[发明专利]一种基于负刚度效应的MEMS陀螺自动模态匹配控制装置及方法

摘要

本发明提供一种基于负刚度效应的MEMS陀螺自动模态匹配控制装置，采用了外部校准信号输入，并以此获得所需的模态匹配控制量。外部校准信号由两组频率不同的余弦信号a和b叠加而成，一组频率高于驱动模态的中心频率，一组低于驱动模态的中心频率，且二者与驱动模态的中心频率的频差相等，以此来实现自动模态匹配，而不需要额外的参考量。该装置抑制了在模态匹配过程的信号耦合和干扰。使用两路与驱动信号同频差的校准信号，PI控制器参考信号设置为0即可，不需要开环寻找参考点。该装置中，校准信号以力反馈的形式加载在检测机构上，将检测机构置于反馈回路中，充分发挥检测模态的幅频特性，使得校准信号的经过检测机构的输出幅度较大。

主权项

1.一种基于负刚度效应的MEMS陀螺自动模态匹配控制装置，其特征在于：包括检测机构、前置放大器、加法器、放大器、解调器、力矩变换器、校准信号发生器、移相器、低通滤波器、PI控制器、刚度调节器；所述检测机构的输出端连接前置放大器的输入端，使得检测机构的输出信号经过前置放大器变换放大后提取出来；所述前置放大器的输出端与校准信号的输出端分别连接加法器的输入端，使得前置放大器的输出与校准信号的输出在加法器内实现信号融合；所述加法器的输出端连接放大器的输入端，使得加法器的输出经过放大器作相应的放大处理；所述放大器的输出端分别连接解调器的输入端和力矩变换器的输入端，使得放大后的信号一方面作为解调器的输入信号，另一方面经过力矩变换器实现电压到力的转化；所述力矩变换器的输出端连接检测机构的输入端，实现将电压信号变换为对应的力施加在检测机构上，完成力反馈；所述校准信号的输出端连接移相器的输入端，利用移相器对输入信号作90°移相后输出；所述校准信号的输出端与移相器的输出端同时连接解调器的输入端，作为解调器的输入信号，解调器实现对放大器输出信号的解调；所述解调器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接PI控制器的输入端，利用PI控制器对输入信号作相应的比例‑积分控制；所述PI控制器的输出端连接刚度调节器的输入端，刚度调节器的输出端连接检测机构的输入端，刚度调节器将PI控制器的输出作相应的处理后，将输出信号施加在检测机构上，完成对检测机构的刚度调节；所述刚度调节器内部包含两个乘法器，机械参数km，输入信号为PI控制器的输出信号Vp以及检测机构的检测输出信号；第一个乘法器用于实现对PI控制器输出信号作平方处理，第一个乘法器的输出作为第二个乘法器的输入，与机械参数及检测机构的输出相乘，第二个乘法器的输出结果为刚度调节器的输出；刚度调节器的输出施加在反馈电极F+和F‑上，实现对检测机构的刚度调节。