MEMS陀螺仪结构模型及系统仿真.pdf

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1、第2l卷第4期中国惯性技术学报Vb1．21NO．42013年8月JournalofChineseInertialTechnologyAug．2013文章编号：1005—6734(2013)04—0524．06MEMS陀螺仪结构模型及系统仿真曹慧亮1,2李宏生一，王寿荣，杨波1,2黄丽斌，(1．东南大学仪器科学与工程学院，南京210096：2．东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，南京210096)摘要：为了减小MEMS陀螺仪的正交误差，进一步提高陀螺精度，在Simulink环境中对陀螺结构和测

2、控系统进行了建模和仿真。首先在理想状态的陀螺结构模型基础上建立了包含机械热噪声、模态问耦合等非理想因素的结构模型，并给出了陀螺结构的相关设计参数。其次在陀螺结构模型上以自激振荡和AGc控制技术为基础设计了驱动回路，该回路可在短时间内将驱动幅度稳定在10gm，且驱动频率为4048Hz(驱动模态的谐振频率)。然后分析了模态间耦合信号的作用方式并建立了正交校正和检测闭环力反馈回路，仿真结果显示，在全闭环状态下检测模态所受耦合力的幅度比未校正状态下降了5个数量级，等效输入角速度也从205o)Is下降到了6．58(

3、。)／l1。最后对陀螺模型进行了整体测试，得到其标度因数和阈值分别为21．76mV／(。)is和0．002(。)／s。关键词：MEMS陀螺仪；结构模型；Simulink：系统仿真中图分类号：U666．1文献标志码：AStructuremodelandsystemsimulationofMEMSgyroscopeCAOHui．1iang，，LIHong—sheng，，WANGShou．rong，，YANGBo，，HUANGLi—bin，(1．SchoolofInstrumentScienceandEngin

4、eering，SoutheastUniversity,Nanjing210096，China；2．KeyLaboratoryofMicroInertialInstrumentandAdvancedNavigationTechnologyofMinistryofEducation，SoutheastUniversity,Nanjing210096，China)Abstract：Themodelofmicro．electro．mechanicalsystem(MEMS1gyroscopestructurean

5、dmonitorcircuitisinvestigatedandsimulatedinSimulinkinordertodecreasethequadratureerrorandenhancethegyroscope’Sprecision．Firstly,themodelisestablishedbasedontheidealgyroscope’Smodelandsomeimperfectelements，suchasthemechanicalthermalnoise，couplingsignalbetw

6、eentwomodes，andthentheparametersareproposed．Afterthat，thecloseloopdrivesystemisdesignedbasedonself-resouantandAGCtectmology，theamplitudeandfrequencyofdriveframearestabilizedat10gmand4048Hz(drivemode’Sresonantfrequency)respectivelywiminonesecond．Then．thequ

7、adratureerrorcorrectionandsenseforcefeedbackrebalanceloopsarebuilt．Thesimulationresultindicatesthat，aftercorrection，thecouplingforce’Samplitudeisdecreasedby10times，anditsequivalentinputangularrateisreducedfrom205(。)／sto6．58(。)／h．Finally,theoveralltestisma

8、deWhichshoWSthatthescalefactorandthethresholdvalueare21．76mY／(。)Isand0．002o)is．Keywords：MEMSgyroscope；structuremodel；Simulink；systemsimulation近年来，随着微加工技术的进步，MEMS陀螺仪某些研究单位的微陀螺样机已经达到了军用战术级要的精度不断提高，使其广泛应用在消费电子、汽车安求1，但是