利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2022110521565
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种MEMS陀螺模态频率调谐系统,其特征在于,包含驱动模态闭环回路、检测模态激励与感应环节、模态频差信号提取环节、模态频率调谐环节、角速度信号提取环节;

驱动模态闭环回路用以实现MEMS陀螺闭环驱动及驱动模态的谐振频率跟踪,该驱动模态闭环回路包含,驱动模态感应电极、驱动模态C/V转换电路、驱动模态A/D转换电路、相位解调模块、相位PI控制器、幅度解调模块、自动增益控制器、直接数字式频率合成器、第四乘法器、驱动模态D/A转换电路、驱动模态放大电路、驱动模态激励电极;通过驱动模态激励电极响应驱动模态激励信号,使得驱动模态以及驱动模态感应电极产生振动信号,将振动信号依次经过驱动模态C/V转换电路及驱动模态A/D转换电路转换处理,转换处理后分别输入至相位解调模块与幅度解调模块,相位解调模块与相位PI控制器进行解调后输出相位信号至直接数字式频率合成器,幅度解调模块进行解调后输出幅值信号至自动增益控制器输出驱动模态激励信号的幅度,直接数字式频率合成器跟踪驱动模态谐振频率,驱动模态谐振频率的正弦信号与驱动模态激励信号的幅度经过第四乘法器共同计算得到驱动模态激励信号,驱动模态激励信号依次经过驱动模态D/A转换电路及驱动模态放大电路转换,转换后输入至驱动模态激励电极,实现驱动模态的谐振频率跟踪及MEMS陀螺的闭环驱动;

检测模态激励与感应环节用以通过检测模态激励电极响应倍频激励信号与角速度输入信号,使得检测模态感应电极产生振动,输出角速度输入信号的输出响应位移及倍频激励信号的输出响应位移;

模态频差信号提取环节用以通过输出角速度输入信号的输出响应位移、倍频激励信号的输出响应位移、驱动模态谐振频率的余弦信号,共同计算获取模态频差信号;

模态频率调谐环节用以通过模态频差信号获取检测模态频率调节信号,将检测模态频率调节信号转换为模拟量并放大计算,通过放大计算后的模拟量调节检测模态的谐振频率;

角速度信号提取环节用以通过角速度输入信号的输出响应位移及倍频激励信号的输出响应位移共同计算获取角速度输出信号,使得倍频激励信号无法影响角速度输入信号的正常提取。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺模态频率调谐系统,其特征在于,驱动模态闭环回路中,MEMS陀螺驱动模态的运动方程为:

其中,x为驱动模态振动位移,由驱动模态感应电极感应得到,为x的一阶导数,为x的二阶导数;mc为陀螺参与振动的有效质量;dx为陀螺驱动模态阻尼系数,kx为陀螺仪驱动模态刚度系数,Af为陀螺驱动力幅度,ωx为驱动模态的谐振频率。

3.根据权利要求1所述的MEMS陀螺模态频率调谐系统,其特征在于,模态频差信号提取环节包括第一乘法器、第一低通滤波器、第二乘法器、第二低通滤波器、第二加法器;第一乘法器与第一低通滤波器基于 构成乘法解调器,输出模态频差分量Vt1至第二加法器;第二乘法器与第二低通滤波器基于 构成乘法解调器,并输出模态频差分量Vt2至第二加法器;第二加法器基于模态频差分量Vt1和Vt2,输出模态频差信号Vt。

4.根据权利要求1所述的MEMS陀螺模态频率调谐系统,其特征在于,模态频率调谐环节包括模态频差PI控制器、调谐模块D/A转换电路、调谐环节放大电路、检测模态调谐电极;模态频差PI控制器对模态频差信号Vt进行处理,输出检测模态频率调节信号;调谐模块D/A转换电路与调谐模态放大电路将检测模态频率调节信号转换为模拟量并放大,将放大后模拟量输入至检测模态调谐电极,调节检测模态的谐振频率。

5.一种MEMS陀螺模态频率调谐方法,其特征在于,包含以下步骤:

S1、设置驱动模态闭环回路,实现MEMS陀螺闭环驱动及驱动模态的谐振频率跟踪,该驱动模态闭环回路包含,驱动模态感应电极、驱动模态C/V转换电路、驱动模态A/D转换电路、相位解调模块、相位PI控制器、幅度解调模块、自动增益控制器、直接数字式频率合成器、第四乘法器、驱动模态D/A转换电路、驱动模态放大电路、驱动模态激励电极;通过驱动模态激励电极响应驱动模态激励信号,使得驱动模态以及驱动模态感应电极产生振动信号,将振动信号依次经过驱动模态C/V转换电路及驱动模态A/D转换电路转换处理,转换处理后分别输入至相位解调模块与幅度解调模块,相位解调模块与相位PI控制器进行解调后输出相位信号至直接数字式频率合成器,幅度解调模块进行解调后输出幅值信号至自动增益控制器输出驱动模态激励信号的幅度,直接数字式频率合成器跟踪驱动模态谐振频率,驱动模态谐振频率的正弦信号与驱动模态激励信号的幅度经过第四乘法器共同计算得到驱动模态激励信号,驱动模态激励信号依次经过驱动模态D/A转换电路及驱动模态放大电路转换,转换后输入至驱动模态激励电极,实现驱动模态的谐振频率跟踪及MEMS陀螺的闭环驱动;

S2、设置检测模态激励与感应环节,通过检测模态激励电极响应倍频激励信号与角速度输入信号,使得检测模态感应电极产生振动,输出角速度输入信号的输出响应位移及倍频激励信号的输出响应位移;

S3、设置模态频差信号提取环节,通过输出角速度输入信号的输出响应位移、倍频激励信号的输出响应位移、驱动模态谐振频率的余弦信号,共同计算获取模态频差信号;

S4、设置模态频率调谐环节,通过模态频差信号获取检测模态频率调节信号,将检测模态频率调节信号转换为模拟量并放大计算,通过放大计算后的模拟量调节检测模态的谐振频率;

S5、设置角速度信号提取环节,通过角速度输入信号的输出响应位移及倍频激励信号的输出响应位移共同计算获取角速度输出信号,使得倍频激励信号无法影响角速度输入信号的正常提取。

6.根据权利要求5所述的MEMS陀螺模态频率调谐方法,其特征在于,步骤S1中,MEMS陀螺驱动模态的运动方程为:

其中,x为驱动模态振动位移,由驱动模态感应电极感应得到,为x的一阶导数,为x的二阶导数;mc为陀螺参与振动的有效质量;dx为陀螺驱动模态阻尼系数,kx为陀螺仪驱动模态刚度系数,Af为陀螺驱动力幅度,ωx为驱动模态的谐振频率。

7.根据权利要求5所述的MEMS陀螺模态频率调谐方法,其特征在于,步骤S3中,模态频差信号提取环节包括第一乘法器、第一低通滤波器、第二乘法器、第二低通滤波器、第二加法器;第一乘法器与第一低通滤波器基于 构成乘法解调器,输出模态频差分量Vt1至第二加法器;第二乘法器与第二低通滤波器基于 构成乘法解调器,并输出模态频差分量Vt2至第二加法器;第二加法器基于模态频差分量Vt1和Vt2,输出模态频差信号Vt。

8.根据权利要求5所述的MEMSEMS陀螺模态频率调谐方法,其特征在于,步骤S4中,模态频率调谐环节包括模态频差PI控制器、调谐模块D/A转换电路、调谐环节放大电路、检测模态调谐电极;模态频差PI控制器对模态频差信号Vt进行处理,输出检测模态频率调节信号;

调谐模块D/A转换电路与调谐模态放大电路将检测模态频率调节信号转换为模拟量并放大,将放大后模拟量输入至检测模态调谐电极,调节检测模态的谐振频率。

9.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至权利要求4所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求4所述的方法的步骤。