微机械陀螺的误差抑制电路研究

分析了微机械陀螺的正交误差和同相误差的来源及特点,提出了利用静电力反馈控制来抑制误差的技术方案。该方案利用反馈静电力在检测模态上产生等效电刚度和电阻尼,从而影响陀螺仪驱动和检测模态之间的刚度和阻尼耦合系数,进而抑制误差。为实现误差抑制设计了带有反馈校正环节的闭环检测电路并完成了仿真,仿真结果表明校正环节能够使系统的幅值和相位裕度达到25dB和36.5°。对微机械陀螺进行频谱分析和性能测试比较,结果表明闭环检测情况下,误差量较开环测试减小了50%,标度因子的非线性度从2.89%减小到1.47%、带宽增加了15Hz、零偏稳定性提高了1.3倍。

脉冲密度反馈对力平衡微机械陀螺的影响

通过研究脉冲密度反馈力对微机械陀螺性能的影响,设计了基于机电结合∑Δ调制器原理的微机械陀螺检测闭环电路。首先,根据微机械陀螺敏感模态的等效形式,分析得出脉冲密度反馈力对敏感模态的影响机理可以分为负刚度效应和增益效应两部分,且负刚度效应与输入角速度无关。然后,根据闭环检测理论建立了角速度和反馈脉冲密度之间的关系、量程与反馈脉冲高电平之间的关系。最后,利用量程设计指标和实际微机械陀螺参数,理论计算了所需的反馈脉冲高电平,并在Simulink中进行了仿真。仿真结果表明,所选参数满足了设计指标,且在正交误差等效输入角速度为0、30和50(°)/s 3种情况下,仿真得到平均脉冲密度和角速度之间的非线性分别为3.6×10-6、3.07%和5.12%。对正交误差等效输入角速度分别为30.4(°)/s和47.3(°)/s的I号陀螺和II号陀螺进行实验,结果表明,脉冲密度反馈力对负刚度的影响不随脉冲密度的变化而变化;得到的平均脉冲密度和角速度之间的非线性分别为2.9%和4.8%,实验与仿真结果符合得到较好。