基于陣列技術的MEMS虛擬陀螺技術研究.pdf

1、基于MEMS技術的微陀螺(microgyro)具有體積小、重量輕、價格低、壽命長和易于批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。然而，由于工藝、檢測電路等條件的限制，目前微陀螺的精度普遍較低，制約了其在高端領域的應用，國內(nèi)更是與國外有較大的差距。因而研究如何有效提高微陀螺的精度具有十分重要的理論和戰(zhàn)略意義。 本文提出了基于陣列技術的MEMS虛擬陀螺系統(tǒng)，一方面從硬件改進角度設計一款常壓下具有高品質(zhì)因數(shù)(Q值)的微陀螺；另一方面從軟

2、件補償角度，通過卡爾曼濾波器將多個該類陀螺組成的陀螺陣列融合成一個高精度的虛擬陀螺。論文的主要研究內(nèi)容包括： 1.闡述了科氏效應振動式微陀螺的理論基礎、分類、關鍵部件，清晰地提出了以設計指標為目標，以設計準則為原則，以工藝和電路水平為約束的微陀螺集成設計方法。 2.基于現(xiàn)有的需求分析、工藝條件和電路水平，在西北工業(yè)大學的MEMSGarden集成設計平臺上設計出了一款結構上對稱解耦且驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)均為滑膜阻尼的微陀螺。

3、測試結果表明該款陀螺在常壓下具有較高的檢測品質(zhì)因數(shù)。 3.詳細研究了常見的微陀螺隨機誤差模型和Allan方差建模方法；并將Allan方差建模結果直接應用到微陀螺的隨機誤差模型中。 4.國內(nèi)首次提出基于多個同類傳感器數(shù)據(jù)融合的虛擬陀螺概念；采用卡爾曼濾波算法設計了虛擬陀螺的最優(yōu)估計濾波器；在Simulink仿真平臺上實現(xiàn)了該濾波器并結合三個微陀螺的零漂數(shù)據(jù)進行了濾波實驗。實驗結果表明，三個偏置穩(wěn)定性為35deg/hr的微陀