以實現(xiàn)圖1中所示的驅(qū)動閉環(huán)控制過程，上述檢測閉環(huán)控制模塊與上述圖2中所示的檢測 閉環(huán)控制系統(tǒng)相對應(yīng)，用以實現(xiàn)圖2中所示的檢測閉環(huán)控制過程。
[0078] 其中，溫度檢測電路可包括圖5中所示的溫度傳感器以及與之連接的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn) 換）模塊，ADC模塊的輸入端與溫度傳感器的輸出端連接、輸出端與所述溫度補償模塊的第 二輸入端連接。
[0079] 此外，如圖5所示，上述驅(qū)動閉環(huán)控制模塊、所述檢測閉環(huán)控制模塊、所述網(wǎng)絡(luò)溫 度補償模塊可以集成在FPGA芯片中，F(xiàn)PGA芯片可以對上述當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、當(dāng)前溫度 值、當(dāng)前角速度信號進行采樣。圖5所示中的其他各模塊，例如與驅(qū)動閉環(huán)控制模塊、檢測 閉環(huán)控制模塊連接的DAC模塊、ADC模塊以及加力電路、檢測電路等，可以與現(xiàn)有的MEMS陀 螺的檢測及控制電路中的相同。
[0080]在一個具體示例中，上述預(yù)設(shè)溫度模型具體可以為Y=purelin(a2Z+b2)，其中，Z =tansigfeiX+bi)，X表示由當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、驅(qū)動諧振頻率時間變化率、當(dāng)前溫度值、溫 度值時間變化率組成的輸入矩陣，％、 &2表示權(quán)重矩陣，bp132表示閾值矩陣，purelin表示 線性傳輸函數(shù)，tansig表示雙曲正切S型函數(shù)，其中，所述驅(qū)動諧振頻率時間變化率根據(jù)當(dāng) 前驅(qū)動諧振頻率、上一次采樣獲得的驅(qū)動諧振頻率以及驅(qū)動諧振頻率采樣時間確定，所述 溫度值時間變化率根據(jù)當(dāng)前溫度值、上一次采樣獲得的溫度值以及溫度值采樣時間確定。
[0081] 其中，如上所述，上述驅(qū)動諧振頻率時間變化率根據(jù)當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、上一次采 樣獲得的驅(qū)動諧振頻率以及驅(qū)動諧振頻率采樣時間計算獲得，該計算過程可以在上述FPGA 芯片中完成，具體公式可以是如下述公式（12)所示：
[0082] dfd=(fdl-fd0)/Tsfd (12)
[0083] 其中，dfd表示驅(qū)動諧振頻率時間變化率，fdl表示當(dāng)前采樣得到的當(dāng)前驅(qū)動諧振頻 率，fd。表示上一次采樣獲得的驅(qū)動諧振頻率，Tsfd表示驅(qū)動諧振頻率采樣時間。
[0084] 相應(yīng)地，上述溫度值時間變化率也可以由FPGA芯片根據(jù)當(dāng)前溫度值、上一次采樣 獲得的溫度值以及溫度值采樣時間計算獲得，具體的計算公式可以為下述公式（13)
[0085] dT= (T1-T0)Ast (13)
[0086] 其中，dT表示溫度值時間變化率，Ti表示當(dāng)前采樣得到的當(dāng)前溫度值，T。表示上一 次采樣獲得的溫度值，Tst表示溫度值采樣時間。
[0087] 其中，上述驅(qū)動諧振頻率采樣時間Tsfd與溫度值采樣時間TsT可以設(shè)置為相同，也 可以設(shè)置為不相同。由于是由同一個FPGA芯片進行采樣，因此，一般情況下，驅(qū)動諧振頻率 采樣時間Tsfd與溫度值采樣時間TsT是設(shè)置為相同值。
[0088] 基于如上所述的本發(fā)明實施例的MEMS陀螺的溫度補償方法及系統(tǒng)，圖6示出了 一個具體示例中基于本發(fā)明實施例的MEMS陀螺零偏與溫度關(guān)系的對比效果示意圖，由圖6 可見，在通過本發(fā)明實施例的方案進行溫度補償后，零偏輸出電壓在-0. 005V與OV之間波 動，零偏全溫范圍內(nèi)的溫漂特性改善了大概20倍，從而也驗證了本發(fā)明實施例提出的基于 時空溫度場建模的MEMS陀螺溫度補償方案的正確性和有效性。
[0089] 以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存 在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。
[0090] 以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護 范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 一種MEMS陀螺的溫度補償方法，其特征在于，包括步驟： 獲取驅(qū)動閉環(huán)控制系統(tǒng)的當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率； 獲取檢測閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出的當(dāng)前角速度信號； 獲取檢測控制電路的當(dāng)前溫度值； 根據(jù)所述當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、所述當(dāng)前溫度值，采用預(yù)設(shè)溫度模型對所述當(dāng)前角速度 信號進行實時的溫度補償，得到溫度補償后的角速度輸出信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陀螺的溫度補償方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度模型 為Y=purelin(a2Z+b2)，其中，Z=tansighX+bi)，X表示由所述當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、驅(qū)動 諧振頻率時間變化率、所述當(dāng)前溫度值、溫度值時間變化率組成的輸入矩陣， &1、&2表示權(quán)重 矩陣，bp132表示閾值矩陣，purelin表示線性傳輸函數(shù)，tansig表示雙曲正切S型函數(shù)，其 中，所述驅(qū)動諧振頻率時間變化率根據(jù)所述當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、上一次采樣獲得的驅(qū)動諧 振頻率以及驅(qū)動諧振頻率采樣時間確定，所述溫度值時間變化率根據(jù)所述當(dāng)前溫度值、上 一次采樣獲得的溫度值以及溫度值采樣時間確定。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS陀螺的溫度補償方法，其特征在于，所述驅(qū)動諧振頻率 采樣時間與所述溫度值采樣時間相同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的MEMS陀螺的溫度補償方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè) 溫度模型采用下述方式建立： 獲取預(yù)定次數(shù)的溫度試驗結(jié)果，所述溫度試驗結(jié)果包括各溫度及溫度變化速率下的陀 螺零偏、標度因子、驅(qū)動諧振頻率、驅(qū)動諧振頻率時間變化率、檢測控制電路的溫度值、檢測 控制電路的溫度值時間變化率； 以各溫度及溫度變化速率下的驅(qū)動諧振頻率、驅(qū)動諧振頻率時間變化率、溫度值、溫度 值時間變化率組成的矩陣為輸入矩陣，以各溫度及溫度變化速率下的陀螺零偏、標度因子 組成的矩陣為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的期望輸出集，進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，確定所述預(yù)設(shè)溫度模型的 權(quán)重矩陣和閾值矩陣； 根據(jù)所述權(quán)重矩陣、閾值矩陣，建立所述預(yù)設(shè)溫度模型。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS陀螺的溫度補償方法，其特征在于，在訓(xùn)練誤差小于預(yù) 定訓(xùn)練誤差閾值時，判定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束，所述訓(xùn)練誤差通過下式確定： ER= (Y-Ta)，X(Y-Ta)/2 其中，ER表示訓(xùn)練誤差，Y表示預(yù)設(shè)溫度模型的輸出矩陣，Ta表示由陀螺零偏和標度因 子組成的目標輸出矩陣。6. -種MEMS陀螺的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于，包括：設(shè)置在陀螺的檢測及控制電路 的驅(qū)動閉環(huán)控制模塊、檢測閉環(huán)控制模塊、溫度檢測電路以及溫度補償模塊，所述溫度補償 模塊的第一輸入端與所述驅(qū)動閉環(huán)控制模塊的輸出端連接、第二輸入端與所述溫度檢測電 路的輸出端連接、第三輸入端與所述檢測閉環(huán)控制模塊的輸出端連接，根據(jù)所述驅(qū)動閉環(huán) 控制模塊輸入的當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、所述溫度檢測電路輸入的當(dāng)前溫度值，采用預(yù)設(shè)溫度 模型對所述檢測閉環(huán)控制模塊輸入的當(dāng)前角速度信號進行實時的溫度補償，得到溫度補償 后的角速度輸出信號，并輸出所述角速度輸出信號。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS陀螺的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度模型 為Y=purelin(a2Z+b2)，其中，Z=tansighX+bi)，X表示由當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、驅(qū)動諧振 頻率時間變化率、當(dāng)前溫度值、溫度值時間變化率組成的輸入矩陣，^^^表示權(quán)重矩陣，bi、 132表示閾值矩陣，purelin表示線性傳輸函數(shù)，tansig表示雙曲正切S型函數(shù)，其中，所述 驅(qū)動諧振頻率時間變化率根據(jù)當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、上一次采樣獲得的驅(qū)動諧振頻率以及驅(qū) 動諧振頻率采樣時間確定，所述溫度值時間變化率根據(jù)當(dāng)前溫度值、上一次采樣獲得的溫 度值以及溫度值采樣時間確定。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS陀螺的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動諧振頻率 采樣時間與所述溫度值采樣時間相同。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS陀螺的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動閉環(huán)控制 模塊、所述檢測閉環(huán)控制模塊、所述網(wǎng)絡(luò)溫度補償模塊集成在FPGA芯片中。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS陀螺的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度檢測電路 包括溫度傳感器以及ADC模塊，所述ADC模塊的輸入端與所述溫度傳感器的輸出端連接、輸 出端與所述溫度補償模塊的第二輸入端連接。
【專利摘要】一種MEMS陀螺的溫度補償方法及系統(tǒng)，該方法包括步驟：獲取驅(qū)動閉環(huán)控制系統(tǒng)的當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率；獲取檢測閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出的當(dāng)前角速度信號；獲取檢測控制電路的當(dāng)前溫度值；根據(jù)所述當(dāng)前驅(qū)動諧振頻率、所述當(dāng)前溫度值，采用預(yù)設(shè)溫度模型對所述當(dāng)前角速度信號進行實時的溫度補償，得到溫度補償后的角速度輸出信號。本發(fā)明實施例方案，通過驅(qū)動諧振頻率來反映陀螺結(jié)構(gòu)的溫度，通過檢測控制電路的當(dāng)前溫度值來表征電路工作環(huán)境溫度，從而據(jù)此結(jié)合了時空溫度場的變化關(guān)系，同時考慮陀螺結(jié)構(gòu)的溫度和檢測電路的溫度，對陀螺進行實時的溫度補償，有效地提高了溫度補償?shù)木龋纳屏送勇莸臏仄匦?，具有極大的應(yīng)用價值。
【IPC分類】G01C19/56
【公開號】CN105222765
【申請?zhí)枴緾N201510600317
【發(fā)明人】何春華, 黃欽文, 何小琦, 王蘊輝, 恩云飛
【申請人】工業(yè)和信息化部電子第五研究所
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月18日