船舶工业国防科技预研基金(6922001045)
- 作品数：7 被引量：28H指数：3
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- 解耦硅微陀螺仪的结构误差分析和系统性能测试(英文)被引量：3
- 2010年
- 为了研究对称解耦的硅微陀螺仪的性能,对其结构误差进行了分析,并对其系统性能进行了测试.利用全解耦硅微陀螺仪的简化运动模型,分析了由弹性梁梁宽误差导致的机械耦合误差,并推导其公式.利用有限元方法,对机械耦合误差进行了仿真.仿真结果表明,当悬臂梁的加工误差在0～0.4μm间变化时,机械耦合误差变化范围为0～62.88°/s;同时仿真结果和计算结果比较显示,机械耦合误差的仿真结果基本与理论公式的计算结果相符,证明理论分析的正确性.对机械耦合误差进行了测试,测试结果表明,全解耦硅微陀螺仪的机械耦合误差仅为31°/s,相比课题组前期的半解耦硅微陀螺仪缩小了13.9倍.系统性能实验结果表明,由于机械耦合误差的减小,全解耦硅微陀螺仪的零偏温度系数仅为57.68°/(h.℃),相比课题组前期的半解耦硅微陀螺仪缩小了9.42倍.
- 杨波王寿荣李宏生黄丽斌李坤宇殷勇
- 关键词：机械耦合误差弹性梁
- 硅微陀螺仪闭环校正控制系统设计被引量：3
- 2010年
- 为了提高硅微陀螺仪的精度,对硅微陀螺仪的闭环校正控制系统进行了研究.首先,推导了简化的开环系统传递函数,分析表明为了防止谐振峰值的出现,相对频差δf必须小于等于1/(2Qy).其次,利用反馈力矩器的负刚度效应,消除两模态的相对频差,提高系统的机械灵敏度.最后,在无频差情况下,设计一个带有无源阻抗网络的比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)校正环节,校正后系统的相角裕度为52°,幅值裕度为18dB,闭环带宽为931 rad/s,实现了闭环系统校正.仿真和实验表明闭环校正电路是可行的.相对于开环检测,闭环校正系统的量程增加了1.6倍,标度因数非线性减小了45.6倍,零偏稳定性提高了2.56倍.同时,标度因数对称性、标度因数重复性、阈值和分辨率等性能都得到较大改善.
- 杨波王寿荣黄丽斌
- 关键词：硅微陀螺仪相角裕度幅值裕度
- 硅微陀螺仪驱动信号提取端口噪声分析被引量：1
- 2009年
- 建立了硅微陀螺仪驱动模态的接口模型,设计了驱动速度信号敏感接口电路,分析表明合理的参数选择基本消除了接口模型中寄生电阻电容导致信号衰减。建立了接口电路的噪声模型,推导了各噪声源导致输出噪声电压公式。仿真和试验表明,由运算放大器的噪声电压和噪声电流,及上置直流偏置电阻R1所产生的噪声功率较大。因此,减小前置运算放大器的输入噪声电压、噪声电流以及寄生电容Cpp或者增大直流偏置电阻R1可以有效抑制上述噪声的影响。
- 杨波王寿荣扶文树
- 关键词：硅微陀螺仪接口模型寄生电容噪声分析
- 硅微陀螺仪接口位移噪声对检测性能的影响
- 2009年
- 研究了基于调制解调的硅微陀螺仪检测信号提取原理,推导了开环检测传递函数。根据调制解调的频谱转移特性,提出了有效位移噪声是高斯窄带噪声。推导了开环检测时位移噪声的等效角速度公式,分析表明,要提高噪声性能可以减小噪声功率密度、带宽和增加陀螺仪机械灵敏度。同时还推导了闭环检测时位移噪声的等效角速度公式。通过比较开环检测和闭环检测情况下由接口位移噪声导致的噪声等效角速度表明:闭环检测并不能减少由接口位移噪声导致的平均噪声等效角速度。据此设计实际电路,试验结果表明在100Hz频段内,闭环检测噪声谱密度基本等于开环检测噪声谱密度,验证了理论的正确性。
- 杨波王寿荣周百令
- 关键词：硅微陀螺仪噪声谱密度
- MEMS陀螺仪芯片级温控系统的设计被引量：6
- 2013年
- 为了提高MEMS陀螺仪的温度性能,基于东南大学自主设计的TC10号温控陀螺表头,设计了一种芯片级温控系统.首先,研究了微加热丝和微热敏电阻的材料、结构以及表头的加工工艺,分析了温控系统的工作原理.然后,建立了表头内部的温度模型,利用Ziegler-Nichols经验参数法,确定了PID参数并进行系统仿真,验证了控制系统的快速性和稳定性.最后,结合模型和仿真参数设计了温控电路,并通过温度实验得到了微热敏电阻的温度特性曲线.结果显示:温控系统可将表头内温度控制在设定温度点附近;表头腔内温度和驱动模态谐振频率在-20～60℃范围内的变化量分别由温控前的78.453℃和3.76 Hz下降到温控后的4.949℃和0.48 Hz,由此验证了芯片级温控技术的可行性.
- 曹慧亮杨波徐露李宏生王寿荣
- 关键词：MEMS陀螺仪温度模型谐振频率
- 硅微机械陀螺自激驱动数字化技术被引量：14
- 2011年
- 为了进一步增强硅微机械陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,提出了一种基于自激振荡原理,以现场可编程门阵列(FPGA)为主要数字信号处理平台的驱动电路。以陀螺仪驱动模态特性为出发点,分析了自激振荡原理对驱动电路的要求。分析并建立了驱动相位控制与驱动幅度控制模型,实现了频率测量-补偿算法控制驱动环路相位,PID控制算法控制环路幅度。实验结果表明,常温下驱动幅度控制精度达到1.5×10-5,并且能跟踪驱动模态谐振频率。由于采用了数字电路使得驱动幅度温度系数由原来模拟电路方案的7.69×10-5/℃降低到1.183×10-5/℃。相比传统模拟电路控制方案,本方案具有驱动精度高,温度适应性好的优点。
- 夏国明杨波王寿荣
- 关键词：硅微机械陀螺闭环控制现场可编程门阵列
- 利用负刚度效应调谐的硅调谐式陀螺仪被引量：4
- 2010年
- 为了验证硅调谐式陀螺仪原理的可行性,研究了硅调谐式陀螺仪的调谐机理,硅转子运动模态和加工工艺以及信号检测与再平衡控制回路。提出了一种利用力矩器的负刚度效应来实现硅调谐式陀螺仪调谐的新方法,推导了静电负刚度调谐的理论公式;设计、仿真、加工了硅薄片式转子平衡环部件和电容器极板,给出了电容信号敏感接口电路、升压放大电路、反馈校正电路和再平衡控制回路。在此基础上,实现了硅调谐式陀螺仪原理样机。试验结果证实,利用负刚度效应调谐是可行的,接口电路和再平衡控制回路设计是合理的。初步性能测试表明,硅调谐式陀螺仪可实现标度因数为1.42mV/((°)/s),标度因数非线性为2.47%,量程为±200(°)/s。试验结果验证了该陀螺仪基本原理的可行性。
- 杨波王寿荣李坤宇朱熙曹慧亮
- 关键词：调谐
