CN106767799A - 一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统 - Google Patents

一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106767799A
CN106767799A CN201611059038.1A CN201611059038A CN106767799A CN 106767799 A CN106767799 A CN 106767799A CN 201611059038 A CN201611059038 A CN 201611059038A CN 106767799 A CN106767799 A CN 106767799A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
signal
temp
heating
physical quantity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611059038.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106767799B (zh
Inventor
邢立华
陈团
李世臻
陈国强
白滢
袁倩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Wanrun High Tech Co.,Ltd.
Original Assignee
China Aerospace Times Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Aerospace Times Electronics Corp filed Critical China Aerospace Times Electronics Corp
Priority to CN201611059038.1A priority Critical patent/CN106767799B/zh
Publication of CN106767799A publication Critical patent/CN106767799A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106767799B publication Critical patent/CN106767799B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/18—Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
    • G05D23/32—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature with provision for adjustment of the effect of the auxiliary heating device, e.g. a function of time

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统，涉及一种微机械惯性测量领域；包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；直接以微机械惯性测量传感器为温度控制对象，模数转换电路将微机械惯性测量传感器加速度计、陀螺信号和温度信号转换为数字量；信号采集处理通讯电路通过微控制器进行温度补偿的同时将温度信息发送给温控电路；温控电路采集被控对象温度并采集系统多路控制补偿物理量，经算法解算通过PWM控制功率驱动加热片对保温腔进行加热；本发明的温度控制系统显著提高了微机械惯性测量组合的精度，具有低成本，控制精度高，环境适应性强的特点。

Description

一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统
技术领域
本发明涉及一种微机械惯性测量领域，特别是一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统。
背景技术
随着惯性技术的不断发展，对惯性测量组合精度要求越来越高，减小惯性系统各项误差的系统也得到研究和应用。微机械(MEMS)惯性测量器件以其长寿命、低成本、小体积、高可靠性、准备时间短和低功耗等优点在惯性测量组合中得到了大量的应用。但是微机械惯性传感器相对于机械式、光纤等惯性测量传感器精度较低且环境温度变化对微机械惯性传感器精度影响较大，为降低温度对微机械惯性传感器精度的影响，设计了一种温度控制系统，在组合整体方案上可对微机械惯性传感器使用同一个温度量进行温度控制和温度补偿，且保证了微机械惯性信号采集处理电路与温控电路的隔离，可有效的提高低成本微机械惯性测量组合的精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统，使微机械惯性测量组合温度控制和温度补偿相结合，提高微机械惯性测量组合精度的温度控制系统。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；其中，温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩和底座；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；
温控保温模块：在加热罩的加热作用下，生成加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；生成加热罩温度信号，并将加热罩温度信号传输至温控模块；
信号采集处理通讯模块：接收温控保温模块传来的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，对加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号进行采集，将采集的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至温控模块；将采集的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号输出至外部惯性测量组合模块；
温控模块：接收信号采集处理通讯模块传来的采集到的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号；
采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号；
接收温控保温模块传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，再将将加热罩温度电信号转换成加热罩温度数字信号；
接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，再将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号；
将加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，对X-PWM信号进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，对Y-PWM信号进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热；
同时，将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述的温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩、底座、微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路固定安装在加热罩和底座组成的空腔内。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，在加热罩的加热作用下，
微机械加速度计传感器：输出加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械加速度计传感器输出的加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号，对加速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度数字信号；对加速度计温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度计温度数字信号；并将加速度计数字信号、加速度计温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；
微机械陀螺传感器：输出角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械陀螺传感器输出的角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号，对角速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成角速度数字信号；对陀螺温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成陀螺温度数字信号；并将角速度数字信号、陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；
加热罩：将加热罩温度信号传输至温控模块。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述温控模块包括通讯模块、信号处理模块、数据采集模块、解算补偿模块、控制模块、X功率驱动模块和Y功率驱动模块；
通讯模块：接收信号采集处理通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至数据采集模块；
信号处理模块：接收加热罩传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，并将加热罩温度电信号传输至数据采集模块；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，并将衰减后的供电电压信号传输至数据采集模块；
数据采集模块：接收通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将接收的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号输出至解算补偿模块；接收信号处理模块传来的衰减后的供电电压信号，将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号，并将衰减后的供电电压数字信号传输至解算补偿模块；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号，并将环境温度数字信号传输至解算补偿模块；
解算补偿模块：接收数据采集模块传来的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号；将接收的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号，并将补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号传输至控制模块；
控制模块：接收解算补偿模块传来的补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号Env_Temp、加热罩温度物理量信号Zhao_Temp和供电电压物理量信号VDC；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，并生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，将驱动顶部加热片的X-PWM信号输出至X功率驱动模块，计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，将驱动侧边加热片的Y-PWM信号输出至Y功率驱动模块；同时，控制模块将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备；
X功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动顶部加热片的X-PWM信号，进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；
Y功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动侧边加热片的Y-PWM信号，进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述微机械陀螺传感器为三向测量传感器，微机械加速度计传感器为三向测量传感器，测量方向均为x、y、z。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述信号采集处理通讯模块与温控模块的通讯方式为RS422总线或其他非共地的串口通讯总线方式。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，所述温控模块控制温度比微机械加速度计传感器和微机械陀螺传感器最高环境温度高3-10℃。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量的方法为：当ess>20℃时，采用全功率加热，同时根据顶部加热片的被控对象温度和侧边加热片的被控对象温度差，以一定的比例减小温度较高一路的温度较高一路的X-PWM或Y-PWM的值，使顶部与侧边温度均匀平衡地上升；当ess≤20℃且ess≥-2℃时，采用PID算法分别计算顶部与侧边加热片的电流控制量，与供电电压结合计算X-PWM和Y-PWM输出量；当-2℃≤ess≤0℃时，仍然采用PID算法控制减小温度超调后的稳态误差；当ess≤-2℃时，加热片功率输出为0。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，采用全功率加热控制方式计算驱动电流量的方法为：
XIFULL＝(VDC-VEC)/RLX-KXFULL_P(Temp_X-Temp_Y)
YIFULL＝(VDC-VEC)/RLY-KYFULL_P(Temp_Y-Temp_X)
其中，VDC为温控系统供电电压物理量信号；
VEC为功率管压降；
XIFULL为顶部加热片全功率驱动电流；
RLX为顶部加热片阻值；
Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；
KXFULL_P为顶部均衡升温控制比例系数；
YIFULL为侧边加热片全功率驱动电流；
RLY为侧边加热片阻值；
Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；
KYFULL_P为侧边均衡升温控制比例系数；
采用PID算法的控制方式计算驱动电流量的方法为：
首先结合环境温度计算当前环境下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值和保温结构热平衡电流，公式如下：
Xess＝Temp_set-Temp_X；
XI_erro＝k2XI×Env_Temp2+k1XI×Env_Temp+k0XI；
Yess＝Temp_set-Temp_Y；
YI_erro＝k2YI×Env_Temp2+k1YI×Env_Temp+k0YI；
Zhao_erro＝(k1zhao×Env_Temp-k0zhao)-Zhao_Temp；
式中，Temp_set为温度控制设定温度，比组合最高工作环境温度高3～10℃；Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；Xess为设定温度与顶部被控对象温度差值；k2XI、k1XI、k0XI为环境温度与顶部保温结构热平衡电流的二次项拟合系数；XI_erro为环境温度下顶部保温结构热平衡电流值；Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；Yess为设定温度与被侧边控对象温度差值；k2YI、k1YI、k0YI为环境温度与侧边保温结构热平衡电流的二次项拟合系数；YI_erro为环境温度下侧边保温结构热平衡电流值；Zhao_Temp为采集的加热罩温度；Env_Temp为采集的环境温度；k1zhao、k0zhao为环境温度下加热罩应到达温度的一次项拟合系数；Zhao_erro为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
根据计算的差值和热平衡电流，进行PID计算，顶部PID控制驱动电流公式如下:
XIPI＝KXP_Temp×Xess+KXP_Zhao×Zhao_ess+XI_erro+KXI_Temp×Sum_Xess；
XID＝KXD_Temp×(Temp_X-Temp_X1S)+KXD_Zhao×(Zhao_Temp-Zhao_Temp1S)+KXD_Env×(Env_Temp-Env_Temp1S)；
XIPID＝XIPI+XID；
式中KXP_Temp 为设定温度与顶部被控对象温度差值的比例系数；
Xess 为设定温度与顶部被控对象温度差值；
KXI_Temp 为设定温度与顶部被控对象温度差值的积分系数；
Sum_Xess 为设定温度与顶部被控对象温度差值的积分值；
KXD_Temp 为顶部被控对象温度的微分系数；
Temp_X 为顶部加热片对应被控对象的温度值；
Temp_X1S 为1s前顶部被控对象温度；
KXP_Zhao 为顶部加热罩温度差值的比例系数；
Zhao_ess 为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
KXD_Zhao 为顶部加热罩温度的微分系数；
Zhao_Temp 为采集的加热罩温度；
Zhao_Temp1S 为1s前加热罩温度；
XI_erro 为环境温度下顶部保温结构热平衡电流值；
KXD_Env 为顶部环境温度的微分系数；
Env_Temp 为采集的环境温度；
Env_Temp1S 为1s前环境温度；
XIPI 为顶部加热片的稳态控制电流；
XID 为顶部加热片的动态控制电流；
XIPID 为顶部加热片的PID控制驱动电流；
侧边PID控制驱动电流公式如下:
YIPI＝KYP_Temp×Yess+KYP_Zhao×Zhao_ess+YI_erro+KYI_Temp×Sum_Yess；
YID＝KYD_Temp×(Temp_Y-Temp_Y1S)+KYD_Zhao×(Zhao_Temp-Zhao_Temp1S)+KYD_Env×(Env_Temp-Env_Temp1S)；
YIPID＝YIPI+YID；
式中KYP_Temp 为设定温度与侧边被控对象温度差值的比例系数；
Yess 为设定温度与侧边被控对象温度差值；
KYI_Temp 为设定温度与侧边被控对象温度差值的积分系数；
Sum_Yess 为设定温度与侧边被控对象温度差值的积分值；
KYD_Temp 为侧边被控对象温度的微分系数；
Temp_Y 为侧边加热片对应被控对象的温度值；
Temp_Y1S 为1s侧边部被控对象温度；
KYP_Zhao 为侧边加热罩温度差值的比例系数；
Zhao_ess 为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
KYD_Zhao 为侧边加热罩温度的微分系数；
Zhao_Temp 为采集的加热罩温度；
Zhao_Temp1S 为1s前加热罩温度；
YI_erro 为环境温度下侧边保温结构热平衡电流值；
KYD_Env 为侧边环境温度的微分系数；
Env_Temp 为采集的环境温度；
Env_Temp1S 为1s前环境温度；
YIPI 为侧边加热片的稳态控制电流；
YID 为侧边加热片的动态控制电流；
YIPID 为侧边加热片的PID控制驱动电流。
在上述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，采用PID算法的控制方式计算驱动电流量转换为PWM值的方法为：
式中，X_PWM为顶部加热片PWM控制信号输出寄存器值；
Y_PWM为侧边加热片PWM控制信号输出寄存器值；
FullPWM为PWM寄存器位数满值，例如14位PWM寄存器FullPWM＝16383；
XIPID为顶部加热片的PID控制驱动电流；
RLX为顶部加热片阻值；
YIPID为侧边加热片的PID控制驱动电流；
RLY为侧边加热片阻值；
VDC为温控系统供电电压；
VEC为功率驱动电路功率管压降。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中温度控制系统的被控对象是微机械加速度计传感器或微机械陀螺传感器，控制更直接；微机械加速度计传感器和微机械陀螺传感器温度信号经信号处理模块通过数据总线发送给温控模块，作为被控温度，不使用额外的温度传感器。经控制算法解算控制加热片加热，使微机械惯性测量传感器工作在恒定的温度环境下，从而克服环境温度变化对惯性测量器件输出精度的影响，同时可通过信号采集处理通讯电路对惯性器件进行温度补偿，进一步提高微机械惯性测量组合的应用精度。本发明利用微机械惯性测量电路采集的温度信号，经422通讯总线发送给温控电路板，避免温控电路对惯性信号测量电路的干扰，温度信号既可为惯性信号进行温度补偿，又可作为温度被控对象，提高微机械惯性测量组合的精度；
(2)本发明温度控制点比微机械惯性测量组合最高工作环境温度高3℃～10℃，只采用加热片加热(无制冷)的方式可降低组合成本和体积重量；
(3)本发明以顶部和侧边微机械惯性传感器温度为控制量，经两路控制算法计算控制量，经两路功率驱动电路分别控制顶部和侧边加热片，使升温过程更迅速，保温结构内温度更均匀；
(4)本发明采用采集环境温度、加热罩温度和供电电压参与控制算法的解算过程，使控制温度在大范围工作环境温度和供电电压变化的条件下具有良好的控制精度和动态特性。
附图说明
图1为本发明温度控制系统图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明是一种适用于低成本微惯性测量组合的温度控制系统，在硬件上温控系统结合惯性信号处理电路充分利用模数转换电路的通道实现温度的高精度转换采集，降低了成本的同时，实现微机械惯性测量组合的温度补偿和温度控制，提高组合的输出精度；通过顶部与侧边加热片控制温度点高于组合最高工作温度3℃～10℃，大大的节省温度控制系统成本和保温结构体积，且保证了升温的快速性和温度的均匀性；以422通讯的方式采集被控对象温度，可灵活选择微惯性传感器的温度控制对象，且温控不对组合精度造成影响；采用数字PWM功率驱动的方式使功率管工作于开关状态，降低了功率管的发热量，提高了驱动效率。在软件控制上，被控对象温度较低时全功率驱动发热和均衡升温相结合，兼顾温度控制的快速性和温度的均匀性；多传感器结合的PID控制算法，使温度控制系统在大范围的环境温度和宽供电电压范围内具有良好的控制精度和极小的超调量。本发明的温度控制系统可使微惯性测量传感器恒定环境下控制精度0.1℃，高低温环境下控制精度0.5℃，极大的提高了微机械惯性测量组合的精度，具有低成本，控制精度高，环境适应性强的特点。
如图1所示为温度控制系统图，由图可知，一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；其中，温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩和底座；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；
温控保温模块：在加热罩的加热作用下，生成加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；生成加热罩温度信号，并将加热罩温度信号传输至温控模块；
信号采集处理通讯模块：接收温控保温模块传来的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，对加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号进行采集，将采集的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至温控模块；将采集的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号输出至外部惯性测量组合模块；
温控模块：接收信号采集处理通讯模块传来的采集到的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号；
采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号；
接收温控保温模块传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，再将将加热罩温度电信号转换成加热罩温度数字信号；
接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，再将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号；
将加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，对X-PWM信号进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，对Y-PWM信号进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热；
同时，将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备。
所述的温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩、底座、微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路固定安装在加热罩和底座组成的空腔内。
微机械加速度计传感器：在加热罩的加热作用下，输出加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械加速度计传感器输出的加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号，对加速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度数字信号；对加速度计温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度计温度数字信号；并将加速度计数字信号、加速度计温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；
微机械陀螺传感器：输出角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械陀螺传感器输出的角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号，对角速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成角速度数字信号；对陀螺温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成陀螺温度数字信号；并将角速度数字信号、陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；
加热罩：将加热罩温度信号传输至温控模块。
所述温控模块包括通讯模块、信号处理模块、数据采集模块、解算补偿模块、控制模块、X功率驱动模块和Y功率驱动模块；
通讯模块：接收信号采集处理通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至数据采集模块；
信号处理模块：接收加热罩传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，并将加热罩温度电信号传输至数据采集模块；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，并将衰减后的供电电压信号传输至数据采集模块；
数据采集模块：接收通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将接收的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号输出至解算补偿模块；接收信号处理模块传来的衰减后的供电电压信号，将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号，并将衰减后的供电电压数字信号传输至解算补偿模块；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号，并将环境温度数字信号传输至解算补偿模块；
解算补偿模块：接收数据采集模块传来的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号；将接收的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号，并将补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号传输至控制模块；
控制模块：接收解算补偿模块传来的补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号Env_Temp、加热罩温度物理量信号Zhao_Temp和供电电压物理量信号VDC；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，并生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，将驱动顶部加热片的X-PWM信号输出至X功率驱动模块，计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，将驱动侧边加热片的Y-PWM信号输出至Y功率驱动模块；同时，控制模块将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备；
X功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动顶部加热片的X-PWM信号，进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；
Y功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动侧边加热片的Y-PWM信号，进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热。
所述微机械陀螺传感器为三向测量传感器，微机械加速度计传感器为三向测量传感器，测量方向均为x、y、z；所述信号采集处理通讯模块与温控模块的通讯方式为RS422总线或其他非共地的串口通讯总线方式；所述温控模块控制温度比微机械加速度计传感器和微机械陀螺传感器最高环境温度高3-10℃。
根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量的方法为：当ess>20℃时，采用全功率加热，同时根据顶部加热片的被控对象温度和侧边加热片的被控对象温度差，以一定的比例减小温度较高一路的温度较高一路的X-PWM或Y-PWM的值，使顶部与侧边温度均匀平衡地上升；当ess≤20℃且ess≥-2℃时，采用PID算法分别计算顶部与侧边加热片的电流控制量，与供电电压结合计算X-PWM和Y-PWM输出量；当-2℃≤ess≤0℃时，仍然采用PID算法控制减小温度超调后的稳态误差；当ess≤-2℃时，加热片功率输出为0。
其中，采用全功率加热控制方式计算驱动电流量的方法为：
XIFULL＝(VDC-VEC)/RLX-KXFULL_P(Temp_X-Temp_Y)
YIFULL＝(VDC-VEC)/RLY-KYFULL_P(Temp_Y-Temp_X)
VDC为温控系统供电电压物理量信号；
VEC为功率管压降；
XIFULL为顶部加热片全功率驱动电流；
RLX为顶部加热片阻值；
Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；
KXFULL_P为顶部均衡升温控制比例系数；
YIFULL为侧边加热片全功率驱动电流；
RLY为侧边加热片阻值；
Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；
KYFULL_P为侧边均衡升温控制比例系数。
采用PID算法的控制方式计算驱动电流量的方法为：
首先结合环境温度计算当前环境下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值和保温结构热平衡电流，公式如下：
Xess＝Temp_set-Temp_X；
XI_erro＝k2XI×Env_Temp2+k1XI×Env_Temp+k0XI；
Yess＝Temp_set-Temp_Y；
YI_erro＝k2YI×Env_Temp2+k1YI×Env_Temp+k0YI；
Zhao_erro＝(k1zhao×Env_Temp-k0zhao)-Zhao_Temp；
式中，Temp_set为温度控制设定温度，比组合最高工作环境温度高3～10℃；Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；Xess为设定温度与顶部被控对象温度差值；k2XI、k1XI、k0XI为环境温度与顶部保温结构热平衡电流的二次项拟合系数；XI_erro为环境温度下顶部保温结构热平衡电流值；Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；Yess为设定温度与被侧边控对象温度差值；k2YI、k1YI、k0YI为环境温度与侧边保温结构热平衡电流的二次项拟合系数；YI_erro为环境温度下侧边保温结构热平衡电流值；Zhao_Temp为采集的加热罩温度；Env_Temp为采集的环境温度；k1zhao、k0zhao为环境温度下加热罩应到达温度的一次项拟合系数；Zhao_erro为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
根据计算的差值和热平衡电流，进行PID计算，算法分为稳态控制和动态控制，顶部PID控制驱动电流公式如下:
XIPI＝KXP_Temp×Xess+KXP_Zhao×Zhao_ess+XI_erro+KXI_Temp×Sum_Xess；
XID＝KXD_Temp×(Temp_X-Temp_X1S)+KXD_Zhao×(Zhao_Temp-Zhao_Temp1S)+KXD_Env×(Env_Temp-Env_Temp1S)；
XIPID＝XIPI+XID；
式中KXP_Temp 为设定温度与顶部被控对象温度差值的比例系数；
Xess 为设定温度与顶部被控对象温度差值；
KXI_Temp 为设定温度与顶部被控对象温度差值的积分系数；
Sum_Xess 为设定温度与顶部被控对象温度差值的积分值；
KXD_Temp 为顶部被控对象温度的微分系数；
Temp_X 为顶部加热片对应被控对象的温度值；
Temp_X1S 为1s前顶部被控对象温度；
KXP_Zhao 为顶部加热罩温度差值的比例系数；
Zhao_ess 为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
KXD_Zhao 为顶部加热罩温度的微分系数；
Zhao_Temp 为采集的加热罩温度；
Zhao_Temp1S 为1s前加热罩温度；
XI_erro 为环境温度下顶部保温结构热平衡电流值；
KXD_Env 为顶部环境温度的微分系数；
Env_Temp 为采集的环境温度；
Env_Temp1S 为1s前环境温度；
XIPI 为顶部加热片的稳态控制电流；
XID 为顶部加热片的动态控制电流；
XIPID 为顶部加热片的PID控制驱动电流。
侧边PID控制驱动电流公式如下:
YIPI＝KYP_Temp×Yess+KYP_Zhao×Zhao_ess+YI_erro+KYI_Temp×Sum_Yess；
YID＝KYD_Temp×(Temp_Y-Temp_Y1S)+KYD_Zhao×(Zhao_Temp-Zhao_Temp1S)+KYD_Env×(Env_Temp-Env_Temp1S)；
YIPID＝YIPI+YID；
式中KYP_Temp 为设定温度与侧边被控对象温度差值的比例系数；
Yess 为设定温度与侧边被控对象温度差值；
KYI_Temp 为设定温度与侧边被控对象温度差值的积分系数；
Sum_Yess 为设定温度与侧边被控对象温度差值的积分值；
KYD_Temp 为侧边被控对象温度的微分系数；
Temp_Y 为侧边加热片对应被控对象的温度值；
Temp_Y1S 为1s侧边部被控对象温度；
KYP_Zhao 为侧边加热罩温度差值的比例系数；
Zhao_ess 为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
KYD_Zhao 为侧边加热罩温度的微分系数；
Zhao_Temp 为采集的加热罩温度；
Zhao_Temp1S 为1s前加热罩温度；
YI_erro 为环境温度下侧边保温结构热平衡电流值；
KYD_Env 为侧边环境温度的微分系数；
Env_Temp 为采集的环境温度；
Env_Temp1S 为1s前环境温度；
YIPI 为侧边加热片的稳态控制电流；
YID 为侧边加热片的动态控制电流；
YIPID 为侧边加热片的PID控制驱动电流。
采用PID算法的控制方式计算驱动电流量转换为PWM值的方法为：
式中，X_PWM为顶部加热片PWM控制信号输出寄存器值；
Y_PWM为侧边加热片PWM控制信号输出寄存器值；
FullPWM为PWM寄存器位数满值，例如14位PWM寄存器FullPWM＝16383；
XIPID为顶部加热片的PID控制驱动电流；
RLX为顶部加热片阻值；
YIPID为侧边加热片的PID控制驱动电流；
RLY为侧边加热片阻值；
VDC为温控系统供电电压；
VEC为功率驱动电路功率管压降。
与现有技术相比，根据本发明用于低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统，在本发明中特点在于：
1、利用微机械惯性测量电路采集的温度信号，经422通讯总线发送给温控电路板，避免温控电路对惯性信号测量电路的干扰，温度信号既可为惯性信号进行温度补偿，又可作为温度被控对象，提高微机械惯性测量组合的精度；
2、温度控制点比微机械惯性测量组合最高工作环境温度高3℃～10℃，只采用加热片加热(无制冷)的方式可降低组合成本和体积重量；
3、以顶部和侧边微机械惯性传感器温度为控制量，经两路控制算法计算控制量，经两路功率驱动电路分别控制顶部和侧边加热片，使升温过程更迅速，保温结构内温度更均匀；
4、采集环境温度、加热罩温度和供电电压参与控制算法的解算过程，使控制温度在大范围工作环境温度和供电电压变化的条件下具有良好的控制精度和趋于临界阻尼的超调量。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：包括温控保温模块、信号采集处理通讯模块和温控模块；其中，温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩和底座；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；
温控保温模块：在加热罩的加热作用下，生成加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；生成加热罩温度信号，并将加热罩温度信号传输至温控模块；
信号采集处理通讯模块：接收温控保温模块传来的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号，对加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号进行采集，将采集的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至温控模块；将采集的加速度数字信号、加速度计温度数字信号、角速度数字信号和陀螺温度数字信号输出至外部惯性测量组合模块；
温控模块：接收信号采集处理通讯模块传来的采集到的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号；
采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号；
接收温控保温模块传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，再将将加热罩温度电信号转换成加热罩温度数字信号；
接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，再将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号；
将加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，对X-PWM信号进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，对Y-PWM信号进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热；
同时，将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备。
2.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述的温控保温模块包括顶部加热片、侧边加热片、加热罩、底座、微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路；加热罩固定安装在底座的上表面，加热罩的顶部外部安装有顶部加热片，加热罩的外侧壁固定安装有侧边加热片；微机械加速度计传感器、微机械陀螺传感器和模数转换电路固定安装在加热罩和底座组成的空腔内。
3.根据权利要求2所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：在加热罩的加热作用下，
微机械加速度计传感器：输出加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械加速度计传感器输出的加速度模拟信号和加速度计温度模拟信号，对加速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度数字信号；对加速度计温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成加速度计温度数字信号；并将加速度计数字信号、加速度计温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；
微机械陀螺传感器：输出角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号至模数转换电路；模数转换电路接收微机械陀螺传感器输出的角速度模拟信号和陀螺温度模拟信号，对角速度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成角速度数字信号；对陀螺温度模拟信号依此进行滤波、模数转换处理，生成陀螺温度数字信号；并将角速度数字信号、陀螺温度数字信号传输至信号采集处理通讯模块；
加热罩：将加热罩温度信号传输至温控模块。
4.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述温控模块包括通讯模块、信号处理模块、数据采集模块、解算补偿模块、控制模块、X功率驱动模块和Y功率驱动模块；
通讯模块：接收信号采集处理通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号传输至数据采集模块；
信号处理模块：接收加热罩传来的加热罩温度信号，将加热罩温度信号转换为加热罩温度电信号，并将加热罩温度电信号传输至数据采集模块；接收外部供电电压信号，将外部供电电压信号衰减至0-5v，并将衰减后的供电电压信号传输至数据采集模块；
数据采集模块：接收通讯模块传来的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号，并将接收的加速度计温度数字信号和陀螺温度数字信号输出至解算补偿模块；接收信号处理模块传来的衰减后的供电电压信号，将衰减后的供电电压信号转换成衰减后的供电电压数字信号，并将衰减后的供电电压数字信号传输至解算补偿模块；采集温控保温模块周围的外部环境温度信号，将环境温度信号转换成环境温度数字信号，并将环境温度数字信号传输至解算补偿模块；
解算补偿模块：接收数据采集模块传来的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号；将接收的加速度计温度数字信号、陀螺温度数字信号、环境温度数字信号、加热罩温度数字信号和衰减后的供电电压数字信号分别解算为实际物理量值，然后将解算出的加速度计温度物理量数字信号、陀螺温度物理量数字信号、环境温度物理量数字信号、加热罩温度物理量数字信号和供电电压物理量数字信号进行补偿校准，生成补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号，并将补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号和供电电压物理量信号传输至控制模块；
控制模块：接收解算补偿模块传来的补偿后的加速度计温度物理量信号、陀螺温度物理量信号、环境温度物理量信号Env_Temp、加热罩温度物理量信号Zhao_Temp和供电电压物理量信号VDC；自主选择补偿后的加速度计温度物理量信号或补偿后的陀螺温度物理量信号作为被控对象；计算系统设定温度与被控对象温度的差值ess，根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量；根据接收的环境温度物理量信号和加热罩温度物理量信号，对计算得到的驱动电流量进行控制补偿，得控制补偿后的驱动电流量IPID；根据接收的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量IPID，计算输出驱动顶部加热片的X-PWM值PWM1reg，并生成驱动顶部加热片的X-PWM信号，将驱动顶部加热片的X-PWM信号输出至X功率驱动模块，计算输出驱动侧边加热片的Y-PWM值PWM2reg，并生成驱动侧边加热片的Y-PWM信号，将驱动侧边加热片的Y-PWM信号输出至Y功率驱动模块；同时，控制模块将选择的被控对象温度、环境温度物理量信号、加热罩温度物理量信号、衰减后的供电电压物理量信号和控制补偿后的驱动电流量通过串口输出至外部串口数据采集设备；
X功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动顶部加热片的X-PWM信号，进行功率放大后驱动顶部加热片对加热罩进行加热；
Y功率驱动模块：接收控制模块传来的驱动侧边加热片的Y-PWM信号，进行功率放大后驱动侧边加热片对加热罩进行加热。
5.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述微机械陀螺传感器为三向测量传感器，微机械加速度计传感器为三向测量传感器，测量方向均为x、y、z。
6.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述信号采集处理通讯模块与温控模块的通讯方式为RS422总线或其他非共地的串口通讯总线方式。
7.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：所述温控模块控制温度比微机械加速度计传感器和微机械陀螺传感器最高环境温度高3-10℃。
8.根据权利要求1所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：根据计算得到的温度差值ess分阶段采用全功率加热或PID算法的控制方式计算驱动电流量的方法为：当ess>20℃时，采用全功率加热，同时根据顶部加热片的被控对象温度和侧边加热片的被控对象温度差，以一定的比例减小温度较高一路的温度较高一路的X-PWM或Y-PWM的值，使顶部与侧边温度均匀平衡地上升；当ess≤20℃且ess≥-2℃时，采用PID算法分别计算顶部与侧边加热片的电流控制量，与供电电压结合计算X-PWM和Y-PWM输出量；当-2℃≤ess≤0℃时，仍然采用PID算法控制减小温度超调后的稳态误差；当ess≤-2℃时，加热片功率输出为0。
9.根据权利要求8所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：采用全功率加热控制方式计算驱动电流量的方法为：
XIFULL＝(VDC-VEC)/RLX-KXFULL_P(Temp_X-Temp_Y)
YIFULL＝(VDC-VEC)/RLY-KYFULL_P(Temp_Y-Temp_X)
其中，VDC为温控系统供电电压物理量信号；
VEC为功率管压降；
XIFULL为顶部加热片全功率驱动电流；
RLX为顶部加热片阻值；
Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；
KXFULL_P为顶部均衡升温控制比例系数；
YIFULL为侧边加热片全功率驱动电流；
RLY为侧边加热片阻值；
Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；
KYFULL_P为侧边均衡升温控制比例系数；
采用PID算法的控制方式计算驱动电流量的方法为：
首先结合环境温度计算当前环境下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值和保温结构热平衡电流，公式如下：
Xess＝Temp_set-Temp_X；
XI_erro＝k2XI×Env_Temp2+k1XI×Env_Temp+k0XI；
Yess＝Temp_set-Temp_Y；
YI_erro＝k2YI×Env_Temp2+k1YI×Env_Temp+k0YI；
Zhao_erro＝(k1zhao×Env_Temp-k0zhao)-Zhao_Temp；
式中，Temp_set为温度控制设定温度，比组合最高工作环境温度高3～10℃；Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；Xess为设定温度与顶部被控对象温度差值；k2XI、k1XI、k0XI为环境温度与顶部保温结构热平衡电流的二次项拟合系数；XI_erro为环境温度下顶部保温结构热平衡电流值；Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；Yess为设定温度与被侧边控对象温度差值；k2YI、k1YI、k0YI为环境温度与侧边保温结构热平衡电流的二次项拟合系数；YI_erro为环境温度下侧边保温结构热平衡电流值；Zhao_Temp为采集的加热罩温度；Env_Temp为采集的环境温度；k1zhao、k0zhao为环境温度下加热罩应到达温度的一次项拟合系数；Zhao_erro为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
根据计算的差值和热平衡电流，进行PID计算，顶部PID控制驱动电流公式如下:
XIPI＝KXP_Temp×Xess+KXP_Zhao×Zhao_ess+XI_erro+KXI_Temp×Sum_Xess；
XID＝KXD_Temp×(Temp_X-Temp_X1S)+KXD_Zhao×(Zhao_Temp-Zhao_Temp1S)
+KXD_Env×(Env_Temp-Env_Temp1S)；
XIPID＝XIPI+XID；
式中KXP_Temp为设定温度与顶部被控对象温度差值的比例系数；
Xess为设定温度与顶部被控对象温度差值；
KXI_Temp为设定温度与顶部被控对象温度差值的积分系数；
Sum_Xess为设定温度与顶部被控对象温度差值的积分值；
KXD_Temp为顶部被控对象温度的微分系数；
Temp_X为顶部加热片对应被控对象的温度值；
Temp_X1S为1s前顶部被控对象温度；
KXP_Zhao为顶部加热罩温度差值的比例系数；
Zhao_ess为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
KXD_Zhao为顶部加热罩温度的微分系数；
Zhao_Temp为采集的加热罩温度；
Zhao_Temp1S为1s前加热罩温度；
XI_erro为环境温度下顶部保温结构热平衡电流值；
KXD_Env为顶部环境温度的微分系数；
Env_Temp为采集的环境温度；
Env_Temp1S为1s前环境温度；
XIPI为顶部加热片的稳态控制电流；
XID为顶部加热片的动态控制电流；
XIPID为顶部加热片的PID控制驱动电流；
侧边PID控制驱动电流公式如下:
YIPI＝KYP_Temp×Yess+KYP_Zhao×Zhao_ess+YI_erro+KYI_Temp×Sum_Yess；
YID＝KYD_Temp×(Temp_Y-Temp_Y1S)+KYD_Zhao×(Zhao_Temp-Zhao_Temp1S)
+KYD_Env×(Env_Temp-Env_Temp1S)；
YIPID＝YIPI+YID；
式中KYP_Temp为设定温度与侧边被控对象温度差值的比例系数；
Yess为设定温度与侧边被控对象温度差值；
KYI_Temp为设定温度与侧边被控对象温度差值的积分系数；
Sum_Yess为设定温度与侧边被控对象温度差值的积分值；
KYD_Temp为侧边被控对象温度的微分系数；
Temp_Y为侧边加热片对应被控对象的温度值；
Temp_Y1S为1s侧边部被控对象温度；
KYP_Zhao为侧边加热罩温度差值的比例系数；
Zhao_ess为环境温度下加热罩应到达的温度与采集加热罩温度差值；
KYD_Zhao为侧边加热罩温度的微分系数；
Zhao_Temp为采集的加热罩温度；
Zhao_Temp1S为1s前加热罩温度；
YI_erro为环境温度下侧边保温结构热平衡电流值；
KYD_Env为侧边环境温度的微分系数；
Env_Temp为采集的环境温度；
Env_Temp1S为1s前环境温度；
YIPI为侧边加热片的稳态控制电流；
YID为侧边加热片的动态控制电流；
YIPID为侧边加热片的PID控制驱动电流。
10.根据权利要求8所述的一种适用于微机械惯性测量组合的温度控制系统，其特征在于：采用PID算法的控制方式计算驱动电流量转换为PWM值的方法为：
X _ P W M = Full P W M × XI P I D × RL X V D C - V E C
Y _ P W M = Full P W M × YI P I D × RL Y V D C - V E C
式中，X_PWM为顶部加热片PWM控制信号输出寄存器值；
Y_PWM为侧边加热片PWM控制信号输出寄存器值；
FullPWM为PWM寄存器位数满值，例如14位PWM寄存器FullPWM＝16383；
XIPID为顶部加热片的PID控制驱动电流；
RLX为顶部加热片阻值；
YIPID为侧边加热片的PID控制驱动电流；
RLY为侧边加热片阻值；
VDC为温控系统供电电压；
VEC为功率驱动电路功率管压降。
CN201611059038.1A 2016-11-23 2016-11-23 一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统 Active CN106767799B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611059038.1A CN106767799B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611059038.1A CN106767799B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106767799A true CN106767799A (zh) 2017-05-31
CN106767799B CN106767799B (zh) 2019-11-12

Family

ID=58912653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611059038.1A Active CN106767799B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106767799B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072364A (zh) * 2017-12-29 2018-05-25 中国电子科技集团公司第十三研究所 微惯性测量装置
CN110132265A (zh) * 2019-05-09 2019-08-16 罕王微电子（辽宁）有限公司 一种温度调节惯性传感器
CN110864687A (zh) * 2019-11-21 2020-03-06 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种相变储能惯性系统
WO2024022024A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 亿航智能设备（广州）有限公司 一种三轴机械云台的惯性测量装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101337653A (zh) * 2008-08-29 2009-01-07 清华大学 自动恒温加热装置
WO2013026899A1 (en) * 2011-08-23 2013-02-28 Imec Replica temperature sensing for oven-controlled mems device
CN104950950A (zh) * 2015-06-16 2015-09-30 西安交通大学 实现陀螺仪均匀温度场的多加热点协调温度控制装置
CN105912049A (zh) * 2016-06-23 2016-08-31 北京合众思壮科技股份有限公司 一种温度控制方法、装置及系统
CN105928516A (zh) * 2016-04-12 2016-09-07 北京臻迪机器人有限公司 一种惯性测量单元及其加热装置、惯性测量系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101337653A (zh) * 2008-08-29 2009-01-07 清华大学 自动恒温加热装置
WO2013026899A1 (en) * 2011-08-23 2013-02-28 Imec Replica temperature sensing for oven-controlled mems device
CN104950950A (zh) * 2015-06-16 2015-09-30 西安交通大学 实现陀螺仪均匀温度场的多加热点协调温度控制装置
CN105928516A (zh) * 2016-04-12 2016-09-07 北京臻迪机器人有限公司 一种惯性测量单元及其加热装置、惯性测量系统
CN105912049A (zh) * 2016-06-23 2016-08-31 北京合众思壮科技股份有限公司 一种温度控制方法、装置及系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAO JINYI，ET.AL: "Design and Realization of Temperature control System for FOG POS Based on DSP", 《2011 THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON MEASURING TECHNOLOGY AND MECHATRONICS AUTOMATION》 *
何海洋 等: "基于温控方案的一种MEMS 惯性测量装置设计", 《计测技术》 *
李汉舟 等: "温控和温补相结合的高精度激光惯性导航系统", 《中国惯性技术学报》 *
郭江: "集成电路测试的温度准确及稳定性控制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072364A (zh) * 2017-12-29 2018-05-25 中国电子科技集团公司第十三研究所 微惯性测量装置
CN110132265A (zh) * 2019-05-09 2019-08-16 罕王微电子（辽宁）有限公司 一种温度调节惯性传感器
CN110864687A (zh) * 2019-11-21 2020-03-06 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种相变储能惯性系统
WO2024022024A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 亿航智能设备（广州）有限公司 一种三轴机械云台的惯性测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106767799B (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106767799A (zh) 一种低成本微机械惯性测量组合的温度控制系统
CN103940427B (zh) 一种mems惯性测量单元冷启动时温度误差补偿方法
CN106595650B (zh) 一种小型化低成本温控型惯性测量系统
CN201063193Y (zh) 风洞试验无线测压装置
CN103884391B (zh) 一种双反馈气体流量传感器
CN103968976A (zh) 一种车轮运动状态矢量检测系统和方法
CN205958053U (zh) 智能电子计数型膜式燃气表
CN102022974A (zh) 一种磁感应效应角度传感器的标定方法
CN105528000A (zh) 一种用于飞行器的智能温控表
CN204128560U (zh) 一种四旋翼飞行器惯性测量系统
CN111536998B (zh) 一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置
CN201327390Y (zh) 一种基于can总线的微机械惯性测量仪
CN103207626A (zh) 一种用于空间微重力燃烧实验的气体流量控制系统及方法
CN201637445U (zh) 基于热线阵列和智能二维重建算法的流速场测量系统
CN107764350A (zh) 质量流量测量方法和质量流量计
Zacharia et al. Implementation of steering wheel angle sensor system with Controlled Area Network
CN207148576U (zh) 一种新型电动车供电装置及包括该供电装置的箱体和电动车
CN102982721A (zh) 烤箱温度反馈自动控制实验教学装置
CN202885809U (zh) 一种全温补偿精密倾角传感器
CN203672371U (zh) 一种基于石英挠性加速度计的倾角测量仪
CN106840096A (zh) 一种优化温度补偿时间的测斜仪及方法
CN102620773A (zh) 宽量程旋进旋涡气体流量计
CN202512784U (zh) 改进型线膨胀测量仪
CN107065689B (zh) 一种新型电动车供电装置
CN201673011U (zh) 数字补偿压力变送器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220120

Address after: Room 411, 4th floor, building 3, yard 7, Shixing street, Shijingshan District, Beijing 100043

Patentee after: Beijing Pulimen electromechanical High Technology Co.,Ltd.

Address before: 142 box 403, box 100854, Beijing, Beijing, Haidian District

Patentee before: BEIJIGN INSTITUTE OF AEROSPACE CONTROL DEVICES

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Room 411, 4th floor, building 3, yard 7, Shixing street, Shijingshan District, Beijing 100043

Patentee after: Beijing Aerospace Wanrun High Tech Co.,Ltd.

Address before: Room 411, 4th floor, building 3, yard 7, Shixing street, Shijingshan District, Beijing 100043

Patentee before: Beijing Pulimen electromechanical High Technology Co.,Ltd.