一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及锁频启动方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及锁频启动方法，MEMS陀螺驱动轴控制回路的PI控制参数K

A system suitable for wide Q-value variation of MEMS gyroscope and frequency locking starting method

【技术实现步骤摘要】
一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及锁频启动方法
本专利技术涉及一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统及启动锁频方法，当MEMS陀螺的品质因数Q值变化范围较宽时(100～30000)，均能保证MEMS陀螺可靠地启动锁频，属于惯性

技术介绍
MEMS陀螺的封装除了为陀螺的微机械敏感结构提供必要的机械保护外，通常还会抽真空或充惰性气体密封来保证陀螺性能的稳定。气密封装(陀螺表头内部充1个大气压的惰性气体)是当前比较成熟的MEMS陀螺封装技术。但是气密封装的MEMS陀螺在真空环境下使用(例如宇航应用)，由于其漏率较大，其内部的惰性气体会缓慢泄漏，最终导致MEMS陀螺的某些特性参数发生变化，其中最重要的特性参数为陀螺品质因数即Q值的变化。Q值表征了MEMS陀螺的选频特性：其中，Wd为陀螺的谐振频率，ΔB为陀螺的-3dB带宽。Q值越高，其-3dB频率带宽越窄，线性工作区就越窄，陀螺上电启动时，锁定陀螺驱动轴的谐振频率就越困难。MEMS陀螺驱动轴谐振频率的锁定是通过陀螺驱动轴的闭环控制回路来实现的。ME本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统，其特征在于：该系统包括频率控制环路模块、幅度控制环路模块、数据缓存模块、锁频判断模块、参数调整模块、正弦波发生器模块以及MEMS陀螺驱动轴模块；/n频率控制环路模块包括乘法器1模块、减法器1模块、低通滤波器1模块以及PI控制器1模块；/n幅度控制环路模块包括乘法器2模块、减法器2模块、低通滤波器2模块以及PI控制器2模块；/n所述的正弦波发生器模块用于接收输入信号初始激励频率信号f

【技术特征摘要】
1.一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统，其特征在于：该系统包括频率控制环路模块、幅度控制环路模块、数据缓存模块、锁频判断模块、参数调整模块、正弦波发生器模块以及MEMS陀螺驱动轴模块；
频率控制环路模块包括乘法器1模块、减法器1模块、低通滤波器1模块以及PI控制器1模块；
幅度控制环路模块包括乘法器2模块、减法器2模块、低通滤波器2模块以及PI控制器2模块；
所述的正弦波发生器模块用于接收输入信号初始激励频率信号f0、驱动频率信号W0和驱动幅度信号F0，并根据接收到的输入信号输出正弦波信号fd给MEMS陀螺驱动轴模块；
所述的MEMS陀螺驱动轴模块用于接收正弦波发生器模块输出的正弦波信号fd，并在接收到的正弦波信号fd的作用下进行简谐振动，然后输出检测信号AD_IN1给乘法器1模块和参数调整模块；
所述的乘法器1模块用于接收MEMS陀螺驱动轴模块输出的检测信号AD_IN1和频率解调参考信号f1，并对接收到的检测信号AD_IN1和频率解调参考信号f1进行乘法运算后输出乘法运算结果L1给低通滤波器1模块；
所述的低通滤波器1模块用于接收乘法器1模块输出的乘法运算结果L1，并对接收到的乘法运算结果L1进行低通滤波处理后输出振动频率信号fp给减法器1模块和数据缓存模块；
所述的减法器1模块用于接收低通滤波器1输出的振动频率信号fp和稳频目标Wd，并对接收到的振动频率信号fp和稳频目标Wd进行减法运算后输出差频信号Δf给PI控制器1模块；
所述的PI控制器1模块用于接收减法器1模块输出的差频信号Δf，并对接收到的差频信号Δf进行比例积分控制后输出驱动频率信号W0给正弦波发生器模块；
所述的数据缓存模块用于接收低通滤波器1输出的振动频率信号fp，并以设定的存储周期对接收到的振动频率信号fp进行缓冲存储，然后将每个存储周期内存储的振动频率信号fp发送给锁频判断模块；
所述的锁频判断模块用于接收每一个存储周期内数据缓存模块发送的振动频率信号fp，并接收到的振动频率信号fp进行处理和判断，进行处理和判断的具体方法为：
第一步，锁频判断模块将相邻的两个振动频率信号fpi做差，并取绝对值，得到频差信号Δfpj；
第二步，锁频判断模块根据处理得到的频差信号Δfpj，给出判断结论标志Y，并将判断结论标志Y输出给参数调整模块：



所述的参数调整模块用于接收锁频判断模块输出的判断结论标志Y和MEMS陀螺驱动轴模块输出的检测信号AD_IN1，并对接收到的判断结论标志Y和检测信号AD_IN1进行处理后输出信号AD_IN2给乘法器2模块；
所述的乘法器2模块用于接收参数调整模块输出的信号AD_IN2和幅度解调参考信号f2，并对接收到的参数调整模块输出的信号AD_IN2和幅度解调参考信号f2进行乘法运算后输出乘法运算结果L2给低通滤波器2模块；
所述的低通滤波器2模块用于接收乘法器2模块输出的乘法运算结果L2，并对接收到的乘法运算结果L2进行低通滤波处理后输出振动幅值信号A0给减法器2模块；
所述的减法器2模块用于接收低通滤波器2输出的振动幅值信号A0和稳幅目标Ar，并对接收到的振动幅值信号A0和稳幅目标Ar进行减法运算后输出幅度误差信号A1给PI控制器2模块；
所述的PI控制器2模块用于接收减法器2模块输出的幅度误差信号A1，并对接收到的幅度误差信号A1进行比例积分控制后输出驱动幅度信号F0给正弦波发生器模块。


2.根据权利要求1所述的一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统，其特征在于：
当正弦波发生器模块只接收到接收初始激励频率信号f0时，fd＝f0；
当正弦波发生器模块接收到驱动频率信号W0和驱动幅度信号F0时，fd＝F0*sin(W0*t)，t为时间；
其中，初始激励频率信号f0的表达式为：
f0＝sin(wnt)
其中，wn为MEMS陀螺谐振频率Wd附近的频率数值，其选值范围为：
|wd-wn|≤200Hz。


3.根据权利要求1所述的一种适用于MEMS陀螺宽Q值变化的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉利，李建朋，孟超，付明睿，李恺，胡隽，李建鹏，谷宝娟，刘琦，岳文杰，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11