双线振动硅微机械陀螺仪数字化测控技术研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YINGWU2008
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硅微机械陀螺仪作为一种新型的角速度传感器在低成本、高可靠性以及微型化角速度测量应用领域具有巨大的优势。研究硅微机械陀螺仪测控技术是提高测量精度关键途径,具有重要意义。 传统的硅微机械陀螺仪测控电路采用模拟电路实现,具有结构复杂,易受干扰的缺点。为了进一步提高测控电路的性能,本文开展了硅微机械陀螺仪测控技术的数字化研究。针对一种单轴硅微机械陀螺仪设计了基于FPGA和数字信号处理技术的数字化测控电路,实现了闭环自激驱动以及开环相敏检测功能。 首先,根据双线振动硅微机械陀螺仪两个振动模态的数学模型,分析了测控系统设计的要求,采用了闭环自激驱动理论和开环相敏检测理论设计了数字化测控系统的总体方案;分析了闭环自激驱动的实现机理;着重研究了FIR数字滤波技术在陀螺信号检测中的应用;研究了数字化AGC的设计,PI控制在驱动环路幅度控制中的应用,并利用Simulink工具建立模型进行仿真验证。 其次,在理论分析和仿真验证的基础上,按照设计要求对处理器、采样转换芯片等进行了选型,设计并实现了以FPGA为核心数字处理器,与高速高精度A/D、D/A转换芯片相结合的实时数字信号采集处理系统硬件电路。 然后,根据所设计硅微机械陀螺仪测控系统原理算法,完成整个测控系统在FPGA中的集成。并与模拟接口电路板接口,实现整个数字化测控电路。 通过实验验证,本文的数字测控电路与传统模拟测控电路相比显著提高了驱动幅度控制精度,降低了振动幅度和跟踪频率噪声,具有高信噪比、灵活性强等优点,完成了预期目标。
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