基于偶极子补偿法的硅微机械陀螺仪带宽拓展

摘要：

硅微机械陀螺仪的机械灵敏度与驱动和检测模态的谐振频率差△f成反比,而△f处的谐振峰是影响陀螺带宽的直接因素,带宽约0.54 △f,因此,带宽和机械灵敏度往往成为两个互为矛盾的指标.基于自动控制原理中介绍的偶极子理论提出了偶极子补偿控制技术,该方法在不影响机械灵敏度的前提下可有效拓展陀螺带宽.首先,对涉及到的双质量硅微机械陀螺仪的结构形式和工作原理进行了介绍,指出陀螺实际工作的检测模态是由检测同相和反相模态叠加而成,设计了陀螺开环检测回路,分析了带宽是由驱动反相和检测反相模态的谐振频率差决定,并结合检测力反馈激励法验证了上述结论;其次,根据偶极子工作原理设计了偶极子补偿控制器的系统传递函数和电路,并对相关内容进行了仿真,验证了电路参数的准确性;最后,基于偶极子补偿控制器建立了硅微机械陀螺仪闭环检测系统,分析了该系统的稳定性,并对该系统的带宽特性进行了仿真和测试,结果显示带宽由原来的13 Hz拓展到了76 Hz,很好地证明了本文提出方法的可行性.此外,鉴于双质量陀螺的实际检测模态,在消除了第一个△f谐振峰对带宽的影响后,由检测同、反相模态叠加产生的共轭零点引起的幅值谷为带宽进一步提高的限制因素.

关键词：硅微机械陀螺仪、偶极子补偿、带宽拓展、模态叠加、谐振峰、控制器设计

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分类号：TH89

资助基金：国家杰出青年科学基金51225504;国家973计划2012CB723404;国家自然科学基金委员会和中国工程物理研究院联合基金U1230114;中北大学基金

在线出版日期：2016-03-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：2427-2434