本论文的课题方向是MEMS陀螺检测与控制系统研究，力图通过控制理论、仿真及实测结果对该领域进行一次系统的梳理和分析，内容包括：驱动模态控制技术、模态匹配控制技术以及检测模态控制技术。　　 论文对MEMS陀螺的发展情况及其目前热点技术领域做了概述，针对所涉及的MEMS陀螺检测与控制系统领域的研究现状进行了总结，给出了自己对该领域的理解，归纳出四条研究主线，并对一些典型的方案进行对比分析。　　 论文首先从微机械陀螺的力学模型入手，阐述了科氏振动微机械陀螺的工作原理，对陀螺的若干关键性能指标进行讨论。分析了陀螺中存在的非理想耦合效应，主要有刚度耦合、阻尼耦合、寄生力耦合以及电耦合。针对目前抑制正交耦合误差的方法进行了总结，利用模态响应对电耦合进行了分析、建模及仿真。　　 然后对微机械陀螺驱动模态控制技术进行了详细的分析和讨论，通过理论推导明确了系统中各个参数的相互关系和影响，为控制系统参数确定提供了理论依据。通过对比不同的闭环驱动控制方案，分析了每种控制方式的优缺点，对适用场合做了讨论。通过样机闭环测试，证明了方案的可行性和有效性，取得了良好的闭环性能。　　 针对目前常规谐振频率驱动环路存在的问题，提出了一种结合两自由度PID控制器的升频闭环驱动控制方案。该控制策略，从电耦合抑制、驱动电压噪声抑制以及改进环路瞬态响应几个方面改善了驱动环路的整体性能，同时升频驱动方法可以简化前置读出电路。　　 接着，对微机械陀螺检测模态控制技术进行了详细的分析和讨论，通过对开环检测技术、力平衡闭环技术、闭环模态匹配技术以及较为热门的Sigma-Delta控制系统进行了理论和仿真上的分析，对比了这些技术的优缺点和适应性。提出了一种闭环模态匹配方法，该方法利用驱动模态和检测模态在模态匹配时正交的特性，以相位差为控制对象，达到最终的模态匹配。与目前其他方法相比，电路较为简单，可行性较高。　　 针对检测模态力平衡闭环控制中，科氏力响应很难直接测得，由于转台性能的限制，不可能提供较宽范围的频响，且依靠转台产生科氏力响应，在实际系统调试过程中非常繁琐，提出一种基于虚拟科氏力和多目标灵敏度传递函数的检测模态力平衡控制系统设计方法，该方法从调试方法和控制性能两方面较好地解决了MEMS陀螺检测模态闭环设计和调试复杂的问题。　　 应用上述方案对本组所设计的陀螺进行测试，AGC闭环驱动的幅度稳定性为1小时16ppm，升频驱动有效的消除了因电耦合而带来的电学反共振峰，在频宽400Hz内，使谐振峰高度提高10dB，导致驱动振动信号频谱中100Hz内低频部分的1/f噪声较常规驱动方案减小了约30dB。采用2DOF PID控制器后，有效改善了环路的瞬态响应，超调量从36.2％降至8.95％，稳定时间加快了15.3％。　　 将所提出的检测模态力平衡控制方法对两种不同结构的陀螺型号1和型号2进行了实验测试，结果证明了方法的可行性和有效性。使型号1陀螺的环路稳定性达到GM≥7.84dB和PM≥35°(相位裕量和幅度裕量)，带宽从开环的30Hz提升到了闭环的98Hz，正交耦合输出减小了大约48.9dB，线性度提高了一个量级，温度从-40℃变化到80℃范围内，较开环条件下，标度因子波动为4858ppm/℃，闭环之后，减小到646ppm/℃，标度因子的温度敏感性减小了8倍左右。对型号2陀螺进行实验测试，目前已取得的结果为：系统的稳定性达到GM≥12.7dB和PM≥45°，带宽从开环的30Hz延展到闭环的100Hz左右。