專利名稱：用于諧振器件的開環啟動方法
技術領域：
本發明一般涉及用于諧振器件的啟動方法。更具體地，本發明涉及一種用于回轉儀傳感器快速可靠啟動的開環方法。
背景技術：
圖1說明使用諧振器件20(例如，回轉儀傳感器)的閉環諧振系統，該諧振器件需要通過閉環控制器30工作于其諧振頻率，從而提供有用的諧振輸出信號。此時，如本領域所知，用于諧振器件20的啟動方法依靠閉環控制器30中的噪聲來產生一個閉環驅動信號CDS，用于在諧振器件20的諧振頻率建立閉環振蕩，從而促使諧振器件20產生諧振輸出信號ROS。諧振輸出信號ROS用作為經由閉環控制器到閉環驅動信號CDS的反饋，以把諧振器件20的閉環振蕩穩定在其諧振頻率。該閉環啟動方法的缺點是要求閉環驅動信號CDS寬頻譜且大幅度，在與諧振器件20精細調諧的閉環控制器30內也需要一個反饋電路。這造成諧振器件制造參數上的嚴格限制并且增加批量生產音叉諧振器件的成本，特別考慮這樣的事實，用于制造諧振器件的已知工藝中不可避免的變化引起大量諧振器件中諧振頻率的差異。

發明內容
本發明通過提供一種用于啟動諧振器件振蕩的新的唯一的方法提高了技術。
本發明的一種形式是一種方法，包括在諧振器件的諧振頻率建立其開環振蕩和基于諧振器件在其諧振頻率的開環振蕩在諧振器件的諧振頻率建立其閉環振蕩。
本發明的第二形式是一種系統，使用諧振器件和與該諧振器件電通信的控制器。控制器在諧振器件的諧振頻率建立其開環振蕩，其后基于諧振器件在其諧振頻率的開環振蕩建立其閉環振蕩。
本發明的第三形式是一種控制器，使用處理器和與該處理器電通信的驅動模塊。當驅動模塊與諧振器件電通信時，處理器操作驅動模塊以在諧振器件的諧振頻率建立其開環振蕩。其后處理器操作驅動模塊，從而基于諧振器件在其諧振頻率的開環振蕩在其諧振頻率建立其閉環振蕩。
本發明的第四形式是一種方法，包括基于與諧振器件設計相關的標準諧振頻率范圍把開環驅動信號加載到諧振器件，基于標準諧振頻率范圍調諧開環驅動信號以促進諧振器件諧振輸出信號的生成，以及測量和表示諧振輸出信號的頻率，作為諧振器件的校準諧振頻率。
本發明的第五形式是一種系統，使用諧振器件和與該諧振器件電通信的控制器。該控制器基于與諧振器件設計相關的標準諧振頻率范圍把開環驅動信號加載到諧振器件，基于標準諧振頻率范圍調諧開環驅動信號以促進諧振器件諧振輸出信號的生成，并且測量和表示諧振輸出信號的頻率，作為諧振器件的校準諧振頻率。
本發明的第六形式是一種控制器，使用處理器和與該處理器電通信的驅動模塊。當驅動模塊與諧振器件電通信時，處理器操作驅動模塊，從而基于與諧振器件設計相關的標準諧振頻率范圍把開環驅動信號加載到諧振器件，并且基于標準諧振頻率范圍調諧開環驅動信號以促進諧振器件諧振輸出信號的生成。處理器測量并表示諧振輸出信號的頻率，作為諧振器件的校準諧振頻率。
本發明的第七形式是一種方法，包括基于校準諧振頻率把開環驅動信號加載到諧振器件，基于由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍調諧開環驅動信號以促進諧振器件諧振輸出信號的生成，以及諧振器件在諧振頻率生成諧振輸出信號之后把閉環驅動信號加載到諧振器件。
本發明的第八形式是一種系統，使用諧振器件和與該諧振器件電通信的控制器。該控制器基于校準諧振頻率把開環驅動信號加載到諧振器件，基于由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍調諧開環驅動信號以促進諧振器件諧振輸出信號的生成，并且在諧振器件在諧振頻率生成諧振輸出信號之后把閉環驅動信號加載到諧振器件。
本發明的第九形式是一種控制器，使用處理器和與該處理器電通信的驅動模塊。當驅動模塊與諧振器件電通信時，處理器操作驅動模塊，從而基于校準諧振頻率把開環驅動信號加載到諧振器件，并且基于由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍調諧開環驅動信號以促進諧振器件諧振輸出信號的生成。其后處理器操作驅動模塊，從而在諧振器件在諧振頻率生成諧振輸出信號之后把閉環驅動信號加載到諧振器件。
術語“電通信”在這里定義為一種電連接，一種電耦合或用于把一個器件的輸出信號電加載到第二器件輸入的任意其它技術。
根據優選實施例的下列詳細描述，結合附圖，前述形式和其它形式，本發明的特色和優點將進一步變得顯而易見。詳細描述和附圖對于本發明僅是說明性的，而非限制由權利要求書及其等價物所定義的本發明的范圍。


圖1說明本領域公知的一種閉環諧振系統；圖2依照本發明說明一種開環諧振系統；圖3依照本發明說明表示諧振啟動方法第一實施例的流程圖，用于如圖1和2所示的諧振器件；
圖4依照本發明說明表示校準啟動級的一個實施例的流程圖，用于如圖3所示諧振啟動方法；圖5依照本發明說明表示標準操作啟動級的一個實施例的流程圖，用于如圖3所示的諧振啟動方法；圖6依照本發明說明回轉儀系統的一個實施例；圖7依照本發明說明表示回轉儀啟動方法的一個實施例的流程圖，用于如圖6所示的回轉儀傳感器；圖8依照本發明說明表示校準啟動程序的一個實施例的流程圖，用于如圖7所示的回轉儀啟動方法；圖9依照本發明說明表示電動機位置測定程序的一個實施例的流程圖，用于如圖8所示的校準啟動程序；圖10說明圖6中回轉儀系統的典型開環操作；圖11依照本發明說明表示標準操作啟動程序的一個實施例的流程圖，用于如圖7所示的回轉儀啟動方法；圖12依照本發明說明表示回轉儀控制程序的一個實施例的流程圖，用于如圖7所示的回轉儀啟動方法；和圖13說明圖6中回轉儀系統的典型閉環操作。
具體實施例方式
圖3說明的流程圖70表示一種方法，用于啟動諧振器件20(圖1)。在流程圖70對諧振器件20實行初始化的過程中，相繼實現流程圖70級S72的校準啟動模式和流程圖70級S74的標準操作啟動模式。其后，在流程圖70隨后的操作過程中可以省略流程圖70級S72的校準啟動模式，特別是當級S72的校準啟動模式先于商業應用和本發明的銷售在工廠環境中實現時。
級S72的校準啟動模式包括由開環控制器31在諧振器件20的諧振頻率建立其開環振蕩，如圖2所示。實際上，用于實現級S72的行為依賴于諧振器件20的設計和開環控制器31的設計，并且因此不受限制。在級S72的一個實施例中，執行圖4所示的流程圖80。
流程圖80的級S82包括由開環控制器31基于與諧振器件20的設計相關的標準諧振頻率范圍把開環驅動信號ODS加載到諧振器件20，如圖2所示。流程圖80的級S84包括由開環控制器31在標準諧振頻率范圍內調諧開環驅動信號ODS(例如，搜索或掃描)，從而促進諧振器件在其諧振頻率生成諧振輸出信號ROS，如圖2所示。流程圖80的級S86包括由開環控制器31測量和表示諧振輸出信號ROS的頻率，作為諧振器件20的校準諧振頻率。實際上，用于實現級S82-S86的行為也依賴于諧振器件20和開環控制器31的設計，并且因此不受限制。
級S74的標準操作啟動模式包括由控制器30和31在諧振器件20的諧振頻率建立其閉環振蕩，基于諧振器件20在其諧振頻率的開環振蕩。實際上，用于實現級S74的行為也依賴于諧振器件20以及控制器30和31的設計，并且因此不受限制。在級S74的一個實施例中，執行圖5所示的流程圖90。
流程圖90的級S92包括由開環控制器31基于校準諧振頻率把開環驅動信號ODS加載到諧振器件20，如圖2所示。流程圖90的級S94包括由開環控制器31在由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍內調諧開環驅動信號ODS(例如，搜索或掃描)，從而促進諧振器件20在其諧振頻率生成諧振輸出信號ROS，如圖2所示。流程圖90的級S96包括由閉環控制器30在諧振器件20在其諧振頻率生成諧振輸出信號ROS之后把閉環驅動信號CDS加載到諧振器件20，如圖3所示。實際上，用于實現級S92-S96的行為也依賴于諧振器件20以及控制器30和3 1的設計，并且因此不受限制。
圖6說明控制器33，作為一個示范結構配置，用于實現流程圖70(圖3)來啟動回轉儀傳感器21(例如，音叉回轉儀傳感器)形式的諧振器件。控制器33使用驅動模塊40、總線50、數字信號處理器60和非易失性存儲器61。驅動模塊40使用一個電動機驅動生成器41、一個電動機位置處理器42、一個速度信號處理器43和一個積分回零生成器(quadrature nulling generator)44。驅動模塊40進一步使用一個單刀雙擲(SPDT)開關45，用于控制器33在開環狀態和閉環狀態之間轉換，如下文所描述。
電動機驅動生成器41的驅動信號輸出DSO電連接到回轉儀傳感器21的驅動信號輸入DSI。回轉儀傳感器21的電動機位置輸出MPO電連接到電動機位置處理器42的電動機位置輸入MPI。電動機位置處理器42的響應信號輸出RSO經由到總線50的電連接，電連接到數字信號處理器60，并且可以經由開關45電連接到電動機驅動生成器41。
回轉儀傳感器21的角速度輸出ARO電連接到速度信號處理器43的角速度輸入ARI。速度信號處理器43的速度信號輸出RTO經由到總線50的電連接，電連接到數字信號處理器60。積分回零生成器44的電動機偏置輸入MBI經由到總線50的電連接，電連接到數字信號處理器60。
為了描述圖6時簡單起見，積分回零生成器44的電動機偏置輸出MBO電連接到回轉儀傳感器21的回轉儀偏置輸入GBI。但是實際上，本領域的普通技術人員很容易想到，積分回零生成器44的電動機偏置輸出MBO或者以在驅動模塊40內部或外部的方式電連接到電動機驅動生成器41的驅動信號輸出DSO，或者電連接到電動機驅動生成器41的驅動偏置輸入(未顯示)，由此回轉儀傳感器21接收一個由來自電動機驅動生成器41的交流分量和來自積分回零生成器44的直流分量構成的驅動信號。
SPDT開關45的基接線端電連接到電動機驅動生成器41的驅動生成器輸DGI。SPDT開關45的開環接線端47經由到總線50的電連接，電連接到數字信號處理器60。SPDT開關45的閉環接線端48電連接到電動機位置處理器42的響應信號輸出RSO。SPDT開關45的控制輸入(未顯示)經由到總線50的電連接與數字信號處理器60電通信。
數字處理器60和非易失性存儲器61經由到總線50的電連接，電連接在一起。
當數字信號處理器60經由SPDT開關45的控制輸入控制基接線端46連接到開環接線端47時，控制器33用作開環控制器31(圖2)。相反地，當數字信號處理器60經由SPDT開關45的控制輸入控制基接線端46連接到閉環接線端48時，控制器33用作閉環控制器30(圖1)。
圖7說明的流程圖100表示本發明中由數字信號處理器60執行的諧振啟動方法。包括若干準備行為的啟動準備程序在流程圖100的級S102過程中實現。首先，數字信號處理器60為驅動模塊40建立一個鎖相環時鐘信號。第二，數字信號處理器60建立與驅動模塊40的元件之間的通信。
第三，數字信號處理器60配置驅動模塊40的各種寄存器(未顯示)。本領域普通技術人員很容易想到可以用于本發明商業實現的寄存器，例如，用于設置由電動機驅動生成器41生成的開環驅動信號ODS(圖2)最大幅度的電動機初始驅動幅度寄存器，和用于控制由回轉儀傳感器21生成的電動機位置信號MPS(圖10)幅度增益的電動機位置增益寄存器。
最后，數字信號處理器60把數字形式的電動機偏置信號MBSD加載到積分回零轉換44，積分回零轉換器44又把電動機偏置信號MBSD轉換成模擬形式并把電動機偏置信號MBSA加載到回轉儀傳感器21。
在流程圖100的級S104過程中，數字信號處理器60決定是進入到流程圖級S106的校準啟動程序還是流程圖100級S108的標準操作啟動程序。實際上，與級S104由數字信號處理器所作的決定相關的因素依賴于本發明的商業實現，并且因此不受限制。在一個實施例中，在數字信號處理器60執行流程圖100初始化操作的過程中，數字信號處理器60僅從級S104進入到級S106，其后在數字信號處理器60進行流程圖100后續操作的過程中，數字信號處理器從級S104進入到級S108。
級S106的校準啟動程序包括由數字信號處理器60在回轉儀傳感器21的諧振頻率建立其開環振蕩。實際上，用于實現級S106的行為依賴于回轉儀傳感器21、電動機驅動生成器41、電動機位置處理器42和數字信號處理器60的設計，并且因此不受限制。在級S106的一個實施例中，如圖8所示的流程圖120由數字處理器60執行。
流程圖120的級S122包括由數字信號處理器60通過控制如圖10所示的接線端46和接線端47之間的電連接來建立驅動模塊40的開環操作。流程圖120的級S124包括由數字信號處理器60在與回轉儀傳感器21相關的標準諧振頻率范圍把驅動諧振信號DRS加載到電動機驅動生成器41，如圖10所示，它導致由電動機驅動生成器41基于與回轉儀傳感器21相關的標準諧振頻率范圍把開環驅動信號加載到回轉儀傳感器21。流程圖120的級S126包括由數字信號處理器60調諧驅動振蕩信號DRS(例如，搜索或掃描)，它導致由電動機驅動生成器41在與回轉儀傳感器21的設計相關的標準驅動頻率范圍內調諧開環驅動信號，如圖10所示，從而促進回轉儀傳感器21在其諧振頻率生成形式為電動機位置信號MPS的諧振輸出信號。
電動機位置信號MPS由電動機位置處理器42接收，一旦在流程圖130級S132過程中接收到電動機位置信號MPS，就實現了如圖9所示的流程圖130。流程圖130的級S134包括由電動機位置處理器42測定電動機位置信號MPS的頻率和幅度。流程圖130的級S136包括把參數響應信號PRS從電動機處理器42傳送到數字信號處理器60，其中參數響應信號PRS表示電動機位置信號MPS的頻率和幅度。
實際上，參數響應信號PRS的內容和形式依賴于電動機位置處理器42的設計。在級S136的一個實施例中，參數響應信號PRS包括一個表示電動機位置信號MPS頻率的數字信號和一個表示電動機位置信號MPS幅度的模擬信號。在級S136的另一個實施例中，參數響應信號PRS包括分別表示電動機位置信號MPS的頻率和幅度的一對數字信號。
在流程圖120的級S128過程中，一旦接收到參數響應信號PRS，數字信號處理器60就把回轉儀傳感器21的校準諧振頻率保存到非易失性存儲器61中，它是回轉儀傳感器21諧振頻率的函數，如參數響應信號PRS所指示。實際上，用于實現級S128的行為也依賴于回轉儀傳感器21的設計，并且因此不受限制。在一個實施例中，如果電動機位置信號MPS的頻率實質上等于驅動諧振信號DRS的頻率，并且電動機位置信號MPS的幅度在與回轉儀傳感器21的設計相關的幅度范圍內，則數字信號處理器斷定電動機位置信號MPS的頻率即為回轉儀傳感器21的諧振頻率。
再參見圖7，級S108的標準操作啟動程序包括由控制器基于回轉儀傳感器21在其諧振頻率的開環振蕩在回轉儀傳感器21的諧振頻率建立其閉環振蕩。實際上，用于實現級S108的行為也依賴于回轉儀傳感器21和控制器的設計，并且因此不受限制。在級S108的一個實施例中，如圖11所示的流程圖140由數字信號處理器60執行。
流程圖140的級S142包括由數字信號處理器60通過控制接線端46和接線端47之間的電連接建立驅動模塊40的開環操作，如圖10所示。流程圖140的級S144包括由數字信號處理器60把驅動諧振信號DRS加載到電動機驅動生成器41，它是已保存校準諧振頻率的函數，如圖10所示，它導致由電動機驅動生成器41把開環驅動信號ODS加載到回轉儀傳感器21。實際上，用于實現級S144的行為依賴于回轉儀傳感器21和電動機驅動生成器41的設計，并且因此不受限制。在一個實施例中，數字信號處理器把某一頻率的驅動諧振信號DRS加載到電動機驅動生成器41，該頻率略低于已保存校準諧振頻率，從而推動流程圖140的級S146，該級包括由數字信號處理器60基于由已保存校準諧振頻率定義的校準頻率范圍調諧驅動諧振信號DRS(例如，搜索或掃描)。結果為由電動機驅動生成器41調諧開環驅動信號ODS，從而促進電動機位置信號MPS在其諧振頻率的生成，如圖10所示。電動機位置信號MPS由電動機位置處理器42接收，這就實現了流程圖130(圖9)，如前文所描述。
在流程圖140的級S148過程中，一旦接收到參數響應信號PRS，數字信號處理器60通過把接線端46連接到接線端48，立即或延時地把驅動模塊40轉換為閉環操作。如圖13所示，結果為由電動機驅動生成器41把閉環驅動信號CDS加載到回轉儀傳感器21，其中電動機驅動生成器41在生成閉環驅動信號CDS時利用來自電動機位置處理器42的典型反饋響應信號FRS。
再次參見圖7，流程圖100級S110的回轉儀控制啟動程序包括控制回轉儀傳感器21的閉環振蕩。實際上，在級S110過程中實現的行為依賴于回轉儀傳感器21和驅動模塊40的設計，并且因此不受限制。在一個實施例中，如圖12所示的流程圖150由控制器33實現。
流程圖150的級S152包括常規地啟動和驗證經由反饋響應信號FRS的穩定的電動機位置信號MPS AGC環路。流程圖150的級S154包括啟動經由回轉儀傳感器21角速度信號ARS的常規速度信號處理，和啟動電動機偏置信號MBSA常規電動機偏置控制。流程圖150的級S156包括提取來自速度信號處理器43的速度信號RS，數字信號處理器60由此常規地處理速度信號RS，從而確定回轉儀傳感器21啟動完成。
本發明可以具體化為其它具體形式而不背離其精神或本質特征。例如，線性和疊加的數學原理可以允許對所描述實施例的某些步驟進行重排序，或者可以實現具有本質相同功能的額外的具體實施例，并且這樣的變化在本發明的范圍內。所描述實施例在所有方面僅為說明性的而非限制性。因此，本發明的范圍由權利要求書而不是由前文的描述指定。權利要求書等價含義和范圍內的所有變化都包含在其范圍內。
權利要求
1.一種方法，包括在諧振器件(20)的諧振頻率建立其開環振蕩；和基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩，在諧振器件(20)的諧振頻率建立其閉環振蕩。
2.權利要求1中的方法，其中，在諧振器件(20)的諧振頻率建立其開環振蕩包括基于與諧振器件(20)的設計相關的標準諧振頻率范圍，把第一開環驅動信號加載到諧振器件(20)；基于標準諧振頻率范圍，調諧第一開環驅動信號，以促進諧振器件(20)的諧振輸出信號的第一生成；和測量和表示諧振輸出信號的頻率，作為諧振器件(20)的校準諧振頻率。
3.權利要求2中的方法，其中，基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩建立其閉環振蕩包括基于校準諧振頻率，把第二開環驅動信號加載到諧振器件(20)；基于由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍，調諧第二開環驅動信號，以促進諧振器件(20)的諧振輸出信號的第二生成；和在接收到諧振器件(20)的諧振輸出信號之后把閉環驅動信號加載到諧振器件(20)。
4.權利要求1中的方法，其中，基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩建立其閉環振蕩包括基于與諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩相對應的校準諧振頻率，把開環驅動信號加載到諧振器件(20)；基于由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍，調諧開環驅動信號，以促進諧振器件(20)生成諧振輸出信號；和在諧振器件(20)在諧振頻率生成諧振輸出信號之后把閉環驅動信號加載到諧振器件(20)。
5.權利要求1中的方法，其中，諧振器件(20)是回轉儀傳感器(21)。
6.一種系統，包括諧振器件(20)；和與該諧振器件(20)電通信的控制器(31)，其中，控制器(31)可在諧振器件(20)的諧振頻率建立諧振器件(20)的開環振蕩，并且可基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩，在其諧振頻率建立其閉環振蕩。
7.權利要求6中的系統，其中，在諧振器件(20)的諧振頻率建立其開環振蕩包括基于與諧振器件(20)的設計相關的標準諧振頻率范圍，由控制器把第一開環驅動信號加載到諧振器件(20)；由控制器在標準諧振頻率范圍內調諧第一開環驅動信號，以促進諧振器件(20)的諧振輸出信號的第一生成；和由控制器測量和表示諧振輸出信號的頻率，作為諧振器件(20)的校準諧振頻率。
8.權利要求7中的系統，其中，基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩建立諧振器件(20)的閉環振蕩包括基于校準諧振頻率，由控制器把第二開環驅動信號加載到諧振器件(20)；由控制器在由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍內調諧第二開環驅動信號，以促進諧振器件(20)的諧振輸出信號的第二生成；和諧振器件(20)在諧振頻率的諧振輸出信號的第二生成之后，由控制器把閉環驅動信號加載到諧振器件(20)。
9.權利要求6中的系統，其中，基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩建立諧振器件(20)的閉環振蕩包括基于校準諧振頻率，由控制器把開環驅動信號加載到諧振器件(20)；由控制器在由校準諧振頻率定義的校準頻率范圍內調諧開環驅動信號，以促進諧振器件(20)的諧振輸出信號的第二生成；和諧振器件(20)在諧振頻率生成諧振輸出信號之后，由控制器把閉環驅動信號加載到諧振器件(20)。
10.權利要求6中的系統，其中，諧振器件(20)是回轉儀傳感器(21)。
全文摘要
通過使用諧振器件(20)和控制器(31)的系統實現一種方法，包括由控制器在諧振器件(20)的諧振頻率建立其開環振蕩，和由控制器(31)基于諧振器件(20)在其諧振頻率的開環振蕩建立其閉環振蕩。此時，控制器(31)基于設計驅動的標準諧振頻率范圍控制諧振器件(20)第一開環驅動信號的加載和調諧，由此控制器(31)能夠測量和表示諧振器件(20)的諧振輸出信號頻率，作為校準諧振頻率，并且基于校準諧振頻率控制諧振器件第二開環驅動信號的加載和調諧，由此控制器(31)能夠隨后把閉環驅動信號加載到諧振器件(20)。
文檔編號H03B5/00GK1702430SQ200510074370
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月26日 優先權日2004年5月27日
發明者斯特萬·日瓦諾維奇, 斯蒂芬·J·羅貝爾 申請人:摩托羅拉公司