隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和測(cè)控技術(shù)的深入研究,硅微陀螺儀已成為近年來(lái)廣泛研究的方向,因其優(yōu)點(diǎn)眾多而被特別關(guān)注,廣泛應(yīng)用于軍民領(lǐng)域。但因受到加工工藝限制及應(yīng)用環(huán)境的影響,硅微陀螺儀精度和穩(wěn)定性較低。為了滿足相對(duì)高精度和復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用需求,提升硅微陀螺儀的性能已成為主要研究方向之一。本文以硅微陀螺儀為對(duì)象,以提高其性能為目的,對(duì)Sigma-Delta ADC設(shè)計(jì)、正交誤差校正系統(tǒng)和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)等方面進(jìn)行了深入的研究與分析,構(gòu)建了以FPGA為核心的硅微陀螺儀閉環(huán)檢測(cè)與正交誤差校正系統(tǒng),并對(duì)陀螺關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試,本文的主要研究工作如下:（1）Sigma-Delta ADC設(shè)計(jì)與仿真。首先給出了調(diào)制器設(shè)計(jì)指標(biāo),綜合分析折中選擇了調(diào)制器階數(shù)及關(guān)鍵參數(shù),然后依據(jù)指標(biāo)及參數(shù)搭建了調(diào)制器的仿真模型。之后配合調(diào)制器的設(shè)計(jì)建立了數(shù)字濾波器的模型進(jìn)而設(shè)計(jì)了整體的系統(tǒng)架構(gòu),最后在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下進(jìn)行了完整的系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)論表明,調(diào)制器性能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo),切實(shí)可行。（2）閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析�；陂]環(huán)檢測(cè)原理,構(gòu)建了閉環(huán)系統(tǒng)模型,通過(guò)科里奧利信號(hào)形成控制反饋力抑制科里奧利力,從而平衡檢測(cè)模態(tài)科里奧利輸出... 

【文章來(lái)源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

正交誤差抑制原理圖

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8(3)正交解調(diào)法當(dāng)在信號(hào)處理中使用正交解調(diào)方法時(shí)，因正交誤差信號(hào)和科里奧利信號(hào)之間的相位差為90°，可將科里奧利信號(hào)提取出來(lái)，采用與被解調(diào)信號(hào)同頻的兩路相互正交的參考信號(hào)相乘，核心器件為乘法器，圖1.2所示為基于乘法器的正交解調(diào)方法原理圖。圖1.2正交解調(diào)方法原理圖由圖1.2可知，硅微陀螺儀的檢測(cè)輸出信號(hào)是科里奧利信號(hào)和正交誤差信號(hào)的矢量和，假設(shè)科里奧利信號(hào)為VtAdccsin，而正交信號(hào)為VtAdqqcos，則qcinVVV為輸入信號(hào)。根據(jù)硅微陀螺儀基本理論，驅(qū)動(dòng)位移信號(hào)和驅(qū)動(dòng)速度信號(hào)相位差為90°，二者相互正交。而科里奧利信號(hào)與驅(qū)動(dòng)速度信號(hào)同相位，正交信號(hào)與驅(qū)動(dòng)位移信號(hào)同相位，所以科里奧利信號(hào)和正交信號(hào)也相互正交。若采用與驅(qū)動(dòng)速度信號(hào)同相位的單位正弦信號(hào)ddsint作為解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)，其中d為解調(diào)相位，使其與被解調(diào)信號(hào)相乘，則被解調(diào)信號(hào)與解調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)乘法解調(diào)和低通濾波(LPF)之后，得到輸出信號(hào)dqdcoutAAVsincos。當(dāng)d很小時(shí)解調(diào)輸出信號(hào)可近似為dqcAA，可見(jiàn)，減小解調(diào)相位，可以減小正交誤差。當(dāng)d為0時(shí)，解調(diào)完全，輸出信號(hào)中不再含有正交誤差，此時(shí)正交誤差被完全消除。當(dāng)d較大時(shí)，輸出信號(hào)中的正交誤差也非常大，其影響不可忽略，可能致系統(tǒng)失去控制作用，所以合理選擇解調(diào)相位非常重要，這會(huì)對(duì)陀螺的性能產(chǎn)生重要的影響。1.3研究?jī)?nèi)容及論文章節(jié)安排1.3.1研究?jī)?nèi)容本文以硅微陀螺儀為研究對(duì)象，以提高其性能為目的，對(duì)Sigma-DeltaADC設(shè)計(jì)、正交誤差校正系統(tǒng)和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)等方面進(jìn)行了深入的研究與分析，構(gòu)建了以FPGA為核心的硅微陀螺儀閉環(huán)檢測(cè)與正交誤差校正系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)四階高精度Sigma-DeltaADC設(shè)計(jì)與研究；

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文9(2)正交誤差校正系統(tǒng)和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)；(3)硅微陀螺儀閉環(huán)控制系統(tǒng)測(cè)試與分析。1.3.2論文章節(jié)安排論文結(jié)構(gòu)安排如圖1.3所示：圖1.3論文組織結(jié)構(gòu)第一章為緒論。介紹陀螺儀、信號(hào)處理、正交誤差的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本論文的研究目的、意義及章節(jié)安排。第二章為硅微陀螺儀基本理論。包括基本工作原理，科里奧利力、基本結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)方程、電容檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)控制技術(shù)、角速度解調(diào)、解調(diào)器設(shè)計(jì)等；最后構(gòu)建了硅微陀螺儀的測(cè)控系統(tǒng)基本架構(gòu)。第三章為Sigma-DeltaADC設(shè)計(jì)與仿真。在給出設(shè)計(jì)指標(biāo)后，綜合分析折中選擇了調(diào)制器階數(shù)及關(guān)鍵參數(shù)，依據(jù)指標(biāo)及參數(shù)搭建了調(diào)制器的仿真模型。之后配合調(diào)制器的設(shè)計(jì)建立了數(shù)字濾波器的模型進(jìn)而設(shè)計(jì)了整體的系統(tǒng)架構(gòu)，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下最后進(jìn)行了完整的系統(tǒng)仿真。第四章為硅微陀螺儀檢測(cè)技術(shù)研究。依據(jù)閉環(huán)檢測(cè)原理，構(gòu)建了閉環(huán)系統(tǒng)模型，通過(guò)科里奧利信號(hào)形成控制反饋力抑制科里奧利力，從而平衡檢測(cè)模態(tài)科里奧利輸出的同相誤差分量。分析了閉環(huán)檢測(cè)模型的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能并進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，結(jié)果表明在量程范圍內(nèi)閉環(huán)系統(tǒng)性能良好。相對(duì)于環(huán)路優(yōu)化前，閉環(huán)檢測(cè)有效抑制了科里奧利同相誤差分量，改善了陀螺儀性能指標(biāo)。第五章為硅微陀螺儀正交誤差校正技術(shù)研究。首先闡述了正交誤差的產(chǎn)生機(jī)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：2978174