申请/专利权人：南京理工大学

申请日：2020-08-24

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN112066968B

主分类号：G01C19/5776

分类号：G01C19/5776;G01C25/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.03.29#著录事项变更;2020.12.29#实质审查的生效;2020.12.11#公开

摘要：本发明公开了一种微机电多环陀螺实时模态自动匹配系统，该系统是在微机电多环陀螺检测模态的力反馈电极上施加一高频激励力信号，利用微机电多环陀螺检测模态输出信号的幅相频特性，通过模态匹配模块对高频激励力信号的相位变化信息进行求取，对高频激励力信号的相位变化信息处理后最终输出调谐电压，并将调谐电压反馈到微机电多环陀螺的调谐电极上实现调谐电压闭环控制，从而完成微机电多环陀螺的实时模态自动匹配。本发明可以提高微机电多环陀螺的机械灵敏度、零偏稳定性、角度随机游走等关键性能指标，减小外界环境温度变化对陀螺测量精度的影响，且避免了模态匹配过程中正交误差信号对陀螺角速率输出的干扰，具有实时自动且高精度的特性。

主权项：1.一种微机电多环陀螺实时模态自动匹配系统，其特征在于，包括高频激励力信号输入模块、正交误差解调模块、正交误差控制模块、角速率解调模块、角速率调制模块和模态匹配模块；所述高频激励力信号输入模块产生的是一个高于微机电多环陀螺驱动模态的谐振频率的正弦形式的交流信号，作为参考信号输入到微机电多环陀螺的力反馈电极上；所述角速率调制模块用于将微机电多环陀螺的角速率信号进行调整，该模块的输出信号作为力平衡信号输入到微机电多环陀螺的力反馈电极上，完成微机电多环陀螺的力平衡闭环控制；所述正交误差解调模块用于将微机电多环陀螺的检测电极上的输出信号解调成正交误差信号；所述角速率解调模块用于将微机电多环陀螺的检测电极上的输出信号解调成角速率信号；所述正交误差控制模块的输出信号用于对微机电多环陀螺的正交误差信号进行正交误差抑制，对陀螺的闭环正交误差进行抑制；所述模态匹配模块用于将角速率信号进行相位变化信息的求取，对该相位变化信息处理后输出调谐电压，将该调谐电压输入至微机电多环陀螺的调谐电极上，完成微机电多环陀螺的实时模态自动匹配；所述模态匹配模块包括相位解调模块和频率调节模块；所述相位解调模块用于求取高频激励力信号的相位变化信息；所述频率调节模块用于调节模态匹配模块输出的调谐电压大小，实现对调谐电压的闭环控制；所述相位解调模块包括第三信号发生器、第三低通滤波器；所述第三信号发生器用于产生正弦形式的载波信号；利用载波信号将模态匹配模块的输入信号进行解调得到包含高频激励力信号的相位变化信息的电压信号，所述第三低通滤波器用于对解调后的电压信号进行滤波处理，滤波后的该电压信号作为频率调节模块的输入信号；所述频率调节模块包括基准控制电压、PID控制器；所述基准控制电压为陀螺模态匹配时相位解调模块输出的电压值，作为参考电压与相位解调模块输出的电压进行实时比较，将比较后的信号作为PID控制器的输入信号；所述PID控制器用于控制输出的调谐电压大小，实现对调谐电压的闭环控制；所述相位解调模块输出的电压值为： 其中Δω表示陀螺驱动模态和检测模态间的频差值；Ah为激励力信号幅值，kvf表示为电压-反馈静电力转换系数，kyv表示为检测模态输出位移-电压转换系数，Qy表示为检测模态的品质因数，my为检测模态的等效质量；ωd为陀螺的驱动激励信号的频率；ωh为激励力信号频率；包括以下三种匹配过程：1当陀螺驱动模态的谐振频率和检测模态谐振频率相等时：所述频率调节模块中PID控制器的输入电压为零，所述模态匹配模块输出的调谐电压最终会稳定在一个常值，此时陀螺处于模态匹配状态；2当陀螺驱动模态的谐振频率大于检测模态谐振频率时：所述频率调节模块中PID控制器的输入电压小于零，所述模态匹配模块输出的调谐电压将减小，使得检测模态谐振频率增大，直到陀螺驱动模态的谐振频率和检测模态谐振频率相等时调谐电压不再变化，从而达到匹配状态；3当陀螺驱动模态的谐振频率小于检测模态谐振频率时：所述频率调节模块中PID控制器的输入电压大于零，所述模态匹配模块输出的调谐电压将增大使得检测模态谐振频率减小，直到陀螺驱动模态的谐振频率和检测模态谐振频率相等时调谐电压不再变化，从而达到匹配状态。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 南京理工大学 一种微机电多环陀螺实时模态自动匹配系统

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