【技術實現步驟摘要】
本專利技術設計涉及微機電陀螺控制領域，尤其涉及一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統及工作方法。
技術介紹
1、微機電陀螺是一種基于哥氏效應感知載體旋轉速率的傳感器，作為慣性導航領域中mems技術的重要應用，具有體積小、重量輕、成本低、易于批量生產和集成等優點，廣泛應用于軍事和民用領域。
2、基于力平衡控制方式的微機電陀螺，其傳統激勵策略通常采用“變交流定直流”方式，通過改變交流信號幅值的方式調節陀螺工作模態的外部作用力的大小，以實現驅動模態的跟頻穩幅控制以及檢測模態的力平衡控制。然而，這種方法在高動態檢測和溫變工作環境中仍存在一些不足。首先，高動態狀態下變交流信號需要快速調整信號頻率及幅度，對力平衡反饋路徑的響應能力提出了較高的要求；其次，“變交流定直流”方式的標度因數表達式包含驅動模態的振幅，在寬溫度工作環境下易產生標度因數的漂移。
技術實現思路
1、針對現有技術中的不足，本專利技術提供了一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統及工作方法，以解決現有技術中控制穩定性和效率低的技術問題。
2、本專利技術提供了一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，包括：陀螺閉環驅動模塊、檢測模態力平衡控制模塊以及移相模塊；
3、所述陀螺閉環驅動模塊的振動信號輸出端與移相模塊的輸入端連接；移相模塊的輸出端與檢測模態力平衡控制模塊的激勵信號輸入端連接；檢測模態力平衡控制模塊的輸出端與微機電陀螺連接；
4、陀螺閉環驅動模塊用于跟蹤驅動模態的諧振
5、進一步地，所述陀螺閉環驅動模塊包括：驅動模態、第一交直流耦合差分單元、第一d/a轉換單元、第一前端檢測單元、第一a/d轉換單元、幅值解調單元、相位解調單元、自動增益控制單元、相位pi控制單元以及直接數字式頻率合成單元；
6、將恒定直流作為第一交直流耦合差分單元的一個輸入，第一d/a轉換單元的輸出端與第一交直流耦合差分單元的另一個輸入端連接；第一交直流耦合差分單元的輸出端與驅動模態中電極的輸入端連接；驅動模態中電極的輸出端與第一前端檢測單元的輸入端連接；第一前端檢測單元的輸出端分別與移相模塊的輸入端以及第一a/d轉換單元的輸入端連接；第一a/d轉換單元的輸出端分別與幅值解調單元的輸入端以及相位解調單元的輸入端連接；幅值解調單元的輸出端與自動增益控制單元的輸入端連接；相位解調單元的輸出端與相位pi控制單元的輸入端連接；相位pi控制單元的輸出端與直接數字式頻率合成單元的輸入端連接，直接數字式頻率合成單元的輸出信號與自動增益控制單元的輸出信號相乘后作為第一d/a轉換單元的輸入信號；
7、其中，第一交直流耦合差分單元用于將輸入的恒定直流與自反饋的激勵信號耦合；第一前端檢測單元用于獲取驅動模態電極的振動信號。
8、進一步地，所述檢測模態力平衡控制模塊包括：檢測模態、第二交直流耦合差分單元、第二d/a轉換單元、第二前端檢測單元、第二a/d轉換單元、速率信號解調單元以及力平衡控制單元；
9、移相模塊的輸出端與第二交直流耦合差分單元一個輸入端連接；第二d/a轉換單元的輸出端與第二交直流耦合差分單元另一個輸入端連接；第二交直流耦合差分單元的輸出端與檢測模態的輸入端連接；檢測模態的輸出端與第二前端檢測單元的輸入端連接；第二前端檢測單元的輸出端與第二a/d轉換單元的輸入端連接；第二a/d轉換單元的輸出端與速率信號解調單元的輸入端連接；速率信號解調單元的輸出端與力平衡控制單元的輸入端連接；力平衡控制單元分別輸出內部自反饋的力平衡直流激勵信號以及控制信號，內部自反饋的力平衡直流激勵信號作為第二d/a轉換單元的輸入。
10、進一步地，所述移相模塊包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器；
11、第一電阻的一端作為移相模塊的輸入端，另一端分別與第六電阻的一端、第二電阻的一端以及第一運算放大器的反向輸入端連接；第一運算放大器的正向輸入端接地，輸出端分別與第三電阻的一端以及第二電阻的另一端連接；第三電阻的另一端分別與第一電容的一端以及第二運算放大器的反向輸入端連接；第二運算放大器的正向輸入端接地，輸出端分別與第一電容的另一端以及第四電阻的一端連接，第二運算放大器的輸出端作為移相模塊的輸出端；第四電阻的另一端分別與第二電容的一端、第三電容的一端以及第三運算放大器的反向輸入端連接；第三電容的另一端與第五電阻的一端連接；第三運算放大器的正向輸入端接地，輸出端分別與第二電容的另一端、第五電阻的另一端以及第六電容的另一端連接。
12、本專利技術還提供了一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統的工作方法，包括：
13、陀螺閉環驅動模塊工作過程、移相過程以及檢測模態力平衡控制模塊工作過程，通過三個過程實現定交流變直流的力平衡控制過程；
14、其中，陀螺閉環驅動模塊工作過程包括：第一前端檢測單元采集驅動模態中的感應電極產生的電容形式的振動信號并轉換為電壓形式的振動信號，分別作為移相模塊的輸入和第一a/d轉換單元的輸入信號；振動信號經過第一a/d轉換單元的a/d轉換后分別作為幅度解調單元以及相位解調單元的輸入信號；幅度解調單元進行解調后輸出幅度信號至自動增益控制單元，自動增益控制單元基于幅度信號產生驅動信號的幅度；相位解調單元進行解調后輸出相位信號至相位pi控制單元，相位pi控制單元基于相位信號輸出相位控制量至直接數字式頻率合成器單元；直接數字式頻率合成單元輸出驅動模態諧振頻率的正弦信號；自動增益控制單元產生驅動信號的幅度與正弦信號相乘后得到交流激勵信號；交流激勵信號經過第一d/a轉換單元轉換后在第一交直流耦合差分單元中與外部輸入的恒定直流耦合得到耦合信號；耦合信號輸入至驅動模態中的激勵電極使振動幅度維持恒定，并實時跟蹤驅動模態的諧振頻率，實現陀螺閉環驅動；
15、移相過程包括：移相模塊對輸入的振動信號進行90°的相位偏移，輸出力平衡交流激勵信號。
16、進一步地，所述檢測模態力平衡控制模塊工作過程包括：第二前端檢測單元采集檢測模態中基于陀螺敏感軸角速度產生的電容形式的振動信號并轉換為電壓形式的振動信號，經過第二a/d轉換單元的a/d轉換后作為速率解調單元的輸入信號；速率解調單元進行解調后輸出速率信號至力平衡控制單元；力平衡控制單元輸出表示陀螺敏感軸角速度的速率信號作為控制信號以及力平衡直流激勵信號，直流激勵信號與力平衡交流激勵信號在第二交直流耦合差分單元中進行耦合形成耦合信號，耦合信號輸入至檢測模態中的激勵電極以平衡陀螺敏感軸角速度引起的檢測模態電極的振動。
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1.一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，包括：陀螺閉環驅動模塊、檢測模態力平衡控制模塊以及移相模塊；
2.如權利要求1所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，所述陀螺閉環驅動模塊包括：驅動模態、第一交直流耦合差分單元、第一D/A轉換單元、第一前端檢測單元、第一A/D轉換單元、幅值解調單元、相位解調單元、自動增益控制單元、相位PI控制單元以及直接數字式頻率合成單元；
3.如權利要求1所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，所述檢測模態力平衡控制模塊包括：檢測模態、第二交直流耦合差分單元、第二D/A轉換單元、第二前端檢測單元、第二A/D轉換單元、速率信號解調單元以及力平衡控制單元；
4.如權利要求1-3中任一所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，所述移相模塊包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器；
5.一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統的工作方法，適
6.如權利要求5所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統的工作方法，其特征在于，所述檢測模態力平衡控制模塊工作過程包括：第二前端檢測單元采集檢測模態中基于陀螺敏感軸角速度產生的電容形式的振動信號并轉換為電壓形式的振動信號，經過第二A/D轉換單元的A/D轉換后作為速率解調單元的輸入信號；速率解調單元進行解調后輸出速率信號至力平衡控制單元；力平衡控制單元輸出表示陀螺敏感軸角速度的速率信號作為控制信號以及力平衡直流激勵信號，直流激勵信號與力平衡交流激勵信號在第二交直流耦合差分單元中進行耦合形成耦合信號，耦合信號輸入至檢測模態中的激勵電極以平衡陀螺敏感軸角速度引起的檢測模態電極的振動。
7.如權利要求6所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統的工作方法，其特征在于，所述檢測模態力平衡控制模塊中的標度因數為：
...【技術特征摘要】
1.一種定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，包括：陀螺閉環驅動模塊、檢測模態力平衡控制模塊以及移相模塊；
2.如權利要求1所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，所述陀螺閉環驅動模塊包括：驅動模態、第一交直流耦合差分單元、第一d/a轉換單元、第一前端檢測單元、第一a/d轉換單元、幅值解調單元、相位解調單元、自動增益控制單元、相位pi控制單元以及直接數字式頻率合成單元；
3.如權利要求1所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，所述檢測模態力平衡控制模塊包括：檢測模態、第二交直流耦合差分單元、第二d/a轉換單元、第二前端檢測單元、第二a/d轉換單元、速率信號解調單元以及力平衡控制單元；
4.如權利要求1-3中任一所述的定交流變直流的微機電陀螺力平衡控制系統，其特征在于，所述移相模塊包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第二電容、第三電容、第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器；...
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