靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、申請上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究學(xué)校：學(xué)校：上海交通大學(xué)院系：院系：微納科學(xué)技術(shù)研究院專業(yè)：專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)姓名：姓名：王立奇指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：陳文元教授上海交通大學(xué)微納科學(xué)技術(shù)研究院上海交通大學(xué)微納科學(xué)技術(shù)研究院2010年1月I靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺懸浮控制系統(tǒng)的研究摘要摘要近年來，隨著微電子機(jī)械（MEMS）技術(shù)的迅速發(fā)展，

2、MEMS靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺得到國內(nèi)外的深入研究。靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺利用高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的陀螺效應(yīng)，來實現(xiàn)對載體運(yùn)動角速度的測量，并可同時實現(xiàn)線加速度的測量。載體的角速度輸入使陀螺殼體與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對位移，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的差動電容變化，作為反饋信號送給再平衡回路，其產(chǎn)生的靜電力矩消除殼體與轉(zhuǎn)子間的相對位移，保持轉(zhuǎn)子工作在平衡位置。本文根據(jù)靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的差分電容結(jié)構(gòu)特點，基于高頻載波激勵以及調(diào)制解調(diào)方法，設(shè)計并制作了完整的微位移電容檢測通道，并

3、采用DSP開發(fā)板和基于Labview的虛擬儀器構(gòu)建數(shù)字控制電路，來實現(xiàn)懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的閉環(huán)控制。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：首先，介紹了靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及陀螺小偏角條件下的動力學(xué)方程，并分析了阻尼對其運(yùn)動特性的影響。討論利用數(shù)字信號處理技術(shù)來對靜電懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺進(jìn)行信號檢測和控制。其次，介紹了基于單載波激勵方案的微轉(zhuǎn)子位移檢測方案。包括了IV轉(zhuǎn)換、前置放大、差動放大、帶通濾波、相敏解調(diào)等環(huán)節(jié)，并使用DSP數(shù)字信號

4、處理器和NI虛擬儀器讀取最終的位移電壓信號。然后，為了實現(xiàn)靜電轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，建立了針對于懸浮轉(zhuǎn)子的靜電支承模型。在模型的建立過程中，分析了靜電力作用機(jī)理，給出了靜電力計算公式。使用MatlabSimulink分析了系統(tǒng)的小位移模型和大位移模型。分析結(jié)果顯示，隨著外界干擾因素的不同，靜電反饋力的輸出也會有所變化。說明使用PID控制的懸浮支承系統(tǒng)具有參數(shù)可調(diào)性。最后，參照仿真所得出的結(jié)果，設(shè)計懸浮閉環(huán)控制器。這里介紹了兩個步驟，一是利用C