微机械陀螺的误差抑制电路研究.pdf

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1、第23卷第6期传感技术学报Vo1．23No．62010年6月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJun．2010ErrorSuppressionCircuitforMicromachinedGyroscopeZHOUZhiguang，CHANGHonglong，SHENQiang，XIEJianbing，YUANWeizheng(MicroandNanoElectromechanical跏￡eⅫLaboratory，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Theq

2、uadratureerrorandin—phaseerorofmicromachinedgyroscopewereanalyzed，andanelectrostaticforcefeedbackcontrolschemewaspresentedtosuppresstheerrors．Theequivalentstiffnessanddampinginthesensemodegeneratedbyelectrostaticfeedbackforcewereusedtochangethecouplingbetweenthetwomodesofthegyroscope．Thustheer

3、rorscanbesuppressed．Aclosed—loopdetectivecircuitwithfeedbackcompensationwasde．signedandimplemented，andthesimulationresultsshowedthatthegainmarginandthephasemargincouldreach25dBand36．5。respectively．Theeffectoftheerorsupressingcircuitwasverifiedbyspectrumanalysisandper-formaneetesting．Theerorswe

4、redecreasedby50％．thenonlinearityofscalefactordecreasedfrom2．89％to1．47％，thebandwidthincreased15Hz，andthebiasstabilityincreasedby1．3times．Keywords：close—loopdetectivecircuit；erorsuppression；feedbackcontrol；compensationEEACC11205微机械陀螺的误差抑制电路研究术周志广，常洪龙，申强，谢建兵，苑伟政(西北工业大学微／纳米陕西省重点实验室，西安710072)摘要：分析了

5、微机械陀螺的正交误差和同相误差的来源及特点，提出了利用静电力反馈控制来抑制误差的技术方案。该方案利用反馈静电力在检测模态上产生等效电刚度和电阻尼，从而影响陀螺仪驱动和检测模态之间的刚度和阻尼耦合系数，进而抑制误差。为实现误差抑制设计了带有反馈校正环节的闭环检测电路并完成了仿真，仿真结果表明校正环节能够使系统的幅值和相位裕度达到25dB和36．5。。对微机械陀螺进行频谱分析和性能测试比较，结果表明闭环检测情况下，误差量较开环测试减小了50％，标度因子的非线性度从2．89％减小到1．47％、带宽增加了15Hz、零偏稳定性提高了1．3倍。关键词：闭环检测电路，误差抑制，反馈控制，校正环节

6、中图分类号：TN911．71文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)06—0808一O4微机械陀螺仪是当前惯性领域研究的热点和难相误差与陀螺仪有用信号相位相同，因此对于该信点。由于微机械陀螺在制造过程中存在加工误差，号的分离和抑制比较困难；对于正交误差可采用相梁和梳齿的尺寸发生变化使陀螺的模态之间产生刚位干涉解调的方法进行抑制j，但不能完全消除。度耦合、左右驱动位移不对称等结构误差。这些误本文设计了静电力反馈误差抑制电路。该电路差将直接影响陀螺仪零位输出的稳定性、标度因子将陀螺仪的检测模态分为两路进行闭环控制，对陀的非线性度、工作带宽等关键技术指标。微机械陀螺仪的两种

7、误差进行抑制。螺的结构误差是限制陀螺精度的主要因素¨。因1微机械陀螺工作原理此，有效抑制陀螺误差对提高陀螺仪性能有着重要的意义。本文采用的微机械陀螺结构及电极分布如图1按照陀螺仪误差信号与角速度信号之间的相位所示，该陀螺仪采用对称解耦结构，减小了驱动和敏差可将结构误差分为正交误差及同相误差J。同感模态的运动耦合，提高了陀螺仪检测精度。项目来源：国家863计划项目资助(2009AA04Z320)；航空基金项目资助(20070853012)。收稿日期：修改日期：2010—