变结构pid在微机械陀螺仪闭环驱动电路中的应用.pdf

第 11 卷 第 2 期 纳 米 技 术 与 精 密 工 程 Vol. 11 No.2 20 13 年 3 月 Nanotechnology and Precision Engineering Mar. 20 13 变结构PID在微机械陀螺仪闭环驱动电路中的应用 杨 亮 ， 贾方秀 ， 裘安萍 ， 苏 岩 （南 京 理工 大学MEMS惯性 技术研 究 中心 ，南 京 210094 ） 摘 要 ：为满足微 机械 陀螺仪 （MMG ）闭环 驱动 电路起 振 快速 、无超 调 且稳 态精 度 高等要 求 ，提 出 了一种基 于FPGA 的 数 字化 变结构PID控 制 器 ， 并 以其 为核 心构 建 了微 机械 陀螺仪 的数 字化 闭环 驱 动 电路 . 通过 构 造 以控 制误 差 为 自变 量 的 比例 增 益 、积 分增 益和微 分增 益 函数 ，使 变结构PID 的结构 和 参数 能够根 据 瞬 时误 差 的 变化 而 变化 ，以提 高 闭环 驱 动 电路 的性 能. 针 对 某型微 机 械 陀螺仪 敏 感 结 构 参 数 ，进 行 了SIMULINK仿 真 ，仿 真 结 果表 明 以 变结 构PID 为核 心 的 闭环 驱 动 电路 是 可行 的. 起 振 实验 结 果表 明 ， 经典PID构 成 的 闭环 驱 动 电路 ， 其 检 测 电压 的 幅值 超 调 量 达 到 了 75% ，稳 定 时 间为2 s ；采 用 变结 构PID控 制 器后 闭环 驱 动检 测 电压 的 幅值 无超 调 且 稳 定 时 间为0.7 s ；1 h 的稳 定性 实 验表 明 ，采 用经典PID 时检 测 电压 幅值 的 长期稳 定性 为2.73×10鄄5 V ，采 用 变结构PID 时其稳 定性 为2.68×10-5 V ，证 明 变 结构PID可 以兼顾 系统在 快速 性 、超调 量和稳 态精 度 等 方 面的要 求. 关键 词 ：微 机 械 陀螺仪 ；变结 构PID ；数 字化 闭环 驱 动 电路 中图分 类 号 ： 文献标 志码 ： 文章编 号 ： （ ） U666.1 A 1672鄄6030 20 13 02鄄0 169鄄05 Application of Variable Structure PID to Closed鄄Loop Drive Circuit of Micro鄄Machined Gyroscope Yang Liang ， Jia Fangxiu ， Qiu Anping ， Su Yan （MEMS Inertial Technology Research Center ， Nanjing University of Science and Technology ， Nanjing 210094 ， China ） Abstract ： In order to meet the requirements of fast start鄄up ， no over鄄shoot and high precision in steady鄄state for micro鄄machined gyroscope （MMG ） closed鄄loop drive circuit ， a digital variable structure PID controller based on FPGA