一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法技术

本发明专利技术公开了一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法，在微机电陀螺上电后，对所述微机电陀螺的工作模态进行周期性交换，并在模态交换的过程中实时辨识得到阻尼角，再将所述阻尼角加在模态交换后对应工作模态的振型角上。本发明专利技术应用于微机电陀螺领域，通过将振型偏转的微机电陀螺阻尼轴偏角误差在线辨识与校正方法与陀螺传统模态交换技术巧妙结合，不仅无需引入任何物理机构，对陀螺加工工艺没有特殊要求，而且易于操作、稳定可靠、不引入额外的测试和标定步骤，即可实现陀螺零偏输出的实时自校准和自补偿，提升陀螺零偏稳定性和陀螺重复性，能够有效地满足军、民市场对高精度微机电陀螺仪的需求。市场对高精度微机电陀螺仪的需求。市场对高精度微机电陀螺仪的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法


[0001]本专利技术涉及微机电陀螺
，具体是一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着MEMS技术的迅猛发展，微机电陀螺由于其小尺寸、低重量、低功耗、低成本等固有特性，在精确制导、无人平台、寻北定向领域展现出特有优势。然而，微机电陀螺零偏漂移成为了研制高精度微机电陀螺仪的瓶颈。
[0003]虽然本领域目前通常采用的温度补偿技术可以有效的补偿微机电陀螺随温度的漂移，但其对定温下的陀螺结构本身带来的陀螺随阻尼轴的慢速漂移没有抑制效果。片上温控技术同样可以用于抑制陀螺随温度漂移，但其需要引入额外的片上温度控制装置，对陀螺的加工工艺也有着特殊的要求，这使得陀螺的成本大幅增加，同样这种方法只能抑制陀螺随温度的漂移，而无法抑制陀螺的结构漂移。法国赛风公司提出的动态修调与平衡技术方法可以有效辨识补偿微机电陀螺的零偏误差，但是该方法需要额特殊加工工艺要求，增大了微机电陀螺仪的加工难度，不利于微机电陀螺仪的批量化和低成本化。
[0004]模态交换技术可以对陀螺结构随阻尼轴的慢速漂移零偏误差进行实时差分自校准，但由于无法实时对阻尼轴进行实时跟踪，导致其在全温区的零偏漂移还存在进一步抑制的可能。振型偏转技术可以对陀螺随温度漂移进行强力抑制，但目前对阻尼角的标定需要离线进行，且由于阻尼角可能随温度等环境因素变化，标定后的时效性尚未经过验证。
[0005]综上所述，目前还没有微机电陀螺阻尼轴偏角误差的在线辨识与校正方法。因此，对于微机电陀螺仪来说，需要一种无需额外结构和标定步骤即可实现微机电陀螺零偏误差辨识与自补偿的方法，在提升微机电陀螺仪精度的同时，有效降低其系统复杂度。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法，通过将振型偏转的微机电陀螺阻尼轴偏角误差在线辨识与校正方法与陀螺传统模态交换技术巧妙结合，不仅无需引入任何物理机构，对陀螺加工工艺没有特殊要求，而且易于操作、稳定可靠、不引入额外的测试和标定步骤，即可实现陀螺零偏输出的实时自校准和自补偿，提升陀螺零偏稳定性和陀螺重复性，能够有效地满足军、民市场对高精度微机电陀螺仪的需求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法，在微机电陀螺上电后，对所述微机电陀螺的工作模态进行周期性交换，并在模态交换的过程中实时辨识得到阻尼角，再将所述阻尼角叠加在模态交换后对应工作模态的振型角上，从而抑制微机电陀螺仪的零偏漂移误差，提升微机电陀螺仪的零偏稳定性。
[0008]在其中一个实施例，所述微机电陀螺具有力平衡模式下的第一模态与第二模态，其中，所述第一模态的振型角为α1，所述第二模态的振型角为α2；
[0009]所述对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法包括如下步骤：
[0010]步骤1，当所述微机电陀螺上电后，控制所述微机电陀螺工作在振型角为α1的力平衡模式下；
[0011]步骤2，在经过预设时间后，控制所述微机电陀螺工作在全角自进动模式下，使所述微机电陀螺的振型角由α1进动至α2，并辨识得到振型角由α1进动至α2的过程中的阻尼角θ
τ1
，再控制所述微机电陀螺工作在振型角为α2+θ
τ1
的力平衡模式下；
[0012]步骤3，在经过预设时间后，控制所述微机电陀螺工作在全角自进动模式下，使所述微机电陀螺的振型角由α2+θ
τ1
进动至α1，并辨识得到振型角由α2+θ
τ1
进动至α1的过程中的阻尼角θ
τ2
，再控制所述微机电陀螺工作在振型角为α1+θ
τ2
的力平衡模式下；
[0013]步骤4，在经过预设时间后，控制所述微机电陀螺工作在全角自进动模式下，使所述微机电陀螺的振型角由α1+θ
τ2
进动至α2，并辨识得到振型角由α1+θ
τ2
进动至α2的过程中的阻尼角θ
τ1
，再控制所述微机电陀螺工作在振型角为α2+θ
τ1
的力平衡模式下；
[0014]步骤5，重复步骤3至步骤4，进而实现所述微机电陀螺阻尼轴的辨识与自校准，提升所述微机电陀螺仪的零偏稳定性。
[0015]在其中一个实施例，在步骤2至步骤4的振型角进动的过程中，通过拟合所述微机电陀螺在全角自进动模式下的驱动力或陀螺短轴的同相平衡力随振型角的变化曲线得到阻尼角。
[0016]在其中一个实施例，在步骤1至步骤5中，通过旋转控制模块实现所述微机电陀螺工作模态的虚拟旋转，旋转控制模块可以通过虚拟数字开关交换微机电陀螺的驱动、检测工作模态闭环控制电路实现。也可以通过虚拟旋转闭环测控电路控制微机电陀螺驱动、检测工作模态的旋转角实现，均无需物理旋转机构。
[0017]在其中一个实施例，采用时序控制器对所述微机电陀螺的工作模态进行周期性交换，解算并补偿微机电陀螺的零偏误差。采用振型进动控制器对微机电陀螺振型旋转进行振型角解算。其中，时序控制器与振型进动控制器通过计算机编程即可实现。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的具有如下有益技术效果：
[0019]1、本专利技术利用基于振型偏转下的模态交换控制技术对微机电陀螺仪的陀螺零偏误差进行自补偿，无需引入额外标定步骤与额外物理机构，易于微机电陀螺仪的小型化、便携化、集成化、低成本化；
[0020]2、本专利技术利用微机电陀螺测控电路即可实现振型偏转下的模态交换控制，具有操作简单、稳定可靠、便于使用的优势。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例中对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法的控制方法示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中蜂巢式微机电陀螺谐振结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例中微机电陀螺驱动模态的示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例中微机电陀螺检测模态的示意图；
[0026]图5为本专利技术实施例中微机电陀螺驱动模态与检测模态的频率裂解示意图；
[0027]图6为本专利技术实施例中微机电陀螺驱动模态的品质因数示意图；
[0028]图7为本专利技术实施例中微机电陀螺检测模态的品质因数示意图；
[0029]图8为本专利技术实施例中带误差的振动陀螺二自由度等效系统模型示意图；
[0030]图9为本专利技术实施例中模态交换技术原理示意图；
[0031]图10为本专利技术实施例中谐振子所受的阻尼约束与其等效的正交阻尼轴表示示意图，其中：(a)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法，其特征在于，在微机电陀螺上电后，对所述微机电陀螺的工作模态进行周期性交换，并在模态交换的过程中实时辨识得到阻尼角，再将所述阻尼角叠加在模态交换后对应工作模态的振型角上。2.根据权利要求1所述的对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法，其特征在于，所述微机电陀螺具有力平衡模式下的第一模态与第二模态，其中，所述第一模态的振型角为α1，所述第二模态的振型角为α2；所述对称式陀螺零偏漂移实时抑制与零偏稳定性提升方法包括如下步骤：步骤1，当所述微机电陀螺上电后，控制所述微机电陀螺工作在振型角为α1的力平衡模式下；步骤2，在经过预设时间后，控制所述微机电陀螺工作在全角自进动模式下，使所述微机电陀螺的振型角由α1进动至α2，并辨识得到振型角由α1进动至α2的过程中的阻尼角θ
τ1
，再控制所述微机电陀螺工作在振型角为α2+θ
τ1
的力平衡模式下；步骤3，在经过预设时间后，控制所述微机电陀螺工作在全角自进动模式下，使所述微机电陀螺的振型角由α2+θ
τ1
进动至α1，并辨识得到振型角由α2+θ
τ1
进动至α1的过程中的阻尼角θ
τ2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖定邦，陈亮潜，苗桐侨，李青松，王鹏，吴学忠，侯占强，张勇猛，席翔，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：