專利名稱：用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)械陀螺的信號(hào)處理方法及裝置，具體涉及用于消除振動(dòng)式微機(jī)械陀螺正交誤差、為高性能微機(jī)械陀螺的研制提供技術(shù)支持的正交誤差處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
微機(jī)械陀螺是測(cè)量物體相對(duì)慣性空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，是慣性制導(dǎo)系統(tǒng)必不可少的角速度敏感元件，微機(jī)械陀螺的輸出信號(hào)經(jīng)放大、校正、功率放大后，用于驅(qū)動(dòng)載體或平臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定控制和導(dǎo)航控制。微機(jī)械陀螺的微結(jié)構(gòu)采用體硅或表面硅加工エ藝制作而成，通過將驅(qū)動(dòng)端的振動(dòng)利用哥氏カ耦合到敏感端來檢測(cè)角速度。但是，由于微機(jī)械陀螺的加工尺寸很小(通常為微米量級(jí))，在現(xiàn)有條件下很難控制其加工精度。如圖I所示，由于エ藝限制和加工誤差，使得檢測(cè)質(zhì)量塊的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡不能與理想驅(qū)動(dòng)軸線重合，導(dǎo)致檢測(cè)軸與驅(qū)動(dòng)軸不能完全垂直，假設(shè)夾角為e，從而驅(qū)動(dòng)模態(tài)將部分弾性力耦合到敏感模態(tài)，造成陀螺在無角速度輸入時(shí)，仍對(duì)敏感端施加了較大的振動(dòng)カ信號(hào)，影響敏感輸出。假設(shè)驅(qū)動(dòng)軸激勵(lì)電壓為Ftl = X0sin(coxt)，當(dāng)沒有角速度輸入，諧振狀態(tài)時(shí)檢測(cè)質(zhì)量塊沿驅(qū)動(dòng)軸和檢測(cè)軸方向的位移分別為X = XciCOS Oxt) cos ( e ), Y1 = X0cos (wxt) sin (e ノ。當(dāng)有角速度Q輸入，有效哥氏加速度和輸出軸方向上的振動(dòng)位移的特解分別為 acoriolis = 2xX Q = 2X0Q w cos (wxt) cos ( e )，y2 = E0sin(wxt+) cos ( e ),其中 E0 為常數(shù)，且Etl正比于Q o在微機(jī)械陀螺正常工作狀態(tài)下，檢測(cè)輸出軸方向上的振動(dòng)位移y = Y^y2 = X0Cos (wxt) sin ( e ) +E0sin (co xt+ 小)cos ( e )其中yi就是通常提到的正交誤差所引起檢測(cè)軸的振動(dòng)位移。因此，為了提高微機(jī)械陀螺性能，必須將正交誤差對(duì)振動(dòng)位移的影響消除。目前常用的正交誤差消除辦法為輸出信號(hào)同步解調(diào)法。輸出信號(hào)同步解調(diào)法采用一次解調(diào)后得到的與驅(qū)動(dòng)信號(hào)相近的信號(hào)作為參考信號(hào)，對(duì)一次解調(diào)后得到的微陀螺的輸出信號(hào)進(jìn)行同步解調(diào)。解調(diào)后輸出
權(quán)利要求
1.一種用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理方法，其特征在于其實(shí)施步驟如下1)對(duì)微機(jī)械陀螺施加驅(qū)動(dòng)載波信號(hào)和檢測(cè)載波信號(hào)；2)獲取微機(jī)械陀螺的輸出信號(hào)井分別進(jìn)行一次解調(diào)獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)；3)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的放大增益，將放大后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算后輸出， 同時(shí)提取所述減法運(yùn)算輸出信號(hào)的幅值模擬量，根據(jù)所述幅值模擬量閉環(huán)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的放大增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理方法，其特征在于所述步驟 3)中根據(jù)幅值模擬量閉環(huán)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的放大增益具體是指將所述減法運(yùn)算輸出信號(hào)進(jìn)行移相獲得移相信號(hào)，將所述移相信號(hào)進(jìn)行整流后獲得幅值模擬量，然后將幅值模擬量輸出至PID控制器并通過所述PID控制器閉環(huán)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的放大增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理方法，其特征在于所述將移相信號(hào)整流具體是指將所述移相信號(hào)進(jìn)行反向獲得反向移相信號(hào)，將所述反向移相信號(hào)和原始移相信號(hào)共同作為開關(guān)芯片的輸入信號(hào)，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)依次經(jīng)過90度移相、方波轉(zhuǎn)換后作為開關(guān)芯片的控制信號(hào)，通過所述控制信號(hào)控制開關(guān)芯片對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整流獲得幅值模擬量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理方法，其特征在于 所述步驟2)中進(jìn)行一次解調(diào)獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)具體是指對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后，根據(jù)驅(qū)動(dòng)載波信號(hào)進(jìn)行一次解調(diào)獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)載波信號(hào)進(jìn)行一次解調(diào)獲得檢測(cè)信號(hào)，井分別對(duì)得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大后輸出。
5.一種用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理裝置，包括具有驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端和檢測(cè)信號(hào)輸出端的同步解調(diào)単元(I)，其特征在于還包括用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大增益的自動(dòng)增益控制模塊(2)、減法器(3)和用于獲取最終輸出檢測(cè)信號(hào)幅值的輸出幅值獲取単元(4)，所述同步解調(diào)単元(I)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過自動(dòng)增益控制模塊(2)與減法器(3)的輸入端相連，所述同步解調(diào)單元(I)的檢測(cè)信號(hào)輸出端與減法器(3)的輸入端相連，所述輸出幅值獲取単元(4)的輸入端與所述減法器(3)的輸出端相連，所述輸出幅值獲取単元(4)的輸出端與自動(dòng)增益控制模塊⑵的控制端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理裝置，其特征在于所述輸出幅值獲取単元(4)包括第一移相器(41)、用于整流的開關(guān)解調(diào)模塊(42)和用于閉環(huán)控制所述自動(dòng)增益控制模塊(2)的PID控制器(43)，所述第一移相器(41)、開關(guān)解調(diào)模塊(42)、 PID控制器(43)依次相連，所述第一移相器(41)的輸入端與所述減法器(3)的輸出端相連，所述PID控制器(43)的輸出端與自動(dòng)增益控制模塊(2)的控制端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理裝置，其特征在于所述開關(guān)解調(diào)模塊(42)包括第二移相器(421)、方波轉(zhuǎn)換器(422)、反向器(423)、開關(guān)芯片(424) 和低通濾波器(425)，所述開關(guān)芯片(424)的一個(gè)輸入端通過反向器(423)與減法器(3)的輸出端相連，所述開關(guān)芯片(424)的另ー個(gè)輸入端直接與減法器(3)的輸出端相連，所述開關(guān)芯片(424)的控制端依次通過方波轉(zhuǎn)換器(422)、第二移相器(421)與所述同步解調(diào)單元 ⑴的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端相連，所述開關(guān)芯片(424)的輸出端通過低通濾波器(425)與PID控制器(43)的輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理裝置，其特征在于所述方波轉(zhuǎn)換器(422)為過零比較器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理裝置，其特征在于所述自動(dòng)增益控制模塊(2)為壓控放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5 9中任意一項(xiàng)所述的用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理裝置，其特征在于所述同步解調(diào)單元(I)包括信號(hào)放大單元(11)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元(12)和檢測(cè)信號(hào)發(fā)生單元(13)，所述信號(hào)放大單元(11)包括串接的電荷放大器(111)和第一濾波放大器 (112)，所述電荷放大器(111)的輸入端與微機(jī)械陀螺的輸出端相連；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元(12)包括第一乘法器(122)、第二濾波放大器(123)和驅(qū)動(dòng)載波發(fā)生器(121)，所述驅(qū)動(dòng)載波發(fā)生器(121)、第一濾波放大器(112)分別與第一乘法器(122)的輸入端相連，所述第 ニ濾波放大器(123)的輸入端與第一乘法器(122)的輸出端相連、輸出端作為同步解調(diào)單元(I)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端；所述檢測(cè)信號(hào)發(fā)生單元(13)包括第二乘法器(132)、第三濾波放大器(133)和檢測(cè)載波發(fā)生器(131)，所述檢測(cè)載波發(fā)生器(131)、第一濾波放大器(112) 分別與第二乘法器(132)的輸入端相連，所述第三濾波放大器(133)的輸入端與第二乘法器(132)的輸出端相連、輸出端作為同步解調(diào)單元(I)的檢測(cè)信號(hào)輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微機(jī)械陀螺的正交誤差處理方法及裝置，方法步驟如下1)對(duì)微機(jī)械陀螺施加驅(qū)動(dòng)載波信號(hào)和檢測(cè)載波信號(hào)；2)獲取微機(jī)械陀螺的輸出信號(hào)并分別進(jìn)行一次解調(diào)獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)；3)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的放大增益，將放大后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算后輸出，同時(shí)提取所述減法運(yùn)算輸出信號(hào)的幅值模擬量，根據(jù)所述幅值模擬量閉環(huán)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的放大增益；裝置包括同步解調(diào)單元、自動(dòng)增益控制模塊、減法器和輸出幅值獲取單元，輸出幅值獲取單元的輸入端與減法器的輸出端相連、輸出端與自動(dòng)增益控制模塊的控制端相連。本發(fā)明能夠精確消除正交誤差、提高微機(jī)械陀螺輸出性能，具有體積小、重量低、成本低、功耗小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C19/5726GK102607546SQ201210057358
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者侯占強(qiáng), 劉學(xué), 吳學(xué)忠, 張旭, 肖定邦, 胡小平, 蘇劍彬, 陳志華 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)