[發明專利]一種提升MEMS傳感器環境適應性的智能自校準控制方法

有效

• 申請號: 202010871880.5
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112067032B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 申強;楊登鋒;孫靜;常洪龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學太倉長三角研究院
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

1.一種提升MEMS傳感器環境適應性的智能自校準控制方法，包括如下步驟：

步驟一：MEMS傳感器主要由機械部分a和電路部分b組成，工作狀態下，MEMS傳感器質量塊振動引起梳齒電容變化，電容變化量經過C/V轉換成電壓、再經過移相器、自動增益控制、加法器等模塊后，生成驅動激勵電壓，施加到驅動激勵電極控制驅動模態穩幅振動；然后檢測電路經過C/V轉換后，移相器輸出Y作為量測數據輸入到信號處理模塊c；

步驟二：用一階馬爾科夫過程描述傳感器信號，構建傳感器量測信號的動態和量測模型，從而建立MEMS傳感器的狀態空間模型；

步驟三：根據環境中的不同擾動特性，其中，外部擾動持續時間短且劇烈，內部擾動緩慢，建立對應的濾波帶寬，帶寬和擾動特性的關系可表達如下：由于外部擾動持續時間短暫且劇烈，其觀測數據波動幅度大，選取小帶寬；內部擾動緩慢且較為平緩，其觀測數據波動幅度小，選擇大帶寬，具體的，基于觀測數據的波動幅度給定一個閾值a；其描述如下：當觀測數據的波動幅度大于閾值a時，視為外部擾動，帶寬選擇v；當觀測數據的波動幅度小于閾值a時，視為內部擾動，帶寬選擇m；且v、m滿足經驗公式m＝k_win×v，k_win∈[2,5]，從而可以分別對不同特性的環境擾動進行抑制；

步驟四：根據輸出觀測值的概率密度函數的對數建立完備數據的似然函數L1，根據外部擾動持續時間短且擾動劇烈的特性選擇小濾波帶寬，在E步估計偽量測值的最佳狀態值并建立帶寬內的似然函數的數學期望，通過在M步極大化數學期望以獲得擾動參數Θ1，將E步和M步進行迭代直至收斂，獲得偽量測值最佳估計值和擾動參數Θ1的辨識；

估計角速率偽量測值的最佳狀態值，帶寬內的對數似然函數的數學期望用下式表示：

其中r¹代表迭代次數，此步驟一般稱為E步；接著對似然函數的條件期望相對于內部擾動求偏導數并令偏導數為零，最大化條件期望對參數進行辨識，通過下式表示：

步驟五：將獲得的偽量測值的最佳估計值作為觀測矢量建立完備數據的似然函數L2，根據內部擾動的緩慢特性延長平滑帶寬，在E步估計真值的最佳估計值并建立帶寬內的似然函數的數學期望，在M步極大化數學期望獲得擾動參數Θ2，將E步和M步進行迭代直至收斂以獲得真值的最佳估計值和擾動參數Θ2的辨識；

估計角速率真值的最佳狀態值，其帶寬內的對數似然函數的數學期望用下式表示：

其中r²代表迭代次數，此步驟一般稱為E步；接著對似然函數的條件期望相對于內部擾動求偏導數并令偏導數為零，最大化條件期望對參數進行辨識，通過下式表示：