窄频差硅基环形陀螺检测闭环控制系统设计

刘宇鹏,崔 让,郭潇林,刘 学,张 越,曹慧亮

(1. 中北大学电子测试技术重点实验室,太原 030051; 2.山西北方机械制造有限责任公司,太原 030009)

0 引言

微型半球谐振陀螺(micro-hemispherical reson-ator gyro, MHRG) 传承了传统半球谐振陀螺(hemispherical resonator gyro, HRG) 高精度的优点[1],并融合了微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)相关工艺[2-3],已经成为当前微型高精度陀螺研究的热点[4]。但半球陀螺的研究主要集中在美国、俄罗斯和英国等几个国家。我国对半球陀螺的研究起步较晚,虽在理论及实验等方面取得了一定的成功,但距离世界先进水平仍有较大的差距,且国内研究成果主要是传统半球陀螺,对于微机械半球陀螺的研究较少[5-6]。现研究阶段由于陀螺受检测模态位移影响,陀螺的输出误差增大,并导致陀螺固有性能的漂移,限制了陀螺的动态性能。因此,从控制系统分析出发,寻找解决检测模态对陀螺性能影响的方法,对于微机械半球陀螺的发展具有一定的意义。

硅基环形波动陀螺作为MHRG的一种,其结构中存在的原理性不利因素导致环形陀螺模态频差普遍较小,而小频差的特性会严重限制陀螺的动态性能[7,8]。另外,检测模态作为陀螺科里奥利信号的敏感机构,其位移直接影响陀螺的测量结果[9],而复杂的应用环境和陀螺自身的加工及耦合误差是影响测量稳定性和精度的重要因素[10]。为了减小检测模态对环形陀螺仪测量精度的影响,提高系统性能,必须采用有效的手段对陀螺的检测模态位移进行消除[11]。

检测闭环系统作为一种拓展陀螺检测系统带宽、提高陀螺动态性能的方法,具有低成本、结构简单、易于实现等优点。……