脉宽双加矩型加速度传感器技术研究

摘要

加速度传感器可以测量加速度、震动、倾斜等物理量，广泛地应用于航空航天、惯性制导、倾斜测井等领域之中。石英挠性加速度传感器是现阶段广泛使用的一款加速度传感器。石英挠性加速度传感器脉冲加矩再平衡回路具有抗干扰能力强、稳定好等优点，是加速度传感器数字化的一种重要方案，但是该方案存在测量分辨率不足的问题。本课题提出了二元调宽脉冲双加矩数字化加速度传感器方案，该方案旨在实现系统的全数字化以及提高系统的测量分辨率。课题的主要研究内容如下:
　　1)设计高稳定性恒流源电路。分析了影响反馈型恒流源系统稳定性的主要因素以及各类误差的相互耦合关系，将各种误差因素进行了系统误差合成，设计了高稳定度的恒流源电路。
　　2)提出新型双路电流信号加矩方案。针对双路电流信号加矩时的通道相互耦合问题，提出了交错加矩方案。使用仿真工具搭建了恒流源双路加矩系统电路模型，对交错加矩方案的合理性进行了验证，同时也验证了交错加矩系统的大量程与高分辨率特性。
　　3)研究双路加矩系统控制策略。分析了二元调宽脉冲双加矩系统的传递函数模型，使用仿真工具搭建了系统模型并验证了PID控制算法可以实现系统稳定控制。针对双路加矩系统的多路控制问题，提出了单路控制量分离方案，并指出了脉冲宽度的相关量化方案。
　　最后，完成了二元调宽脉冲双加矩数字加速度传感器的工程实验样机，搭建了系统的调试与测试平台，对恒流源系统以及整机控制系统的性能指标进行了评估，完成了设计的目标。

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致谢

摘要

插图目录

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 石英挠性加速度传感器国内外研究现状

1．2．2 加速度传感器数字脉冲加矩再平衡技术国内外研究现状

1．3 课题研究内容和意义

1．3．1 课题研究内容

1．3．2 课题研究意义

2 系统总体方案设计与误差分析

2．1 系统总体方案

2．1．1 差分电容信号检测及信号调理模块

2．1．2 数据转换及数字控制器模块

2．1．3 脉冲加矩模块

2．2 系统误差分析

2．2．1 脉冲加矩再平衡回路的精度问题

2．2．2 差分电容检测电路误差分析

2．2．3 数据转换电路及数字控制器误差分析

2．2．4 脉冲加矩反馈回路误差分析

2．3 本章小结

3 高精度恒流源系统设计

3．1 恒流源系统选型分析

3．1．1 恒流源的基本类型

3．1．2 连续闭环反馈调整型恒流源选型

3．2 串联反馈型恒流源系统误差分析

3．3 高稳定性恒流源系统设计

3．4 本章小结

4 双路恒流源信号加矩系统设计

4．1 加矩电路拓扑结构的设计与选型

4．1．1 同步加矩H桥拓扑结构

4．1．2 交错加矩H桥拓扑结构

4．2 双路恒流源信号加矩方案与仿真

4．3 力矩器感性网络补偿方案

4．4 本章小结

5 系统模型分析与系统控制策略研究

5．1 系统模型分析与建立

5．2 系统控制策略分析

5．3系统控制量分离及PWM波量化方法

5．4 本章小结

6 二元调宽脉冲双加矩加速度传感器实验验证

6．1 调试与测试系统搭建

6．2 恒流源系统输出信号采集与分析

6．3 脉冲双加矩电流分辨率实验

6．4 二元调宽脉冲双加矩加速度传感器系统性能分析

6．4．1 二元调宽脉冲双加矩控制算法性能测试

6．4．2 1g稳定输入状态下系统控制脉宽以及力矩器信号波形测试

6．4．3 加速度传感器系统稳定性测试

6．5 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献