào)：744054