[發明專利]一種諧振式微陀螺多模態協同控制方法、系統及諧振式微陀螺

有效

• 申請號: 202010358640.5
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111536994B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李青松;吳學忠;路闊;肖定邦;吳宇列;侯占強;周鑫;張勇猛;卓明;孫江坤;許一;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C19/56
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種諧振式微陀螺多模態協同控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據初始參數生成驅動控制參數、檢測控制參數；響應驅動控制參數、檢測控制參數分別產生驅動控制信號和檢測控制信號；

步驟2，所述驅動控制信號經調制后施加在陀螺的驅動電極上，驅動電極對陀螺的諧振結構發出激勵信號，激發工作模態，激勵諧振結構在驅動模態下振動；同時，所述檢測控制信號經調制后施加在陀螺的檢測電極上，檢測電極對陀螺的諧振結構發出激勵信號，激發工作模態，激勵諧振結構在檢測模態下振動；

步驟3，在諧振結構正常工作后，基于參數放大效應或基于參數冷卻效應設置驅動泵浦參數和檢測泵浦參數，響應所述驅動泵浦參數和檢測泵浦參數產生驅動泵浦控制信號和檢測泵浦控制信號，分別施加在陀螺的驅動泵浦電極和檢測泵浦電極上，驅動泵浦電極和檢測泵浦電極對陀螺的諧振結構同時發出邊帶激勵信號，激發產生分別與所述驅動模態和所述檢測模態耦合的高階模態，實現所述工作模態品質因數的放大或縮小；

步驟4，通過對諧振結構的響應信號解調可得到所述驅動模態的振動幅值，結合所述驅動電極的激勵信號，可得到所述陀螺驅動模態的實時品質因數；同時，通過對諧振結構的響應信號解調可得到所述檢測模態的振動幅值，結合所述檢測電極的激勵信號，可得到所述陀螺檢測模態的實時品質因數；通過所述檢測模態的響應信號進行二次解調，可得到陀螺剛度軸偏角和頻率裂解信息，并利用調軸電極和調頻電極進行修調；

步驟5，當所述陀螺驅動模態和檢測模態的實時品質因數與預期目標之差大于閾值時，對所述驅動泵浦參數和檢測泵浦參數進行調整，并重復步驟1～4，直到實時品質因數與目標之差小于閾值；完成對陀螺工作模態品質因數的動態調整。

2.如權利要求1所述的諧振式微陀螺多模態協同控制方法，其特征在于，所述步驟4獲得實時品質因數的步驟包括：

步驟41，對陀螺諧振結構的輸出信號進行提取，分別根據驅動模態和檢測模態的載波信息進行一次解調，得到陀螺驅動模態和檢測模態的響應信號；

步驟42，對陀螺驅動模態和檢測模態的響應信號進行分析，可得到陀螺諧振結構在驅動模態下的振動幅值和檢測模態下的振動幅值，然后根據系統所施加的驅動控制信號大小和檢測控制信號大小，可以反推出陀螺諧振結構驅動模態和檢測模態的實時品質因數。

3.如權利要求1所述的諧振式微陀螺多模態協同控制方法，其特征在于，在所述步驟4獲得消除剛度軸偏角和頻率裂解的步驟包括：

步驟43，通過所述驅動模態的相位對所述檢測模態的響應信號進行二次解調，得到所述檢測模態的同相信號和正交信號；所述正交信號反映了檢測模態的剛度軸偏角信息，所述同相信號與所述驅動模態頻率之間的差值反映了頻率裂解信息；

步驟44，根據所述正交信號在調軸環路上生成正交修調控制信號，施加在調軸電極上用于陀螺剛度軸的修調；根據所述同相信號與所述驅動模態之間的頻差，生成頻率修調控制信號，施加在調頻電極上用于陀螺頻率裂解的修調，以實現工作模態的頻率匹配。

4.如權利要求1～3任一項所述的諧振式微陀螺多模態協同控制方法，其特征在于，所述邊帶激勵信號的頻率為所述耦合模態頻率之和、耦合模態頻率之差、倍頻、次頻、頻率邊帶中的至少一種。