微机械陀螺仪反馈控制器鲁棒性分析及闭环接口检测电路-东南大学学报.PDF

第４１卷第３期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３ 　 ２０１１年５月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｙ２０１１ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１１．０３．０１９ 微机械陀螺仪反馈控制器鲁棒性分析及 闭环接口检测电路设计 卢海曦　 王寿荣　 周百令 （东南大学仪器科学与工程学院，南京２１００９６） 摘要：在分析微机械陀螺仪静电力反馈检测结构的基础上，提出了一种对现有ＳｉｇｍａＤｅｌｔａ静电 力反馈检测方式的改进设计．对微机械陀螺仪闭环检测系统进行了离散化处理．基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ 稳定性原理，构造了一类能够使系统有限时间稳定的输出反馈控制器，并对其鲁棒性能进行了分 析．该电路系统在Ｃａｄｅｎｃｅ平台下使用ＡＭＳ０３５ ｍＣＭＯＳ工艺实现，完成了包括前端敏感电 μ 路、调制解调器和反馈控制器在内的关键部分的设计，并通过了仿真验证．系统的关键性能与比 例 积分 微分（ＰＩＤ）控制器改进的静电力反馈电路进行了比较．分析结果表明，改进的闭环检测 系统在陀螺信号带宽上信噪比达到１０６ｄＢ，在扰动发生后可以在１３０ｍｓ之内恢复到平衡状态， 所需时间短于采用ＰＩＤ控制器的检测回路．因此，加入了输出反馈控制器的闭环系统比普通系 统具有更加良好的检测性能． 关键词：微机械陀螺仪；静电力反馈检测；有限时间稳定；输出反馈控制；接口电路 中图分类号：Ｕ６６６１２３　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１１）０３０５２６０７ Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｔｙｐｅｏｆｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆ ｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｓｅｎｓｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｏｆｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｇｙｒｏｓｃｏｐｅ ＬｕＨａｉｘｉ ＷａｎｇＳｈｏｕｒｏｎｇ ＺｈｏｕＢａｉｌｉｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｇｙｒｏｓｃｏｐｅｆｏｒｃｅｂａｌａｎｃｅｄｆｅｅｄｂａｃｋｓｅｎｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｌＳｉｇｍａＤｅｌｔａｆｏｒｃｅｂａｌａｎｃｅｄｓｅｎｓｉｎｇｓｃｈｅｍｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｄｉｓ ｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｇｙｒｏｓｃｏｐｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ａｔｙｐｅｏｆｏｕｔｐｕｔ ｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｎｆｉｎｉｔｅｔｉｍｅ，ｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＬｙａ ｐｕｎｏｖｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｏｖｅｒａｌｌｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ ｗｉｔｈＡＭＳ０．３５ ｍＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｙＣａｄｅｎｃｅ μ ｔｏｏｌ．Ｍａｉｎｐａｒｔｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｒｏｎｔｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔ，ＳｉｇｍａＤｅｌｔａｍｏｄｕｌａｔｏｒａｎｄｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅｄｅ ｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｋｅｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｆｏｒｃｅｂａｌａｎｃｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｉｍ