硅微机械陀螺仪是MEMS技术在惯性仪表领域的一个重要应用，具有体积小、重量轻、成本低、可批量生产、抗冲击性能好等优点，在国民经济和国防军事领域均有重要的使用价值和广泛的应用前景。尽管近十几年硅微机械陀螺仪的精度显著提升，但由于各种因素的限制，其静态和动态性能依然无法满足中高精度领域的要求，这些因素主要包括:加工误差引起的陀螺输出信号的恶化及漂移;陀螺结构机械灵敏度和陀螺仪带宽的矛盾;检测模态动态性能需进一步提升等。在静态情况下，陀螺仪输出信号主要表现为漂移和噪声，因此，抑制漂移和噪声、增大陀螺机械灵敏度是提高陀螺静态性能的必然途径。此外，拓展窄频差陀螺工作带宽，提高其动态性能是发展高精度陀螺的必由之路。　　本文以提高硅微机械陀螺仪静态和动态性能为目的，在现有加工工艺基础上对陀螺静电补偿与控制技术进行了深入研究和分析，主要研究内容包括:　　(1)表头机械和电气模型建立和分析　　在simulink环境中建立了含有理想状态驱动和检测模块，驱动自激振荡模块，耦合刚度和耦合阻尼机构，机械热噪声模块，正交刚度校正机构，检测力反馈机构，频率调谐机构等部分的陀螺结构相关模型，并以此为基础先后进行了驱动闭环回路，正交校正回路，检测闭环回路，频率调谐回路等子系统的分析和仿真，各项结果均证明了本文提出的表头机械模型的准确性。此外，结合微结构的等效电气模型分析了高信噪比接口电路。　　(2)正交校正技术研究和优化　　分析了正交误差的产生原因及其表现形式，并量化了其对陀螺输出信号的不利影响。针对正交信号、正交力和正交耦合刚度采用了电荷注入法、正交力校正法和正交耦合刚度校正法，分别进行了系统稳定性分析和系统仿真，并根据双质量结构提出了独立校正方式。实验表明正交耦合刚度法优于其他两种方法，并证明该方法可有效减小陀螺输出的漂移趋势。　　(3)双质量陀螺检测模态工作模型研究及实验　　通过理论分析得到双质量结构中检测模态实际工作模型是由反相和同相模态以各自权重叠加而成。提出了可精确测试陀螺检测模态特性的力反馈梳齿激励法，以该方法为基础对检测模态进行测试，结果与理论分析结果相吻合。为后续设计检测开环回路和闭环控制器奠定了坚实基础。　　(4)检测闭环系统设计及带宽拓展　　在检测模态工作模型的基础上，研究了开环检测方法，仿真和实验结果均验证了检测开环方法的可行性和正确性，且开环状态下的带宽由陀螺驱动和检测工作模态频差决定。随后，提出了基于偶极子补偿控制器和比例-积分相位超前控制器(PIPLC)的检测闭环方案，仿真结果显示PIPLC有更好的带内平坦度和带宽特性。对由PIPLC组成的闭环控制系统进行了实验，结果证明了反馈力有效平衡了哥氏力，抑制了检测位移，拓展了带宽，提高了动态特性，与仿真结果吻合。　　(5)频率调谐技术研究及仿真　　通过分析频差和正交信号相位之间的关系，提出了频率自动调谐方案:当模态匹配时，正交信号由原来的与驱动位移同相跳变至相位差为90°左右，且在窄频差范围内(±10Hz以内)正交信号中驱动位移同相分量值唯一，指出调谐状态时应使检测反相模态频率略低于驱动模态以便拓展带宽。系统仿真结果显示系统工作后，频差很快稳定在设定值附近，达到了预期目的。　　(6)性能测试及分析　　分别对陀螺的检测开环正交开环、检测开环正交闭环和检测闭环正交闭环状态进行了详细测试。测试结果显示三种状态下的陀螺零位值、零偏稳定性和带宽分别为4.772°/s，540°/h，10Hz;1.747°/s，24.05°/h，12Hz;-1.521°/s，7.12°/h，104Hz。采用正交校正和检测力反馈技术后，陀螺静态和动态特性得到明显改善，很好的达到了预期目标，为后续进一步提高精度及工程应用奠定了良好的基础。