高精度微光学加速度计静电力闭环系统研究

摘要

传统微机械加速度计精度无法满足高精度领域的需求，而新兴的微光学加速度计精度有了较大提高，但是动态范围过小，限制了其应用范围，因此本文设计了一套基于MOEMS加速度计的闭环反馈控制方案，在保证高灵敏度的前提下尽量提高其动态范围。
　　本文首先介绍了课题研究的MOEMS加速度计的开环系统结构和工作原理，然后给出了开环模式下的系统输出结果，和实验装置改进以前的开环实验结果对比得知系统灵敏度得到了较大的提高，横向串扰也到了有效的抑制。之后分析了开环系统灵敏度和动态范围的矛盾，并给出了MOEMS加速度计闭环结构的方案设计，阐明通过静电力实现闭环反馈控制，从而引出了电容式加速度计开环和闭环研究。
　　本文对开环电容式加速度计的结构和静电力驱动进行了分析和仿真说明了结构的低通性和静电驱动的非稳性，然后通过simulink仿真得到开环系统的动态输出结果图;对闭环电容式加速度计进行了数学建模，得到其数学模型，并通过simulink仿真得到其动态输出结果，通过和开环系统对比得知闭环系统可以有效提高系统的动态范围和工作带宽。最后针对电容式加速度计闭环系统进行了分模块设计和Pspice仿真，通过仿真结果阐明静电力闭环反馈控制的可行性，为后期制板和实验打下基础，也为未来将该闭环模块移植到现有MOEMS系统中做铺垫。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 MEMS加速度计发展现状

1．2 MOEMS加速度计发展现状

1．3 闭环控制系统简介

1．4 研究内容及目标

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

2 MOEMS加速度计系统介绍与实验结果

2．1 MOEMS加速度计工作原理

2．2 MOEMS加速度计传感结构

2．3 微位移测量双光路系统

2．4 开环系统静态测试实验

2．4．1 开环系统结构

2．4．2 开环系统实验结果

2．5 开环系统结构灵敏度

3 电容式加速度计开环系统研究

3．1 电容式加速度计结构

3．2 静电力驱动非稳性研究

3．3 开环电容式加速度计工作原理

3．3．1 机械结构数学模型

3．3．2 电容检出模块数学模型

3．3．3 相敏解调和低通滤波模块数学模型

3．3．4 系统simulink模型

4 电容式加速度计闭环系统研究

4．1 闭环系统数学模型

4．2 闭环系统带宽

4．3 PID调整模块

4．3．1 PI调整

4．3．2 PID调整

4．4 闭环系统仿真

5 电容式加速度计闭环系统模块设计

5．1 移相模块

5．2 C / V转换模块

5．3 解调模块

5．4 低通滤波模块

5．4．1 压控电压源(VCVS)

5．4．2 无限增益多端负反馈(MFB)

5．4．3 双二次型

5．4．4 三种低通滤波器比较

5．5 PID控制模块

5．6 电容检测电路形式

5．6．1 双载波单路调制型

5．6．2 单载波双路调制型

5．7 闭环系统Pspice仿真

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介及硕士期间主要研究成果