申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2021-07-22

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN113607150B

主分类号：G01C19/5607

分类号：G01C19/5607;G01C19/5614;G01C19/5656

优先权：["20210602 CN 2021106157459"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2021.11.23#实质审查的生效;2021.11.05#公开

摘要：本发明涉及一种时分驱动和正交力反馈闭环的石英陀螺误差抑制方法，属于微机械惯性器件技术领域。包括1驱动软件单元和驱动模块输出时分的正弦驱动激励信号，在相邻时间周期内交替输出正弦驱动激励信号和零电平信号；2当驱动激励信号处于无信号的周期时段，检测模块开始进行信号检测，得到检测信号的同相分量和正交分量；3建立同相和正交信号PI闭环控制，分别生成同相和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号；4将力反馈信号加载到石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零。所述方法实现了对陀螺静电耦合和机械耦合误差的抑制，有效改善了陀螺的零位漂移且电路易实现。

主权项：1.一种时分驱动和正交力反馈闭环的石英陀螺误差抑制方法，其特征在于：包括石英音叉、驱动模块、检测模块、数字信号处理模块以及正交力反馈闭环模块；其中，石英音叉为微机械结构装置，其余部分为电路装置；石英音叉，简称音叉包括音叉驱动单元和音叉检测单元两部分，且音叉驱动单元又称为石英音叉驱动端，音叉检测单元又称为石英音叉检测端；音叉驱动单元上设置有驱动电极；音叉检测单元上设置有检测电极，其中，检测电极包括检测电极1和检测电极2；检测电极1用于提取角速度信号，检测电极2用于加载力反馈信号；其中，驱动模块包括驱动放大器单元、驱动DAC单元以及驱动ADC单元；检测模块包括检测放大器单元、检测ADC单元；正交力反馈闭环模块包括力反馈DAC单元；数字信号处理模块包括数字处理器，内部有驱动软件单元、检测软件单元和力反馈软件单元；其中，驱动软件单元包括驱动正交解调单元、驱动PI闭环控制单元以及驱动时分控制单元；检测软件单元包括检测正交解调单元；力反馈软件单元包括同相力反馈PI闭环控制单元和正交力反馈PI闭环控制单元；石英陀螺装置中各部件的连接关系如下：数字信号处理模块与驱动模块、检测模块以及正交力反馈闭环模块相连；驱动模块与石英音叉驱动端驱动电极相连；检测模块与石英音叉检测端检测电极1相连；正交力反馈闭环模块与石英音叉检测端检测电极2相连；依托的石英陀螺装置的驱动模块中的驱动模块中的驱动放大器单元对外连接石英音叉驱动端驱动电极，对内与驱动ADC单元连接，驱动ADC单元对外连接数字信号处理模块；驱动DAC单元与石英音叉驱动端驱动电极和数字信号处理模块相连；数字处理器时分驱动模块过码表查询方式生成频率与石英音叉陀螺驱动端谐振频率相同的正弦驱动激励信号，石英音叉陀螺驱动端的码表采用正弦码表，在数字处理器内部每4us进行一次转换，数字处理器通过DMA方式完成DAC转换，生成与石英音叉驱动端谐振频率相同的驱动电压信号，驱动激励信号通过驱动DAC单元加载到石英音叉驱动端；驱动ADC单元采集石英音叉陀螺驱动端的反馈信号；驱动ADC单元的采集时间需要与驱动DAC单元严格同步；数字处理器将输出的驱动激励信号，进行一定的相位补偿，产生同相和正交两路解调信号，用两路解调信号分别跟石英音叉陀螺驱动端的反馈信号相乘，并进行低通滤波，根据同相和正交两路解调参考信号，同相分量反映了驱动参考振动的幅值信息；用正交分量同相分量比值，作为频率调整的输入参数，通过PI算法，产生频率调节量，动态调整驱动频率，使其始终在谐振频率点振动；驱动激励信号通过数字处理器内部的时分驱动模块进行时分控制，生成时分驱动激励信号，在相邻周期内交替进行驱动激励信号输出；当驱动激励信号为零的周期，检测模块开始进行角速度信号检测，通过检测端放大器放大检测端的微弱信号经过放大器放大后可以进入检测ADC；检测ADC单元将信号经过数模转换并输入数字处理器中；检测软件单元在数字处理器内进行正交解调，得到石英音叉陀螺检测信号的同相分量和正交分量；检测端ADC输入信号相对于驱动端的输出正弦信号也有相移；数字处理器内部检测力反馈闭环模块生成力反馈闭环信号，该信号包括同相分量和正交分量两部分，力反馈闭环信号通过检测DAC转换为模拟信号，该模拟信号连接到石英音叉陀螺检测端检测电极，根据压电效应，可使石英音叉陀螺检测端产生与机械耦合产生的正交耦合振动和哥式效应产生的同相振动相反的位移，从而使石英音叉陀螺检测端的位移保持在0附近；所述石英陀螺误差抑制方法，包括如下步骤：步骤1：驱动软件单元和驱动模块输出时分的正弦驱动激励信号，在相邻时间周期内交替输出正弦驱动激励信号和零电平信号；步骤2：当驱动激励信号处于无信号的周期时段，检测模块开始进行信号检测，得到检测信号的同相分量和正交分量；步骤3：建立石英音叉检测端同相信号PI闭环控制和正交信号PI闭环控制，分别生成同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号，再经数模转换生成力反馈闭环信号，具体包括如下子步骤：步骤3.1同相力反馈PI闭环控制单元根据石英音叉检测端的传递函数模型和检测信号的同相分量对同相信号进行PI闭环控制，得到与检测信号同相分量大小相同，正负相反的同相力反馈闭环信号；步骤3.2正交力反馈PI闭环控制单元根据石英音叉检测端的传递函数模型和检测信号的正交分量对正交信号进行PI闭环控制，得到与检测信号正交分量大小相同，正负相反的正交力反馈闭环信号；步骤3.3将同相力反馈闭环信号和正交力反馈闭环信号输入到正交力反馈闭环模块中的力反馈DAC单元进行数模转换，得到力反馈信号；步骤4：将正交力反馈闭环模块中力反馈DAC单元输出的力反馈信号加载到石英音叉检测端检测电极2；对石英音叉检测端进行力反馈闭环控制，使得石英音叉检测端位移为零。

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权利要求：

百度查询： 北京理工大学 一种时分驱动和正交力反馈闭环的石英陀螺误差抑制方法

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