[發(fā)明專利]一種基于邊帶功率對稱性的MEMS陀螺儀模態(tài)匹配方法

有效

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• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113108812B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設計）人: 丁徐鍇;李宏生;黃麗斌;趙立業(yè);陳洋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

1.一種基于邊帶功率對稱性的MEMS陀螺儀模態(tài)匹配方法，其特征在于，包括信號處理模塊和控制模塊；陀螺儀正常工作時，輸出檢測信號以及噪聲信號到信號處理模塊；其中信號處理模塊對信號進行低通濾波、降采樣處理，通過比較檢測模態(tài)中驅動頻率兩側信號的功率大小，得到檢測模態(tài)和驅動模態(tài)的模態(tài)順序并輸出至所述控制模塊；控制模塊根據兩模態(tài)的模態(tài)順序輸出控制信號，經過D/A轉換器反饋到檢測模態(tài)的調諧電極，實現實時的模態(tài)匹配，所述信號處理模塊包括低通濾波器，降采樣器，上邊帶濾波器，下邊帶濾波器和功率計算模塊，將輸入檢測模態(tài)的信號乘以cos(ω_d-ω₀)nT_s,其中，T_s為采樣周期，ω_d為驅動模態(tài)諧振頻率，ω₀為一處于低頻的中心頻率，n是當前采樣點數，信號功率譜向左右分別平移了ω_d-ω₀；低通濾波器濾除其中的高頻信號，使得信號處于低頻段，消除驅動頻率漂移所造成的影響；降采樣器降低信號采樣率，上下邊帶濾波器分別對信號進行濾波，得到驅動頻率兩側的信號，通過比較兩信號的功率大小即可判斷驅動和檢測模態(tài)的模態(tài)順序；功率計算模塊計算兩信號的功率大小，根據功率計算公式，對上下邊帶信號分別進行累加求和即可得到功率的估計，將兩信號的功率相減，并將功率差信號輸出到控制模塊，所述控制模塊包括存儲器、求和器和PI控制器，功率差的信號相差很大，所以取功率差信號的符號；存儲器FIFO將符號存儲起來；求和器將FIFO中的正負號數目進行累加，根據累加結果調整增益K的大小，若正號數量較負號多，則增大K以加快控制，若正負號數量接近，則減小K以減緩控制；PI控制器將經過增益的信號進行調節(jié)，輸出到D/A轉換器，進而反饋到檢測模態(tài)調諧電極，實現實時地模態(tài)匹配。

2.根據權利要求1所述的基于邊帶功率對稱性的MEMS陀螺儀模態(tài)匹配方法，其特征在于，在信號處理模塊中，利用上下邊帶濾波器得到檢測模態(tài)中驅動頻率兩側的信號，利用功率譜估計的方法得到兩信號的功率，兩信號的功率大小情況對應不同的模態(tài)順序，并且在有無角速度輸入的情況下，都能判斷兩模態(tài)的順序。

3.根據權利要求2所述的基于邊帶功率對稱性的MEMS陀螺儀模態(tài)匹配方法，其特征在于，在信號處理模塊中，為求得上下邊帶濾波器得到的兩信號功率，根據信號功率計算公式，對信號先平方再累加求和，即可得到信號的功率譜估計。

4.根據權利要求3所述的基于邊帶功率對稱性的MEMS陀螺儀模態(tài)匹配方法，其特征在于，在控制模塊中，提取驅動頻率兩側的信號功率差的符號，將符號進行存儲相加，根據相加結果得出驅動模態(tài)頻率和檢測模態(tài)頻率的大小，進而反饋控制檢測模態(tài)的調諧電極以調整檢測模態(tài)頻率，實現MEMS陀螺儀實時的模態(tài)匹配。

5.根據權利要求4所述的基于邊帶功率對稱性的MEMS陀螺儀模態(tài)匹配方法，其特征在于，模態(tài)匹配系統包括如下步驟：

步驟1)陀螺儀正常工作時，哥氏力與噪聲同時作用于陀螺儀檢測模態(tài)，檢測模態(tài)輸出檢測信號s(t)采樣得到s[n]后，輸入到信號處理模塊；

步驟2)在信號處理模塊中，將采樣后的信號s[n]乘以cos(ω_d-ω₀)nT_s得到g[n]，其中，T_s為采樣周期，ω_d為驅動頻率諧振頻率，ω₀為一處于低頻的中心頻率，n是當前采樣點數；步驟3)對g[n]進行低通濾波，得到低頻帶的信號h[n]，并對h[n]進行降采樣；

步驟4)對降采樣后的信號分別進行上邊帶和下邊帶濾波，得到h_l[n]和h_u[n]，對h_l[n]和h_u[n]比較功率大小，得到輸出信號e[n]；

步驟5)e[n]輸入控制模塊，將e[n]的符號提取出來，將符號存儲并求和，根據求和結果控制增益K的大小，符號信號經過增益K，再經過D/A轉換器反饋到檢測模態(tài)的調諧電極。