力反馈式微机械加速度计刚度的自适应调整

摘要

为了提高模拟力平衡式电容微机械加速度计的鲁棒性和分辨率,对系统的非线性进行了研究.通过分析系统的数学模型,认为力发生器的非线性会引入一个可变负刚度.在传统方案中,为保证加速度计满量程时总刚度大于0,预载电压要小于失稳预载的0.707,这就造成在加速度输入较小时其总刚度较大,从而影响其阈值以及小输入时的分辨率.为弥补传统方案中力矩器非线性对系统分辨力的影响,本文应用自适应理论,提出一种基于总刚度不变的变预载自适应调整方法来提高闭环系统的鲁棒性和分辨率.设计了一种基于DSP的数字式微机械加速度计并进行了试验.试验结果表明,采用自适应调整方案后,加速度计在0g附近的分辨率由43.2 μg提高到11.3 μg,1 g附近的分辨率由36.4 μg提高到12.1 μg,这些数据验证了自适应调整方案对系统性能的改进.