一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法

本发明属于惯性，具体涉及一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法。

背景技术：

1、半球谐振陀螺以其精度高、寿命长、结构简单、可靠性好等诸多优势，满足了许多应用领域的发展需求，成为主流的惯性器件之一，具有极大的竞争力和发展前景。半球谐振陀螺的基本原理是通过检测电极敏感谐振子的振动状态，通过驱动电极维持振动能量并消除正交误差，当外界有角速度输入时，驻波方位角会相对谐振子沿相反方向进动，通过检测进动角信息即可获知外界角速度输入信息。“两件套”的平板电极式半球谐振陀螺由于共用谐振子唇沿作为周向电容的一侧极板，当对谐振子振动状态的检测和驱动同时进行时，二者会相互干扰，从而降低检测精度和驱动效率，因此检测和驱动需要分时进行。传统的分时方案由于分时周期固定，得到的检测信号是不连续的，这样在每个检测时段内进行解调时滤波的暂态过程较长，导致可用信息减少，从而对解调和驱动产生负面影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决传统分时方案滤波暂态过程长的问题，而提出的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

3、一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，所述方法具体包括以下步骤：

4、步骤一、将检测信号整周期开始的时刻记为t0，在t0时刻，通过多路开关将检测电极连接至缓冲放大电路，并将驱动电极与控制电路断开，半球谐振陀螺工作状态进入检测模态，检测x路振动信号和y路振动信号；

5、将检测信号整周期结束的时刻记为t1，称t0～t1时段为检测时段；

6、在检测信号整周期结束时，通过多路开关切断检测电极与缓冲放大电路之间的连接，并保持驱动电极与控制电路断开直至t2时刻；

7、步骤二、在检测时段t0～t1内，根据检测到的x路振动信号和y路振动信号计算用于半球谐振陀螺控制的谐振子状态参量e、q、r、s和l；

8、步骤三、根据谐振子状态参量e、q、r、s和l更新幅值驱动力fa、正交驱动力fq、振动频率ω、解调信号的相位ψ以及驻波方位角θ；

9、步骤四、根据fa、fq、ω、ψ和θ计算x电极的控制力fx和y电极的控制力fy；

10、步骤五、从t2时刻开始，通过多路开关将驱动电极与控制电路相连，半球谐振陀螺工作状态进入驱动模态，将步骤四中计算出的控制力fx和fy施加到驱动电极上，对半球谐振陀螺进行幅值控制和正交控制；

11、将t2～t3时段称为驱动时段；

12、步骤六、在t3时刻，通过多路开关断开驱动电极与控制电路的连接，并保持检测电极与缓冲放大电路断开，半球谐振陀螺工作状态再次进入空闲时段，等待检测信号下一完整周期；

13、步骤七、通过检测过零位置判断检测信号开始进入下一个完整周期的时刻t4，在时刻t4，通过多路开关将检测电极与缓冲放大电路相连，半球谐振陀螺工作状态返回到步骤一的检测模态。

14、进一步地，所述x路振动信号和y路振动信号如下：

15、

16、其中，x为x路振动信号，y为y路振动信号，a代表主波波腹，θ代表驻波方位角，ω代表振动频率，t代表时间，ψ0代表振动信号的初相位，q代表正交波波腹。

17、进一步地，所述步骤二的具体过程为：

18、

19、其中，cx、sx、cy和sy为缓慢变化量。

20、进一步地，所述缓慢变化量cx、sx、cy和sy通过i/q解调得到。

21、进一步地，所述缓慢变化量cx、sx、cy和sy为：

22、

23、其中，vrc和vrs为解调参考信号，lpf代表低通滤波。

24、进一步地，所述解调参考信号vrc和vrs为：

25、

26、其中，ψ为解调参考信号的相位。

27、进一步地，所述步骤三中采用闭环反馈的方式计算。

28、更进一步地，所述步骤四的具体过程为：

29、

30、本发明的有益效果是：

31、本发明根据陀螺振动信号的完整谐振周期进行分时，保持分时周期与陀螺谐振周期相同，均是随时间变化的。通过控制芯片判断陀螺振动信号的过零位置，以此作为一个完整谐振周期开始和结束的依据，每当振动信号经历了一个完整的谐振周期后，控制多路开关切换为驱动模态，对陀螺施加一定时间的驱动力，而后再度切换为检测模态，模态与模态之间经历短暂的空闲时间，循环往复。每个检测时段内的检测信号在拼接后更接近连续信号，使解调的滤波过程更趋近于连续滤波过程，与传统分时方案相比，大大缩短了解调过程中的滤波暂态时间，并增加了陀螺解调产生的可用信息，提高了陀螺的输出精度和控制效率。

技术特征：

1.一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述x路振动信号和y路振动信号如下：

3.根据权利要求2所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

4.根据权利要求3所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述缓慢变化量cx、sx、cy和sy通过i/q解调得到。

5.根据权利要求4所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述缓慢变化量cx、sx、cy和sy为：

6.根据权利要求5所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述解调参考信号vrc和vrs为：

7.根据权利要求6所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述步骤三中采用闭环反馈的方式计算。

8.根据权利要求7所述的一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：

技术总结
一种用于半球谐振陀螺的变周期分时解调和控制方法，它属于惯性技术领域。本发明解决了传统分时方案滤波暂态过程长的问题。本发明根据陀螺振动信号的完整谐振周期进行分时，保持分时周期与陀螺谐振周期相同。通过控制芯片判断陀螺振动信号的过零位置，以此作为一个完整谐振周期开始和结束的依据，每当振动信号经历一个完整的谐振周期后，控制多路开关切换为驱动模态，对陀螺施加驱动力，而后再度切换为检测模态，模态与模态之间经历短暂的空闲时间，循环往复。每个检测时段内的检测信号在拼接后更接近连续信号，使解调的滤波过程更趋近于连续滤波过程，大大缩短了解调过程中的滤波暂态时间。本发明方法可以应用于惯性技术领域。

技术研发人员：王常虹,李汉时,解伟男,奚伯齐,伊国兴
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16