双线振动硅微陀螺仪信号检测与控制

摘要

硅微型陀螺仪是一类新型的惯性器件，具有体积小、重量轻、成本低、动态特性好可靠性高等独特优点，在商业和国防军事领域有着广阔的应用前景。
　　 本文以本课题组自行设计的单自由度硅微机械双线振动陀螺仪(以下简称双线振动陀螺仪)为研究对象，对其信号检测和检测控制技术及相关问题进行了研究。
　　 首先，根据双线振动陀螺仪的工作特点，分析了双线振动陀螺仪的驱动和检测运动特性以及相应模型，使用MatLab软件仿真了干扰力对检测输出信号的影响，实验测得受干扰作用的检测输出信号，指出检测采用闭环控制能增大测量范围，减小系统非线性，有利于提高双线振动陀螺仪测量精度。
　　 其次，结合双线振动陀螺仪信号检测的特点，分析了限制双线振动陀螺仪测量能力的各种噪声及噪声源，比较了可用于硅微振动陀螺仪信号检测的各种检测技术有缺点，选取相干检测法作为双线振动陀螺仪的敏感信号检测方法。介绍了开关解调器原理，并应用在双线振动陀螺仪相干检测中。设计和调试的相关的电路，进行了开环检测实验。
　　 最后，在开环检测的基础上设计了检测闭环控制系统，并用Matlab软件对检测闭环系统的频域和时域特性进行了仿真分析，选取了合适的校正环节参数，使系统有较高的稳定裕度和较好的动态特性。深入分析检测反馈中起关键作用的力发生器，指出采用力发生器将产生时变负刚度效应。通过实验调试实现了初始检测电容差引起的信号以及正交信号的反馈抑制控制，达到了较高的控制精度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 微机电系统的研究背景

1.1.1 微机电系统的技术特点

1.1.2 微机电系统的应用及市场前景

1.2 硅微机械陀螺仪国内外现状及其研究意义

1.2.1 微惯性仪表国内外研究发展状况

1.2.2 硅微机械陀螺仪的国内外发展情况

1.3 本文主要的研究内容

1.4 本章小结

第二章 双线振动陀螺仪的结构、工作原理和运动分析

2.1 双线振动陀螺仪的结构及工作原理

2.2 双线振动陀螺仪的运动分析

2.2.1 双线振动陀螺仪的驱动运动分析

2.2.1 双线振动陀螺仪的检测运动分析

2.3 双线振动陀螺仪的驱动与检测原理

2.3.1 双线振动陀螺仪静电驱动原理

2.3.2 双线振动陀螺仪检测原理

2.4 外界干扰及其对双线振动陀螺仪的影响分析

2.5 本章小结：

第三章 双线振动陀螺仪的信号检测

3.1 双线振动陀螺仪驱动输出信号和检测输出信号分析

3.1.1 双线振动陀螺仪驱动输出信号分析

3.1.2 双线振动陀螺仪检测输出信号分析

3.2 双线振动陀螺仪信号检测中的噪声

3.2.1 双线振动陀螺仪检测电路中的噪声类型

3.2.2 双线振动陀螺仪信号检测电路中的噪声源及其特点

3.3 双线振动陀螺仪中的微弱信号检测方法

3.3.1 基于充放电原理的微电容检测方式

3.3.2 双T二极管交流电桥测量方式

3.3.3 电桥检测电路测量方式

3.3.4 基于积分器以及相关双采样的检测

3.3.5 基于相关解调器的检测法

3.3.6 相干检测法

3.4 本章小结

第四章 双线振动陀螺仪敏感信号的开环检测

4.1 双线振动陀螺仪开环检测

4.1.1 信号发生器

4.1.2 两级信号放大器

4.1.3 带通滤波器

4.1.4 基于开关解调器的相敏解调

4.1.5 低通滤波器

4.2 双线振动陀螺仪的开环检测实验结果

4.3 本章小结

第五章 双线振动陀螺仪的检测信号闭环控制

5.1 检测闭环控制中的控制信号及检测反馈力发生器

5.1.1 检测闭环控制中的控制信号

5.1.2 检测反馈力发生器

5.2 检测信号闭环控制总体方案

5.3 初始检测电容差控制

5.3.1 初始检测电容差对陀螺信号检测的影响

5.3.2 初始检测电容差控制中的各控制环节分析

5.4 双线振动陀螺仪正交信号闭环控制

5.5 双线振动陀螺仪的检测敏感信号控制

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.2 展望

6.1 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文