蜂巢式MEMS陀螺模态匹配闭环控制技术研究

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蜂巢式MEMS振动陀螺是一种基于蜂巢拓扑结构演化的多环式振动陀螺,性能潜力大。谐振结构内部存在众多孔隙,可以用于放置大量电极进行陀螺的驱动、检测与修调。由于加工误差等因素的影响,陀螺不可避免地会出现模态偏转、频率裂解等缺陷,使得陀螺工作在模态不匹配状态,限制了陀螺性能。本文主要针对模态匹配展开研究,研究了模态匹配闭环控制方法,给出了闭环控制方案,主要有以下几项内容:1.分析了蜂巢式MEMS振动陀螺的结构及工作原理,建立了包含误差项的陀螺动力学模型,基于模型分别分析了在开环模式和力平衡模式下,模态匹配对陀螺性能的影响。2.研究了静电修调的理论模型,设计了基于静电修调的振动陀螺模态匹配闭环控制方案,利用仿真与实验对模态匹配闭环控制方案进行了验证。3.推导了蜂巢式MEMS振动陀螺修调电压与陀螺结构误差的关系,由此进一步得到了计算修调电压的一般表达式,并且通过机电耦合仿真对修调理论模型进行了验证。4.对模态匹配闭环控制的误差进行了分析,理论推导了稳态误差和抖动信号的存在对模态匹配闭环控制精度的影响,并根据理论推导的结果与误差容许量的比较,对系统闭环控制的部分性能或参数提出了要求。
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