《矽微陀螺高階帶通離散時間SDM閉環參數獲取方法研究》是依託南京理工大學，由吳志強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矽微陀螺高階帶通離散時間SDM閉環參數獲取方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳志強
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於機電結合帶通SDM的閉環檢測方法是實現高性能矽微陀螺的必然選擇。針對連續時間SDM電路參數難於修改，無法實現矽微陀螺測控電路ASIC化、批量化生產要求的狀況，提出一種模數混合離散時間SDM閉環檢測方法。該方法將矽微陀螺機械敏感結構及相關的信號調理電路置於高階帶通SDM前饋通道中，與數字諧振器和補償環節一起構成模數混合機電結合的濾波環節，用以提高矽微陀螺測控電路的信噪比。在對該結構SDM噪聲分析和行為級建模與仿真的基礎上，採用窮舉法選擇最優的環路結構、設計最佳的補償環節。在此基礎上建立SDM閉環參數最最佳化問題數學模型，採用單純形法解決閉環參數決策的科學問題。同時開展SDM力反饋閉環穩定性及魯棒性的研究，為結構最佳化和閉環參數獲取提供依據。本研究可實現矽微陀螺機電結合SDM閉環參數的自動化獲取，為矽微陀螺的ASIC化、批量化生產提供方法和技術基礎。
結題摘要
針對高精度矽微陀螺測控電路ASIC化和批量化的需求，在對比研究了正弦波電壓反饋和脈衝密度電壓反饋兩種形式對陀螺性能影響的基礎上，提出一種高階帶通離散時間SDM閉環檢測方法。該方法將矽微陀螺機械敏感結構及相關的信號調理電路置於高階帶通SDM的前饋通道中，與數字諧振器和補償環節一起構成模數混合、機電結合的濾波環節，用以提高矽微陀螺測控電路的信噪比。同時，數字諧振器和補償環節在數字域進行設計，可方便的實現環路結構和環路參數的修改。通過調研梳理了帶通SDM閉環環路的主要噪聲源，並對各噪聲源進行了分析和仿真，以1bit 量化器的滑膜控制模型為基礎，構建了基於Matlab/Simulink仿真工具的高階帶通離散時間SDM 行為級模型，仿真對比了各類噪聲源對信噪比的影響程度；在此基礎上，對比分析了電路SDM設計中常用的4種單環環路結構，結合陀螺敏感結構及力反饋的特點，選擇CBFF結構作為優選的環路結構；通過陀螺設計指標計算出了測控電路信噪比的設計目標，在該設計目標的指導下，選擇了環路階數和過採樣率；緊接著對高階環路參數進行簡化並用陀螺敏感結構代替高階帶通SDM的第一級諧振器，形成了機電結合的帶通SDM閉環電路；利用電路SDM設計工具箱DSToolbox獲取了該閉環環路的參數，並根據陀螺輸出信噪比和穩定性分析結果對環路參數進行最佳化，通過調整過採樣率獲得閉環參數的最優解。最後，將環路結構和參數移植到基於FPGA的實驗平台上進行參數獲取方法的實驗驗證和數位化陀螺的性能評估。實驗結果表明，矽微陀螺高階帶通離散時間SDM閉環參數獲取方法是有效的，且採用帶通SDM閉環檢測方法後，陀螺的零偏不穩定性可達0.45°/h, 零偏溫度係數和標度因數溫度係數相比採用開環檢測的模擬陀螺分別降低了72.2%和89.4%。該閉環參數獲取方法可大大簡化矽微陀螺數位化閉環檢測電路的設計流程，且環路參數易於修改，對矽微陀螺測控電路的ASIC化、批量化生產具有重要的理論價值和工程套用價值。
