一种高幅值稳定性的微机械陀螺闭环驱动电路.pdf

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1、第23卷第10期传感技术学报V01．23No．102010年10月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS0ct．2010AClosed-LoopDriveCircuitforMicrogyroscopeswithHighAmplitudeStability。LIXiaoying，NANSujuan，CHANGHonglong，YUANGuangmin，BAIBin(MicroandNanoElectromechanicalSystemLaboratory，Northwest

2、ernPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Acommonclosed—loopdrivingschemewasimprovedtoenhancethecontrolprecisionofmicrogyroscope．Basedonthetheoryofself-oscillation，theloopgainwascalculatedinaclosed—loopdrivingsysteminwhichthephaseangleandgaina

3、redecoupled．Furthermorethecircuitparameterswereoptimizedthroughthecomparisonsoftheamplitude—frequencycharacteristicsindifferentsituations．Aftertheoptimization，thedrivingforceswereabletobecontrolledbyonlyonevariable，whichmadethecircuitdebuggingmuchmoreeasi

4、er．Experimentalresultsshowedthatthestandarddeviationoftheamplitudeandfrequencywereimprovedfrom1．029Vand0．0146Hzto0．793Vand0．0033Hz，respectively．Itprovedthatthepresentedcircuitschemecouldimprovethestabilityofdrivefrequencyandtheamplitudeeffectively．Keyword

5、s：microgyroscope；closed—loopdrive；self—oscillation；amplitude-stabilizationEEACC：1250doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2010．10．020一种高幅值稳定性的微机械陀螺闭环驱动电路术李晓莹，南素娟，常洪龙，袁广民，白滨(西北工业大学陕西省微／纳米系统重点实验室，西安710072)摘要：优化设计了一种闭环自激驱动电路，有效提高了微机械陀螺的驱动闭环控制精度。根据自激振荡振幅稳定性理论，对相角和增益解耦

6、的闭环驱动系统幅值控制环路进行了分析，计算得到系统环路增益，推导出系统幅值达到最佳状态的环路参数，优化后陀螺的驱动力仅受控于一个可调变量。实验结果显示，改进后的自激振荡波形的均方差为0．0033V，频率均方差为0．793Hz，输出的幅值和频率的稳定性都得到了较大改善。对幅值控制环路的改进简化了电路调试，有效提高了陀螺系统的测量精度。关键词：微机械陀螺；闭环驱动；自激振荡；稳幅中图分类号：TH911．71文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)10—1458—04硅微机械陀螺是当今陀螺仪研究的

7、热点之一，采用比较器，提高了系统的输出线性度。然而，在该有着广泛的应用前景¨I2。其精度很大程度上取决幅值控制环路中产生的驱动力是两个可变相关量的于驱动控制电路的性能，只有保持驱动电压幅值稳非线性函数，使得难以找到最佳的振幅稳定状态，给定，输出信号才能准确反应输入角速率的变化。采电路调试带来不便。用自动增益控制(AGC，AutomaticGainContro1)的闭本文根据自激振荡振幅稳定性理论，对基于相环驱动是当前硅微机械陀螺的主流驱动环路控制方角和增益解耦的闭环驱动系统幅值控制环路进行了式_3J，其通

8、过AGC模块来稳定陀螺驱动模态输出优化，以获取系统幅值达到最佳状态的参数。优化信号的幅度。然而，由于常用的AGC技术线性工作后陀螺的驱动力仅受控于一个可调变量，大大方便范围小_6一，相角条件和增益条件相互耦合等因素，了调试工作。最后，通过实验验证了所提出方案对迫使整个驱动电路的带宽受到较大限制，并且不能于提高幅值稳定性的有效性。对相角、增益进行单独优化。为克服AGC技术的缺点，研究人员通过将相角1微机械振动陀螺仪工作原理控制环