【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了微机械陀螺仪领域，更具体地，涉及一种基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配方法和角速度读出方法。
技术介绍
1、微机械陀螺仪检测角速度的方式通常为基于幅度调制。基于幅度调制的微机械陀螺仪在工作时，将驱动模态激励在谐振状态，当有外界角速度输入时，由于科里奥利效应，会在检测模态上产生与角速度相关的科里奥利力，进而导致检测模态产生振动位移，通过检测模态的振动位移可以读出角速度。当驱动模态和检测模态的谐振频率相等时，单位角速度引起的检测模态振动位移最大，此时噪声等效角速度最小，角速度输出的精度最高。
2、在微机械陀螺仪实际加工以后，由于加工误差等原因，驱动模态和检测模态在初始状态下的谐振频率通常不相等。通过在微机械陀螺仪上的调谐电极上施加调谐电压，可以分别人为改变驱动模态和检测模态的谐振频率，在驱动模态和检测模态的谐振频率都已知的情况下，可以令二者的谐振频率被调谐电极修调到一致。
3、微机械陀螺仪的离线频率校准即在微机械陀螺仪未工作时，预先测出驱动模态和检测模态的谐振频率，并通过在调谐电极上施加固定的调谐电压进行频率修调，实现模态匹配。但是由于微机械陀螺仪在实际工作时，环境等因素可能导致驱动模态和检测模态的谐振频率发生变化，使得微机械陀螺仪无法保持模态匹配状态。
4、微机械陀螺仪的在线频率校准可以在微机械陀螺仪工作时，利用表征驱动模态和检测模态谐振频率差值的表征量，实时改变施加在调谐电极上的调谐电压，保证无论环境因素如何变化，调谐电压都能相应地变化，使得微机械陀螺仪仍处于模态匹配状态
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术公开了一种基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配方法和角速度读出方法，属于微机械陀螺仪领域。本专利技术根据陀螺的两个工作模态同时被激励时两个工作模态的谐振频率可直接读出的特性，直接得出两个模态的谐振频率差值并进行频率修调，最终使得两个工作模态的谐振频率相等，实现模态匹配。在实现模态匹配后，通过将两个工作模态的振动相位之间的差值锁定为特定的恒定值，能够从两个工作模态的振动位移幅度或者驱动力幅度中得到具有最佳精度的角速度输出。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、本专利技术首先提供了一种基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配方法，其包括如下步骤；
4、1)mems陀螺的x模态被x模态驱动力主动驱动，产生振动位移信号；
5、2)根据步骤1)的振动位移信号，提取得到振动相位信息和振动幅度信息；根据所得振动相位、预先设定的参考振动相位、以及设置的x模态初始驱动力频率，得到产生x模态驱动力的频率；根据所得振动幅度、预先设定的参考振动幅度、以及设置的x模态初始驱动力幅度，得到产生x模态驱动力的幅度；
6、3)x模态驱动力生成模块根据x模态锁相环模块的频率输出和x模态自动增益控制模块的幅度输出，产生相应频率和幅度的静电力；x模态锁相环闭环时，x模态锁相环模块最终的频率输出等于x模态的谐振频率，此时x模态处于谐振状态，x模态自动增益控制闭环时，x模态振动幅度等于参考振动幅度；4)mems陀螺的y模态被y模态驱动力主动驱动，产生振动位移信号；
7、5)根据步骤4)的振动位移信号，提取得到振动相位信息和振动幅度信息；根据振动相位、预先设定的参考振动相位、以及设置的y模态初始驱动力频率，得到产生y模态驱动力的频率；根据振动幅度、预先设定的参考振动幅度、以及设置的y模态初始驱动力幅度，得到产生y模态驱动力的幅度；
8、6)y模态驱动力生成模块根据y模态锁相环模块的频率输出和y模态自动增益控制模块的幅度输出，产生相应频率和幅度的静电力；y模态锁相环闭环时，y模态锁相环模块最终的频率输出等于y模态的谐振频率，此时y模态处于谐振状态；y模态自动增益控制闭环时，y模态振动幅度等于参考振动幅度；
9、7)根据步骤3)所得的x模态的谐振频率和步骤6)所得的y模态的谐振频率，得到x模态和y模态之间的谐振频率差值，将该差值经过pi控制器得到调谐电压输出量，作用于微机械陀螺仪的调谐电极，从而改变x模态和y模态之间的谐振频率差值；当调谐环路闭环时，最终x模态和y模态之间的谐振频率差值被修调为零，此时x模态谐振频率等于y模态谐振频率，微机械陀螺仪处于模态匹配状态。
10、本专利技术进一步提供了一种基于所述mems陀螺模态匹配方法的角速度读出方法，当微机械陀螺仪处于模态匹配状态时，将x模态和y模态之间的振动相位差值锁定为设定的恒定值(0°或180°)；
11、当有外界角速度输入时，由于科里奥利效应，x模态会对y模态产生与y模态驱动力相位相同的科里奥利力，y模态会对x模态产生与x模态驱动力相位相同的科里奥利力，科里奥利力的幅度与外界输入角速度相关；
12、当x模态和y模态的自动幅度增益模块开环时，科里奥利力会引起x模态和y模态的振动幅度的变化，此时能够使用振动幅度来表征外界输入角速度；当x模态和y模态的自动幅度增益模块闭环时，为了使得x模态和y模态的振动幅度等于参考振动幅度，自动增益模块的幅度输出会发生变化，使得驱动力生成模块产生的驱动力能够抵消科里奥利力，此时能够使用驱动力的幅度来表征外界输入角速度；因此，能够从x模态和y模态的振动位移幅度或者驱动力幅度中得到具有最佳精度的角速度输出。本专利技术还提供了一种基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配控制系统，其包括：
13、x模态驱动力生成模块，根据输入的频率和幅度，产生静电力驱动mems陀螺的x模态；
14、x模态幅度-相位提取模块，根据mems陀螺的x模态的振动位移信号，提取得到振动相位信息和振动幅度信息；
15、x模态锁相环模块，根据x模态幅度-相位提取模块得到的振动相位与预先设定的参考振动相位之间的差值，由内部的pi控制器得到频率输出修正量；将频率输出修正量与设置的x模态初始驱动力频率相加作为频率输出，所述频率输出作为产生x模态驱动力的频率，并输出给x模态驱动力生成模块和频率修调模块；
16、x模态自动增益控制模块，根据x模态幅度-相位提取模块得到的振动幅度与预先设定的参考振动幅度之间的差值，由内部的pi控制器得到幅度输出修正量；将幅度输出修正量与设置的x模态初始驱动力幅度相加作为幅度输出，该幅度输出作为产生x模态驱动力的幅度，输出给x模态驱动力生成模块；
17、y模态驱动力生成模块，根据输入的频率和幅度，产生静电力驱动mems陀螺的y模态；
18、y模态幅度-相位提取模块，根据mems陀螺的y模态的振动位移信号，提取得到振动相位信息和振动幅度信息；
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【技术保护点】
1.一种基于双模态同时激励的MEMS陀螺模态匹配方法，其特征在于包括如下步骤；
2.根据权利要求1所述的基于双模态同时激励的MEMS陀螺模态匹配方法，其特征在于，所述步骤1)的X模态驱动力由X模态驱动力生成模块根据步骤2)所得产生X模态驱动力的频率和幅度产生；
3.根据权利要求1所述的基于双模态同时激励的MEMS陀螺模态匹配方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：MEMS陀螺的X模态的振动位移信号被转换为电压信，然后通过X模态幅度-相位提取模块，提取得到振动相位信息和振动幅度信息，其中，振动相位与预先设定的参考振动相位之间的差值经过X模态锁相环模块内部的PI控制器得到X模态锁相环模块的频率输出修正量，该频率输出修正量与设置的X模态初始驱动力频率相加作为X模态锁相环模块的频率输出，即作为产生X模态驱动力的频率；振动幅度与预先设定的参考振动幅度之间的差值经过X模态自动增益控制模块内部的PI控制器得到X模态自动增益控制模块的幅度输出修正量，该幅度输出修正量与设置的X模态初始驱动力幅度相加作为X模态自动增益控制模块的幅度输出，即作为产生X模态驱动力的幅度。
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1.一种基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配方法，其特征在于包括如下步骤；
2.根据权利要求1所述的基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配方法，其特征在于，所述步骤1)的x模态驱动力由x模态驱动力生成模块根据步骤2)所得产生x模态驱动力的频率和幅度产生；
3.根据权利要求1所述的基于双模态同时激励的mems陀螺模态匹配方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：mems陀螺的x模态的振动位移信号被转换为电压信，然后通过x模态幅度-相位提取模块，提取得到振动相位信息和振动幅度信息，其中，振动相位与预先设定的参考振动相位之间的差值经过x模态锁相环模块内部的pi控制器得到x模态锁相环模块的频率输出修正量，该频率输出修正量与设置的x模态初始驱动力频率相加作为x模态锁相环模块的频率输出，即作为产生x模态驱动力的频率；振动幅度与预先设定的参考振动幅度之间的差值经过x模态自动增益控制模块内部的pi控制器得到x模态自动增益控制模块的幅度输出修正量，该幅度输出修正量与设置的x模态初始驱动力幅度相加作为x模态自动增益控制模块的幅度输出，即作为产生x模态驱动力的幅度。
4.根据权利要求1或3所述的基于双...
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