文档介绍：上海交通大学硕士学位论文
静电悬浮转子微陀螺 DSP 测控技术相关问题研究
摘要
近年来,随着微电子机械技术被广泛地应用于微机械陀螺之中,静电悬浮转子
微陀螺得到国内外的深入研究。静电悬浮转子微陀螺利用高速旋转转子的陀螺效益,
来实现对载体运动角速度的测量,并可同时实现线加速度的测量。载体的角速度和
线加速度通过陀螺的差分电容结构被转化为相应的电容变化,进而转化为相应的电
信号输出。检测陀螺角速度和线加速度被转化为检测相应的差动电容。根据静电悬
浮转子微陀螺的差分电容结构特点,本文主要探讨了如何使用数字信号处理技术,
在数据处理芯片(DSP)平台下来实现静电悬浮转子微陀螺的检测及控制。
本文的主要研究内容和成果如下:
首先,介绍了静电悬浮转子微陀螺的电容结构和工作原理,以及陀螺角运动和
线运动的动力学方程。讨论利用数字信号处理技术及 DSP 处理器来对静电悬浮转子
微陀螺进行信号检测和控制。
其次,介绍了数字解调原理,结合静电悬浮转子微陀螺的结构特点,提出使用
自相关算法来实现陀螺信号检测。构建了一个基于 DSP 的同步幅值解调检测系统,
经实验,该系统能够满足静电悬浮转子微陀螺的信号检测要求。
最后,为了实现对静电悬浮转子微陀螺的闭环控制,设计了一个使用增量式 PID
算法的控制器,并在 VC33DSP 开发平台下,使用该控制器算法开发了一个能用于对
静电悬浮转子微陀螺进行闭环控制的可视化控制系统。该控制系统主要是对
VC33DSP 开发系统的外设 A/D、D/A 和 PCI 芯片进行编程应用。具体为:使用 VC++
编写的用于进行数据和命令传递的可视化界面,对 CY7C09449PCI 芯片编程实现 DSP
与 PC 之间通信,使用 VC33DSP 汇编语言编写增量式 PID 算法以及对实现数据输入、
输出的 A/D、D/A 的应用编程。经实验,整个系统运行良好,PID 控制器的参数可以
便捷地修改,且能实时地掌握控制器的效果,这为对静电悬浮转子微陀螺的五路闭
环控制提供了一种有效的方法。
本文的检测和控制系统优点在于:(1)对于信号检测,在 DSP 中使用自相关算法,
I
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避免了模拟幅值解调需要提供同频载波参考信号的难题,同时也避免了使用模拟器件
带来的频率误差和相位误差。(2)对于闭环控制,可视化的控制能及时掌握控制效
果,并根据需要及时调整控制参数。(3)无论对于信号检测还是闭环控制,通过对
检测和控制算法的复制修改就能实现多路检测和控制,方便了静电悬浮转子微陀螺
的多路检测和控制。
关键子:MEMS 、微陀螺、静电悬浮、数字相敏解调、相关检测、TMS320VC33、
闭环 PID 控制
II
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Related issues of measuring and controlling based on DSP for a
Micromachined Electrostatically Suspended Gyroscope
Recently, with the wide use of micro-electro-mechanical(MEMS) technology in the
field of a micromechanical gyroscope, a novel micromachined gyroscope with an
electrostatically suspended rotor is being studied deeply at home and abroad. Employing
gyroscopic effect of the high speed rotational rotor, a micromachined electrostatically
suspended gyroscope can detect the angular rate and the linear acceleration of the
means of the differential capacitance of the microgyro, the angular rate and
acceleration of the carrier are then transferred into the capacitive alteration related,
furthermore, into electri