本發明涉及一種高動態慣性導航等領域，特別是一種微機械速率積分環陀螺的控制系統。
背景技術：
陀螺是一種能測量載體相對慣性空間旋轉的裝置。它被廣泛應用于軍事、自動化、導航和民用領域。雖然慣性導航的未來趨勢是尺寸更小，可靠性更高，成本更低，精度更高，但在實際應用中，高動態的需求往往被忽略。在實際的彈載應用中，高動態對陀螺提出了更嚴格的要求。因此，大量程的速率積分陀螺成為最好的解決方案。速率積分陀螺擴大了動態量程，消除了由數字和電子綜合引入的累積誤差，在實際中具有廣泛的應用前景。環陀螺采用諧振環式全對稱結構作為敏感結構，方便不同模態之間的匹配，并且大大降低了環境溫度、加速度、振動、沖擊等外界擾動的影響。
密歇根大學的M.W.Putty最早研究了振動環陀螺的檢測原理，并采用在絕緣模型上電鍍鎳的方法制作了一個電容間隙為7um，深度比約為7的陀螺。這種方法制作的陀螺由于受到制作絕緣模型的材料的影響，品質因數不會很高，限制了陀螺性能的進一步提高。2012年，密歇根大學研制的多筒速率積分陀螺CING(Cylindrical Rate-Integrating Gyroscope)，由于控制系統高度集成化，無法進行擴展。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，實現了一個統一的、通用的、易實現的速率積分環陀螺的控制系統，可以實現環陀螺在不同模式之間的切換。
本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的：
一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，包括C/V變換模塊、環陀螺表頭、信號驅動反饋模塊、數字信號微處理器模塊；
C/V變換模塊：接收環陀螺表頭傳來的初始電容信號，將初始電容信號轉換為電壓信號，并將電壓信號傳輸至信號驅動反饋模塊；
信號驅動反饋模塊：接收C/V變換模塊傳來的電壓信號；對電壓信號依次進行濾波、放大處理，生成模擬電壓信號，將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并將數字電壓信號輸出至數字信號微處理器模塊；接收數字信號微處理器模塊傳來的數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號轉換為模擬驅動電壓信號，將模擬驅動電壓信號轉換為環陀螺表頭的電容信號調節控制信號，并將電容信號調節控制信號發送至環陀螺表頭；
數字信號微處理器模塊：接收信號驅動反饋模塊傳來的數字電壓信號；對數字電壓信號進行信號解調和參數提取，得到環路控制參數；對環路控制參數依次進行幅度控制、穩頻控制、正交抵消、角度計算和參數調制，生成數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號反饋至信號驅動反饋模塊；同時將環路控制參數中角度計算的結果輸出至外部測試儀器；
環陀螺表頭：接收信號驅動反饋模塊傳來的電容信號調節控制信號，對初始電容信號的穩定性進行調節，保證了環陀螺的輸出精度。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述信號驅動反饋模塊包括濾波放大模塊、A/D模數轉換模塊、高速串行接口、D/A數模轉換模塊、驅動模塊和電壓控制器；
濾波放大模塊：接收C/V變換模塊傳來的電壓信號，對電壓信號依次進行濾波、放大處理，生成模擬電壓信號，并將模擬電壓信號傳輸至A/D模數轉換模塊；
A/D模數轉換模塊：接收濾波放大模塊傳來的模擬電壓信號，將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并將數字電壓信號經高速串行接口輸至數字信號微處理器模塊；
D/A數模轉換模塊：接收環路控制模塊傳來的數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號轉換為模擬驅動電壓信號，并將模擬驅動電壓信號發送至驅動模塊；
驅動模塊：接收D/A數模轉換模塊傳來的模擬驅動電壓信號，將模擬驅動電壓信號轉換為環陀螺表頭的電容信號調節控制信號，并將電容信號調節控制信號輸出至環陀螺表頭。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述數字信號微處理器模塊包括環路控制模塊、串行外設接口和異步通信接口；
環路控制模塊：通過串行外設接口，接收經過高速串行接口從A/D模數轉換模塊傳來的數字電壓信號；對數字電壓信號進行信號解調和參數提取，得到環路控制參數；對環路控制參數依次進行幅度控制、穩頻控制、正交抵消、角度計算和參數調制，生成數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號依次通過串行外設接口、高速串行接口反饋至D/A數模轉換模塊；同時將環路控制參數中角度計算的結果通過異步通信接口輸出至外部測試儀器。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述環路控制參數包括主軸振動幅度a、正交幅度q、計算得到的角度值θ和陀螺諧振和參考信號之間的相移誤差δφ。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述計算得到的角度值θ為-90°～90°。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述幅度控制為將主軸振動幅度a的幅度值保持穩定；所述穩頻控制為保證陀螺諧振和參考信號之間的相移誤差δφ的相移值穩定；所述正交抵消為將正交幅度q的幅度值抵消為0；所述角度計算為將計算得到的角度值θ從-90°～90°拓展為全量程。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述全量程為-180°-180°。
在上述的一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，所述電容值波動越大，環陀螺的輸出角度值誤差越大。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
(1)本發明采用了數字信號微處理器模塊對環陀螺表頭進行控制，通過串行外設接口傳輸檢測信號和驅動信號，實現了一個統一的、通用的、易實現的速率積分環陀螺的控制系統；
(2)本發明采用了數字電壓信號進行環陀螺的參數提取和調制，方便在不同平臺之間進行移植；
(3)本發明對控制參數依次進行幅度控制、穩頻控制和正交抵消，降低了控制的復雜性，提高了控制的精度。
附圖說明
圖1為本發明控制系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述：
如圖1所示為控制系統的結構示意圖，由圖可知，一種微機械速率積分環陀螺的控制系統，其特征在于：包括C/V變換模塊、環陀螺表頭、信號驅動反饋模塊、數字信號微處理器模塊；
C/V變換模塊：接收環陀螺表頭傳來的初始電容信號，將初始電容信號轉換為電壓信號，并將電壓信號傳輸至信號驅動反饋模塊；
信號驅動反饋模塊：接收C/V變換模塊傳來的電壓信號；對電壓信號依次進行濾波、放大處理，生成模擬電壓信號，將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并將數字電壓信號輸出至數字信號微處理器模塊；接收數字信號微處理器模塊傳來的數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號轉換為模擬驅動電壓信號，將模擬驅動電壓信號轉換為環陀螺表頭的電容信號調節控制信號，并將電容信號調節控制信號發送至環陀螺表頭；
數字信號微處理器模塊：接收信號驅動反饋模塊傳來的數字電壓信號；對數字電壓信號進行信號解調和參數提取，得到環路控制參數；對環路控制參數依次進行幅度控制、穩頻控制、正交抵消、角度計算和參數調制，生成數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號反饋至信號驅動反饋模塊；同時將環路控制參數中角度計算的結果輸出至外部測試儀器；
環陀螺表頭：接收信號驅動反饋模塊傳來的電容信號調節控制信號，對初始電容信號的穩定性進行調節，保證了環陀螺的輸出精度。電容值波動越大，環陀螺的輸出角度值誤差越大。
其中，所述信號驅動反饋模塊包括濾波放大模塊、A/D模數轉換模塊、高速串行接口、D/A數模轉換模塊、驅動模塊和電壓控制器；
濾波放大模塊：接收C/V變換模塊傳來的電壓信號，對電壓信號依次進行濾波、放大處理，生成模擬電壓信號，并將模擬電壓信號傳輸至A/D模數轉換模塊；
A/D模數轉換模塊：接收濾波放大模塊傳來的模擬電壓信號，將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并將數字電壓信號經高速串行接口輸至數字信號微處理器模塊；
D/A數模轉換模塊：接收環路控制模塊傳來的數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號轉換為模擬驅動電壓信號，并將模擬驅動電壓信號發送至驅動模塊；
驅動模塊：接收D/A數模轉換模塊傳來的模擬驅動電壓信號，將模擬驅動電壓信號轉換為環陀螺表頭的電容信號調節控制信號，并將電容信號調節控制信號輸出至環陀螺表頭。
所述數字信號微處理器模塊包括環路控制模塊、串行外設接口和異步通信接口；
環路控制模塊：通過串行外設接口，接收經過高速串行接口從A/D模數轉換模塊傳來的數字電壓信號；對數字電壓信號進行信號解調和參數提取，得到環路控制參數，環路控制參數包括主軸振動幅度a、正交幅度q、計算得到的角度值θ和陀螺諧振和參考信號之間的相移誤差δφ；θ范圍為-90°～90°；對環路控制參數依次進行幅度控制、穩頻控制、正交抵消、角度計算和參數調制，生成數字驅動電壓信號，將數字驅動電壓信號依次通過串行外設接口、高速串行接口反饋至D/A數模轉換模塊；同時將環路控制參數中角度計算的結果通過異步通信接口輸出至外部測試儀器。
其中，幅度控制為將主軸振動幅度a的幅度值保持穩定；所述穩頻控制為保證陀螺諧振和參考信號之間的相移誤差δφ的相移值穩定；所述正交抵消為將正交幅度q的幅度值抵消為0；所述角度計算為將計算得到的角度值θ從-90°～90°拓展為全量程，述全量程為-180°-180°。
幅度控制的主要作用是保證振子振動的幅度恒定。幅度控制主要采用自動增益控制計數(AGC)技術來達到穩幅的目的。自動增益控制可以根據敏感結構幅度的大小自動調整驅動信號的幅度，即可以保持敏感結構振幅的穩定，又可以在上電過程中減少振子達到穩定狀態所需的時間。
穩頻控制的作用是使陀螺振子振動在其諧振頻率上，由于陀螺敏感結構的諧振頻率隨溫度等實時變化，因此必須采用閉環追蹤系統來保證驅動信號的頻率與振子的諧振頻率完全一致。
正交抵消采用PID控制器來抑制正交幅度值q。PID是一種線性控制器，它根據給定值與實際輸出值構成控制方案。PID控制器具有結構簡單、穩定性好、工作可靠和調整方便等優點，已經成為工業控制的主要技術之一。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分和微分計算出控制量進行控制的。
本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。