【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陀螺仪，尤其涉及一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法及系统。
技术介绍
1、硅微陀螺具有体积小、重量轻、功耗小、可靠性高及易于批量制造等优点，成为惯性器件重点研究的方向，可广泛应用于航空航天、无人系统和智能驾驶等领域。其主体包括一个做高频振动的敏感机械结构和一个用于闭环控制的电路。控制电路分为模拟控制电路和数字控制电路两类，其中，数字控制电路除了前端c/v(电容/电压)转换、差分放大及后端高压驱动等少部分模拟电路外，陀螺的主要信号解调、调制及误差补偿等算法均在数字电路中实现。相较于模拟电路，数字电路具有功能实现更灵活、误差补偿算法实现更容易及补偿精确更高等优点，是高性能陀螺仪采用的主要控制电路形式。
2、陀螺控制电路中存在的隔直电容、滤波器及数据处理等功能模块，导致信号不可避免的存在一定的延时，即存在相位误差。一方面，相位误差会导致陀螺驱动端锁定的频率不在固有频率点上，即陀螺工作在非谐振点上，则在振幅不变的情况下，需要更高的激励电压，激励电压进一步通过寄生电容耦合至角速率解算通道，降低陀螺零偏稳定性；另一方面，检测端与驱动端控制电路基本一致，存在相同的相位误差，该相位误差的存在，会导致正交和角速率解算结果相互耦合，正交误差随温度变化的趋势项也会耦合至角速率通道，进而影响陀螺输出的全温稳定性。此外，由于控制电路中电子元器件的参数与温度相关，陀螺控制电路相位误差也会随温度发生变化。因此，对陀螺控制电路相位误差进行精确辨识和补偿，并能跟踪温度变化，对于提高陀螺全温稳定性是十分关键且必要的。
4、因此，亟需一种简洁、高效的电路延时补偿方法以实现硅微陀螺相位误差的自动、精确补偿。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提出了一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法及系统，能够利用已有驱动电路，通过简洁、高效的自动扫描算法，实现硅微陀螺相位误差的自动、精确识别与补偿，解决电路延时导致陀螺零偏稳定性下降的问题。
2、一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，包括以下步骤：设置陀螺初始补偿相位及控制参数，用于使陀螺驱动模态正常闭环，所述控制参数包括陀螺初始频率、幅值环路pi参数、锁相pi参数、幅值参考值和质量块电压；设置扫描起始相位、扫描步长、采集时间及扫描点数；基于所述扫描起始相位启动自动扫描，待陀螺幅值稳定后，采集驱动端的第一激励力，计算所述第一激励力的平均值，得到初始激励力；根据设定相位差依次对进行增加，待陀螺幅值稳定后，采集驱动端的第二激励力，计算所述第二激励力的平均值，得到调整激励力，并记录对应的补偿相位；根据所述调整激励力和初始激励力的幅值，查找幅值的最小值，获取对应的补偿相位，作为陀螺控制电路的延迟相位；将所述延迟相位补偿至原解调信号，用于陀螺闭环控制。
3、在其中一个实施例中，所述设置扫描起始相位、扫描步长、采集时间及扫描点数，包括：第一次扫描时，扫描起始相位为初始补偿相位，扫描步长设置为1°；迭代扫描时，依次减小所述扫描步长进行数据采集，直至达到采集时间或扫描点数。
4、在其中一个实施例中，还包括：第一次扫描时，若激励力的幅值随相位变化呈单调趋势，则在下一次扫描时，通过增加扫描点数或改变扫描步长符号使所述激励力的幅值在相位扫描范围内出现拐点。
5、在其中一个实施例中，所述将所述延迟相位补偿至原解调信号，用于陀螺闭环控制，包括：采用三角函数运算关系，对所述原解调信号进行相位补偿，为：
6、
7、式中，ω为陀螺固有频率，t为时间，为第i次扫描后确定的补偿相位。
8、一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿系统，用于实现如上所述的一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，包括：cv转换器、模数转换器、解调器、低通滤波器、减法器、pi控制器、调制器、数模转换器、第一放大器和第二放大器；所述cv转换器与陀螺表头电连接，所述第一放大器与所述cv转换器电连接，所述模数转换器与所述解调器电连接，所述解调器与所述低通滤波器电连接，所述低通滤波器与所述减法器电连接，所述减法器与所述pi控制器电连接，所述pi控制器与所述调制器电连接，所述调制器与所述数模转换器电连接，所述数模转换器与所述第二放大器电连接，所述第二放大器与所述陀螺表头电连接；所述cv转换器用于将陀螺极板电容变化量转换为电压；所述第一放大器用于将所述电压进行放大，并经过所述模数转换器转换为数字信号；所述解调器和低通滤波器用于依次对所述数字信号进行信号解调和低通滤波，得到本周期的陀螺振动位移幅值，并输入至所述减法器；所述减法器用于根据所述陀螺振动位移幅值和预设的幅值参考值进行比较，得到幅值误差并输入至所述pi控制器；所述pi控制器用于根据所述幅值误差得到下一周期的激励力幅值；所述调制器用于将所述激励力幅值与基准幅值进行调制并输入至所述数模转换器；所述数模转换其用于将调制后的信号转换为模拟信号并输入至所述第二放大器；所述第二放大器用于将所述模拟信号进行放大，得到激励电压并作用于陀螺表头的陀螺激励电极上。
9、在一个实施例中，还包括：相位自动扫描模块，用于在每一个扫描周期内，根据设定相位差对上一周期的解调信号进行移相，待陀螺幅值稳定后，采集激励力幅值并计算其平均值，记录对应的补偿相位，重复进行激励力幅值平均值计算和补偿相位记录，直至所有相位扫描完成。
10、相比于现有技术，本专利技术的优点及有益效果在于：通过设置陀螺初始补偿相位、控制参数以及扫描起始相位、扫描步长、采集时间和扫描点数，启动自动扫描，待陀螺幅值稳定后，采集驱动端的第一激励力，计算第一激励力的平均值，得到初始激励力；根据设定相位差依次对初始补偿相位进行增加，待陀螺幅值稳定后，采集驱动端的第二激励力，计算第二激励力的平均值，得到调整激励力，并记录对应的补偿相位；根据调整激励力和初始激励力的幅值，查找激励力幅值最小值对应的补偿相位，作为陀螺控制电路的延迟相位，将该延迟相位补偿至原解调信号，用于进行陀螺闭环控制，通过给定不同补偿相位，以激励力幅值最小为依据，自动确定对应的陀螺控制电路相位误差，从而提高陀螺零偏稳定性，使得相位补偿精度高、操作容易、电路实现结构简单。
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1.一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，所述设置扫描起始相位、扫描步长、采集时间及扫描点数，包括：
3.根据权利要求2所述的基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，所述将所述延迟相位补偿至原解调信号，用于陀螺闭环控制，包括：
5.一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿系统，其特征在于，用于实现如权利要求1-4任一项所述的一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，包括：
6.根据权利要求5所述的基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿系统，其特征在于，还包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，所述设置扫描起始相位、扫描步长、采集时间及扫描点数，包括：
3.根据权利要求2所述的基于相位扫描的硅微陀螺电路延时补偿方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的基于相...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗华，林日乐，许图，胡浩，彭明众，肖凌，
申请(专利权)人：重庆天箭惯性科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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