MEMS陀螺外圍信號(hào)處理電路數(shù)字化初步研究.pdf

1、本文闡述了微機(jī)械陀螺的外圍信號(hào)處理電路數(shù)字化研究的初步成果。該數(shù)字化方案是以數(shù)字信號(hào)處理器芯片為核心設(shè)計(jì)的。論文中詳細(xì)敘述了所需要的數(shù)字式方案的硬件設(shè)計(jì)，算法仿真，軟件代碼編寫，調(diào)試和系統(tǒng)級(jí)的實(shí)驗(yàn)。 論文闡述了下面幾個(gè)方面的工作：1)完成了振動(dòng)式微機(jī)械陀螺x方向上閉環(huán)自激驅(qū)動(dòng)中用到的自動(dòng)增益控制環(huán)路(AGCloop)的分析。在查閱相關(guān)國(guó)外文獻(xiàn)及理解非線性控制相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，完成了自動(dòng)增益控制(AGC)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)算法。

2、 論文中研究了振動(dòng)式微機(jī)械陀螺的自激驅(qū)動(dòng)回路中的各參數(shù)對(duì)陀螺系統(tǒng)的起振時(shí)間，幅度穩(wěn)定性等的影響。在數(shù)字AGC中，隨著低通濾波器的截止頻率Fc增大，對(duì)于同樣的參考電壓幅度Ref和增益控制常數(shù)Kp所對(duì)應(yīng)的起振時(shí)間縮短，但幅度穩(wěn)定性惡化；隨著Kp的增大，對(duì)于同樣的Ref和Fc，陀螺X方向的閉環(huán)起振時(shí)間先減小后增大，存在一個(gè)最小值，但再次過(guò)程中幅度穩(wěn)定性不斷惡化。所以應(yīng)該根據(jù)陀螺的具體應(yīng)用環(huán)境，先提出對(duì)于陀螺X方向閉環(huán)起振時(shí)間和幅度穩(wěn)定度的要求

3、，然后根據(jù)上面的曲線選取參數(shù)。 對(duì)于Ref的選擇應(yīng)該視整個(gè)系統(tǒng)的電學(xué)特性而定，例如功耗，工作電壓值，由于Ref的取值大小與起振時(shí)間和幅度穩(wěn)定度大小無(wú)關(guān)，所以在低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合，Ref應(yīng)該是越小越好。 在Matlab中用程序驗(yàn)證了自動(dòng)增益控制模塊的開環(huán)特性，考慮了系統(tǒng)閉環(huán)工作的工作點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并得到了有用的結(jié)論。 在Simulink中完成AGC的特性仿真，陀螺自激驅(qū)動(dòng)環(huán)路閉環(huán)仿真，以及整個(gè)陀螺系統(tǒng)的仿真。

4、得到了可以用于軟硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式算法方案。 最后，在硬件上完成了振動(dòng)式微機(jī)械陀螺的板級(jí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，利用所研究的數(shù)字式算法，和程序?qū)崿F(xiàn)了x方向上的閉環(huán)自激驅(qū)動(dòng)，得到了與理論分析及算法仿真相當(dāng)符合的結(jié)果，陀螺自激驅(qū)動(dòng)模態(tài)的開環(huán)和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)表明，基于DSP的信號(hào)處理電路能夠很好的完成上面的陀螺信號(hào)處理算法的實(shí)驗(yàn)。從頻率純度和幅度的穩(wěn)定性兩方面都比模擬方案要好很多。其幅度穩(wěn)定性模擬的方案提高了10倍。頻譜純度也提高了數(shù)倍。說(shuō)明了微機(jī)械陀螺的