專利名稱：一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的pid控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一禾中 PID(Proportion Integration Differentiation，比例-積 分-微分)控制器，特別是關(guān)于一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置。
背景技術(shù)：
微機械諧振式器件采用微電子加工工藝制成，其特征尺寸為微米量級，具有體積 小、成本低、適于批量加工和易于與ASIC (Application Specific Integrated Circuit，專 用集成電路)集成的優(yōu)點。微機械諧振式器件一般要求其工作在自身的固有諧振頻率處， 以獲得最大的振動幅度。目前，使微機械諧振式器件進行諧振的驅(qū)動系統(tǒng)包括微機械諧振 式器件開環(huán)系統(tǒng)(下文均稱為“開環(huán)系統(tǒng)”)和微機械諧振式器件閉環(huán)系統(tǒng)(下文均稱為 “閉環(huán)系統(tǒng)”)，前者采用開環(huán)驅(qū)動方式，該驅(qū)動方式不能抑制驅(qū)動控制系統(tǒng)的參數(shù)變化，容 易帶來振動幅度的改變，因此開環(huán)系統(tǒng)只能應(yīng)用在精度要求不高的場合。閉環(huán)系統(tǒng)采用閉 環(huán)驅(qū)動方式，該驅(qū)動方式不但可以實時跟蹤微機械諧振式器件的諧振頻率，而且還可以使 振動幅度穩(wěn)定。如

圖1、圖2所示，現(xiàn)有的閉環(huán)系統(tǒng)包括由一微機械諧振式器件1、一前置讀出電路 2、一濾波器3、一幅度提取器4、一單自由度PID控制裝置5和一乘法器6構(gòu)成的一串聯(lián)電 路，且濾波器3的輸出端連接乘法器6的輸入端。其中，如圖2所示，微機械諧振式器件1 包括一驅(qū)動結(jié)構(gòu)101、一可動諧振結(jié)構(gòu)102和一振動拾取結(jié)構(gòu)103。單自由度PID控制裝置 5包括一加法器501和一 PID控制器502。閉環(huán)系統(tǒng)工作時，首先在加法器501中預(yù)先設(shè)置一振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值R。驅(qū)動結(jié)構(gòu) 101上施加驅(qū)動電壓后，產(chǎn)生一靜電驅(qū)動力Fel。靜電驅(qū)動力Fel施加到可動諧振結(jié)構(gòu)102上， 使可動諧振結(jié)構(gòu)102振動而產(chǎn)生一位移變化量。該位移變化量通過振動拾取結(jié)構(gòu)103轉(zhuǎn)變 成電容變化量，電容變化量再輸送至前置讀出電路2。前置讀出電路2將電容變化量轉(zhuǎn)換 為電壓變化量，以獲得可動諧振結(jié)構(gòu)102的振動信息，并將電壓變化量輸送給濾波器3。濾 波器3接收前置讀出電路2輸出的電壓變化量，并將電壓變化量中的諧振頻率以外的信號 進行濾除，輸出一振動電壓信號A。振動電壓信號A通過幅度提取器4后，獲得一振動幅度 B，并輸入加法器501中。加法器501將預(yù)先設(shè)置的振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值R與振動幅度B進行比 較，得到一振動幅度差值C。振動幅度差值C輸入PID控制器502中，PID控制器502將振 動幅度差值C轉(zhuǎn)換成振動幅度控制信號D。振動幅度控制信號D輸入乘法器6，同時，濾波 器3向乘法器6中輸入振動電壓信號A。乘法器6利用振動幅度控制信號D來調(diào)節(jié)振動電 壓信號A，得到一驅(qū)動電壓V，輸送給微機械諧振式器件1中的驅(qū)動結(jié)構(gòu)101，從而實現(xiàn)了整 個閉環(huán)控制。這種閉環(huán)控制方法可以使微機械諧振式器件1在其諧振頻率處振動，同時保 持恒定幅度振動。如圖3所示，設(shè)定從振動幅度控制信號D到幅度提取器4輸出的振動幅度B之間 的等效傳遞函數(shù)為P (s)，從振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值R到幅度提取器4輸出的振動幅度B之間的傳 遞函數(shù)G1 (s)為
權(quán)利要求
1.一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其與一乘法器、一微機械諧振 式器件、一前置讀出電路、一濾波器和一幅度提取器構(gòu)成一微機械諧振式器件閉環(huán)系統(tǒng)，其 特征在于所述PID控制裝置由兩個PID控制器和至少一個加法器構(gòu)成，所述PID控制裝置 的輸入端連接所述幅度提取器的輸出端，所述PID控制裝置的輸出端連接所述幅度提取器 的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在 于兩個所述PID控制器為第一 PID控制器和第二 PID控制器，所述加法器包括第一加法器 和第二加法器；其中，所述第一加法器、第一 PID控制器和第二加法器串聯(lián)連接，所述第二 PID控制器的輸出端連接所述第二加法器的輸入端；所述幅度提取器的輸出端連接所述第 一加法器和第二 PID控制器的輸入端；所述第一加法器中預(yù)先設(shè)置有一振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值， 第一、二 PID控制器中分別預(yù)先設(shè)置有傳遞函數(shù)C1 (s)、C2 (s)；所述振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值與所述幅度提取器輸出的振動幅度之間的函數(shù)關(guān)系滿足
3.如權(quán)利要求2所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在于
4.如權(quán)利要求3所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在 于所述α和β的取值范圍均為閉區(qū)間W，l]。
5.如權(quán)利要求1所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在 于兩個所述PID控制器為第一 PID控制器和第二 PID控制器；其中，所述第一 PID控制器、 加法器和第二 PID控制器串聯(lián)連接，所述幅度提取器的輸出端連接加法器的輸入端；一振 動幅度標(biāo)準(zhǔn)值通過所述第一 PID控制器預(yù)先設(shè)置在所述加法器中，第一、二 PID控制器中分 別預(yù)先設(shè)置有傳遞函數(shù)C1 (s)、C (s)；所述振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值與所述幅度提取器輸出的振動幅度之間的函數(shù)關(guān)系滿足
6.如權(quán)利要求5所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在
7.如權(quán)利要求6所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在 于所述α和β的取值范圍均為閉區(qū)間W，l]。
8.如權(quán)利要求1所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在 于兩個所述PID控制器為第一 PID控制器和第二 PID控制器，所述加法器包括第一加法 器和第二加法器；其中，第一加法器、第一PID控制器和第二加法器串聯(lián)連接；所述第二PID 控制器的輸入端連接所述第一加法器的輸入端，輸出端連接所述第二加法器的輸入端；所 述幅度提取器的輸出端連接所述第一加法器的輸入端；所述第一加法器中預(yù)先設(shè)置一振動 幅度標(biāo)準(zhǔn)值，第一、二 PID控制器中分別預(yù)先設(shè)置有傳遞函數(shù)C(S)、C1(S)；所述振動幅度標(biāo)準(zhǔn)值與所述幅度提取器輸出的振動幅度之間的函數(shù)關(guān)系滿足 P講)-C1⑷]
9.如權(quán)利要求8所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在于
10.如權(quán)利要求9所述的一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其特征在 于所述α和β的取值范圍均為閉區(qū)間W，l]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機械諧振式器件閉環(huán)驅(qū)動用的PID控制裝置，其與一乘法器、一微機械諧振式器件、一前置讀出電路、一濾波器和一幅度提取器構(gòu)成一微機械諧振式器件閉環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述PID控制裝置由兩個PID控制器和至少一個加法器構(gòu)成，所述PID控制裝置的輸入端連接所述幅度提取器的輸出端，所述PID控制裝置的輸出端連接所述幅度提取器的輸入端。本發(fā)明能夠使微機械諧振式器件的閉環(huán)系統(tǒng)同時滿足跟蹤性能和抗干擾性能，適用于諧振式微懸臂梁、微諧振器、微機械陀螺和諧振式微加速度計等微機械諧振式器件的閉環(huán)驅(qū)動控制。
文檔編號G05B11/42GK102063057SQ20101052924
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者崔健, 楊振川, 郝一龍, 郭中洋, 閆桂珍 申請人:北京大學(xué)