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硅微阵列陀螺仪的信号滤波技术

东南大学学报（自然科学版） 2013年第6期43卷 1222-1226页

作者：张印强吉训生王寿荣东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096 南京工业大学自动化与电气工程学院南京210009 江南大学通信与控制工程学院无锡214122

为了提高硅微陀螺仪的性能,基于四质量块结构形式,设计了一种全新的单芯片集成硅微阵列陀螺仪.根据Allan方差分析方法对漂移信号进行了研究,建立了系统的随机误差模型.利用冗余检测技术、信号差分技术、目标动态跟踪技术和粒子滤波算法... 详细信息

为了提高硅微陀螺仪的性能,基于四质量块结构形式,设计了一种全新的单芯片集成硅微阵列陀螺仪.根据Allan方差分析方法对漂移信号进行了研究,建立了系统的随机误差模型.利用冗余检测技术、信号差分技术、目标动态跟踪技术和粒子滤波算法构建了系统的两级动态滤波器,分析了系统的状态方程和观测方程,并对测量信号进行了滤波研究.实验结果表明:根据该动态滤波器模型,对于转动角速度为50(°)/s的动态滤波实验,原始信号的标准差由0.481 0(°)/s减小为0.214 9(°)/s,动态测量信号的信噪比得到了有效提高,而经过动态滤波后的漂移信号的零偏不稳定性与原始漂移信号相比提高了2.54倍.

关键词：硅微阵列陀螺仪 Allan方差粒子滤波数据融合

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硅微阵列陀螺仪的仿真、设计与测试

传感技术学报 2012年第1期25卷 29-32页

作者：张印强杨波李婧王寿荣东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室．南京210096 南京工业大学自动化与电气工程学院南京210009

为了提高硅微机械陀螺仪的精度和工作可靠性,提出了一种新的硅微阵列陀螺仪结构设计方案。该陀螺仪由4个质量块构成,采用半解耦结构设计,结构完全对称,驱动模态和检测模态的频率匹配性好。分析了硅微阵列陀螺仪的结构和工作原理,并利用A... 详细信息

为了提高硅微机械陀螺仪的精度和工作可靠性,提出了一种新的硅微阵列陀螺仪结构设计方案。该陀螺仪由4个质量块构成,采用半解耦结构设计,结构完全对称,驱动模态和检测模态的频率匹配性好。分析了硅微阵列陀螺仪的结构和工作原理,并利用ANSYS有限元软件进行了结构仿真,通过调节结构参数实现了各驱动模态与敏感模态固有频率的匹配。对阵列陀螺仪样品进行了测试,实验测试结果表明,驱动模态存在3个振型,同频反相振动的幅值最大,与仿真结果一致。

关键词：硅微阵列陀螺仪结构设计 ANSYS仿真扫频实验

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硅微阵列陀螺仪的数据滤波方法研究

制造业自动化 2013年第19期35卷 79-82页

作者：张印强杨道业南京工业大学自动化与电气工程学院南京210009

为提高硅微机械陀螺仪的性能,开展了单芯片集成硅微阵列陀螺仪的研究,对硅微阵列陀螺仪的结构设计和信号处理方法进行了深入的分析和研究。利用集合经验模态分解对硅微阵列陀螺仪的静态漂移信号进行了多尺度分解和去趋势项处理,并对预... 详细信息

为提高硅微机械陀螺仪的性能,开展了单芯片集成硅微阵列陀螺仪的研究,对硅微阵列陀螺仪的结构设计和信号处理方法进行了深入的分析和研究。利用集合经验模态分解对硅微阵列陀螺仪的静态漂移信号进行了多尺度分解和去趋势项处理,并对预处理后的漂移信号建立了ARMA(2,1)信号模型,得到了硅微阵列陀螺仪测量系统的状态方程和观测方程。根据该模型,采用自适应平方根卡尔曼滤波方法,可以将静态漂移信号的零偏稳定性由129.6°/h减小为22.8°/h,经过最优加权融合后的零偏稳定性与原始漂移信号相比提高了6倍。

关键词：硅微阵列陀螺仪集合经验模态分解 ARMA模型自适应平方根卡尔曼滤波最优加权算法

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硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制技术研究

测控技术 2014年第3期33卷 64-67页

作者：张印强王寿荣东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室江苏南京210096 南京工业大学自动化与电气工程学院江苏南京210009

为了进一步提高硅微阵列陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,深入分析了硅微阵列陀螺仪的结构设计和闭环驱动控制技术。基于硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制的特点,以现场可编程门阵列(FPGA)为核心控制平台,实现一种基于自激振荡原理的数字... 详细信息

为了进一步提高硅微阵列陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,深入分析了硅微阵列陀螺仪的结构设计和闭环驱动控制技术。基于硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制的特点,以现场可编程门阵列(FPGA)为核心控制平台,实现一种基于自激振荡原理的数字化闭环驱动电路。分析并建立了自激振荡与幅度控制的基本模型,基于Simulink实现了闭环自激驱动的仿真。实验结果表明,常温下驱动幅度控制精度达到9×10^(-5),并能有效跟踪驱动模态谐振频率。

关键词：硅微阵列陀螺仪自激驱动闭环控制数字移相

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一种全新的硅微阵列陀螺仪(英文)

传感技术学报 2013年第4期26卷 471-475页

作者：张印强吉训生杨波李婧王寿荣东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096 南京工业大学自动化与电气工程学院南京210009 江南大学通信与控制工程学院无锡214122

介绍了一种全新的硅微阵列陀螺仪的结构设计、模态仿真、电路闭环控制、数据融合方法和相关的实验结果。基于热弹性阻尼理论的数值仿真,利用结构解耦的方法设计了硅微阵列陀螺仪的四质量块结构。利用ANSYS软件对硅微阵列陀螺仪的驱动模... 详细信息

介绍了一种全新的硅微阵列陀螺仪的结构设计、模态仿真、电路闭环控制、数据融合方法和相关的实验结果。基于热弹性阻尼理论的数值仿真,利用结构解耦的方法设计了硅微阵列陀螺仪的四质量块结构。利用ANSYS软件对硅微阵列陀螺仪的驱动模态和检测模态进行了仿真,仿真结果表明:硅微阵列陀螺仪共有4种不同的工作模态。根据静电力反馈原理,设计了基于数字锁相控制和数字闭环控制方法的控制电路。电路测试结构表明硅微阵列陀螺仪驱动模态的振动幅值的相对稳定性可以达到9×10-5。分析了硅微阵列陀螺仪的随机漂移特性,建立了漂移误差模型,并设计了卡尔曼滤波器以获取硅微阵列陀螺仪的随机漂移的最优估计。利用多传感器信息融合算法,硅微阵列陀螺仪的零偏稳定性可以提高10倍。

关键词：硅微阵列陀螺仪 Ansys仿真自动增益控制多传感器信息融合 Kalman滤波

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四质量硅微陀螺阵列的正交误差校正系统分析

仪表技术与传感器 2019年第1期 122-126页

作者：季奇波张印强杨波李丽娟刘琴周中鑫南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211800 东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

为了减小正交误差对硅微阵列陀螺仪测量精度的影响,提高系统性能,采用自适应模糊PID控制和正交耦合刚度校正法研究硅微阵列陀螺仪的正交误差校正问题。首先,分析了硅微阵列陀螺仪正交误差的产生原因及其对系统性能的影响;其次,阐述了基... 详细信息

为了减小正交误差对硅微阵列陀螺仪测量精度的影响,提高系统性能,采用自适应模糊PID控制和正交耦合刚度校正法研究硅微阵列陀螺仪的正交误差校正问题。首先,分析了硅微阵列陀螺仪正交误差的产生原因及其对系统性能的影响;其次,阐述了基于静电结构耦合效应的正交耦合刚度校正法的工作原理,设计了校正电极;最后,基于自适应模糊PID控制设计了正交误差校正系统,根据系统不同的偏差E和偏差率Ec实现了PID参数的自整定。Simulink仿真结果表明基于自适应模糊PID的正交误差校正系统的动态响应速度是常规PID的3倍,超调量是常规PID的十分之一,有效地实现了正交误差校正,提高了系统的自适应性。

关键词：硅微阵列陀螺仪正交误差静电-结构耦合自适应模糊PID 正交耦合刚度校正