【摘 要】
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微机械陀螺仪是伴随着微电子机械系统的发展兴起的一类新型惯性传感器,具有低成本、小尺寸、低功耗、高抗过载、可集成化等诸多优点,已经在航空航天领域、工控领域、汽车应用领域、消费电子领域有了广泛的应用。当微机械陀螺仪的机械结构确定之后,控制和信号处理电路就成为发挥机械结构应有性能的关键。由于数字电路具有抗干扰性强、可编程、易于设计以及便于集成等优势,微机械陀螺控制和信号处理电路主要以数字电路为主。本文针
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微机械陀螺仪是伴随着微电子机械系统的发展兴起的一类新型惯性传感器,具有低成本、小尺寸、低功耗、高抗过载、可集成化等诸多优点,已经在航空航天领域、工控领域、汽车应用领域、消费电子领域有了广泛的应用。当微机械陀螺仪的机械结构确定之后,控制和信号处理电路就成为发挥机械结构应有性能的关键。由于数字电路具有抗干扰性强、可编程、易于设计以及便于集成等优势,微机械陀螺控制和信号处理电路主要以数字电路为主。本文针对微机械陀螺数字闭环驱动电路展开研究,主要研究内容如下:(1)首先介绍了微机械陀螺仪的基本工作原理,并根据微机械陀螺动力学模型进行了推导,得到了驱动模态振幅以及相位的表达式。之后介绍了电磁驱动式微机械陀螺机械结构以及电磁驱动原理。并在最后通过扫频测试得到了课题组微机械陀螺驱动模态的谐振频率和Q值大小,为之后驱动闭环电路的设计提供了依据。(2)介绍了锁相环和自动增益控制的构成,并对其数学模型进行了详细的推导。之后基于Simulink环境搭建了基于锁相环的频率控制和基于自动增益控制的幅值控制环路,对电磁驱动式微机械陀螺驱动模态进行了系统仿真,验证了闭环控制的正确性。(3)最后基于FPGA数字化平台实现了驱动控制环路主要算法,包括CORDIC算法、LMS算法等等,并基于数字化平台对驱动环路功能进行了仿真。之后对驱动硬件电路进行了设计与验证,其中模拟接口电路包括电磁驱动部分和驱动检测信号部分。使用Multisim软件对所设计的模拟电路进行了仿真验证。最后依托于课题组电磁驱动式微机械陀螺对驱动电路进行了实验测试,实验结果表明该数字驱动电路能够使陀螺稳定工作在谐振状态,且响应幅值抖动精度可达到387.6ppm。
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