【摘 要】
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微机械陀螺仪与其他传统陀螺仪相比,体积小,质量轻,特别是其低成本、适于大批量生产的优势使得微机械陀螺在日常生活中应用广泛,受到了人们的广泛关注。例如,在浸入式游戏中,可以在微机械陀螺帮助下,捕获游戏者的方位、动作和姿态,使游戏者获得更好的游戏体验。传统微机械陀螺使用模拟方式实现读出电路。模拟读出电路使用分立的模拟器件实现。模拟器件会随使用时间增加产生老化问题,并且容易受温度变化影响,这会导致模拟器
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微机械陀螺仪与其他传统陀螺仪相比,体积小,质量轻,特别是其低成本、适于大批量生产的优势使得微机械陀螺在日常生活中应用广泛,受到了人们的广泛关注。例如,在浸入式游戏中,可以在微机械陀螺帮助下,捕获游戏者的方位、动作和姿态,使游戏者获得更好的游戏体验。传统微机械陀螺使用模拟方式实现读出电路。模拟读出电路使用分立的模拟器件实现。模拟器件会随使用时间增加产生老化问题,并且容易受温度变化影响,这会导致模拟器件的参数偏离原先值,引起陀螺性能下降甚至失效。另外,由于微机械加工工艺的限制,陀螺表头的驱动轴和检测轴不总是相互垂直,这使得两轴会在陀螺使用期间产生耦合。这种因耦合导致的严重测量误差,被称为正交误差。为解决上述问题,本文提出了数字化陀螺读出电路和正交误差补偿算法。数字读出电路有固定的编码、固定的参数和固定的响应,与易受温度变化、器件老化等问题影响的模拟读出电路相比具有较大优势。为解决驱动轴与检测轴间的耦合问题,本文采用了数字I/Q解调方法,该方法将正交误差信号与真正角速度信号分离开。而且,本文使用改进PID控制器形成闭环控制系统,将正交误差信号反馈到陀螺表头,用于校正两轴不垂直引起的误差。本文的数字读出电路和正交误差补偿算法使用Modelsim进行仿真与验证,并且在Xilinx FPGA上实现。测试结果表明,本文使用的陀螺零偏稳定性为43.659~o/h,输出非线性度为0.2333%。
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