CN117073653B - 一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及惯性仪表控制技术领域，提供一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法及系统。该方法包括：获取谐振子两电极的振动电压；根据振动电压分别提取正余弦分量；根据动力学方程对正余弦分量状态解算，获得误差信号；对误差信号进行控制解算，获得回路控制量；根据稳频控制量和切换时序计算获得电极驱动信号的相位信号，进一步计算能量系数；将回路控制量与驻波方位角和切换时序进行合成调制，获得驱动模拟量；根据能量系数对驱动模拟量进行信号缩放，获得驱动信号；将驱动信号施加于两电极完成闭环控制。本发明可以实现驱动效率的实时修正，降低分时驱动额外干扰，提升回路稳定性，降低输出噪声，同时具有良好的适用性和可移植性。

Description

一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法及系统
技术领域
本发明涉及惯性仪表控制技术领域，尤其涉及一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法及系统。
背景技术
谐振陀螺仪作为一种基于哥氏效应的固体波动陀螺仪，包括石英半球谐振陀螺、金属筒型谐振陀螺、嵌套环陀螺和微半球陀螺等。其性能水平，尤其对于全角模式应用，受驱动检测增益相位一致性、串扰耦合等因素影响。在此基础上，温度等环境变化下，误差随之改变，进一步降低了陀螺的环境适应性。
当前对于谐振陀螺的控制方法，由于谐振陀螺工作于谐振频率，需要采用交流驱动，驱动分时切换事实上在信号驱动上产生了额外扰动，因此在施力效率上引入了额外的不稳定性，从而影响了陀螺精度性能。
分时驱动引入的效率问题，实质上是由于每个驱动周期驱动交流信号频率和起止相位不同，使得其供应的能量总和不同，由于谐振频率随温度变化等因素，切换频率与驱动频率难以维持固定倍数关系，因此无法达到理想的修正效果，若采用切换频率随动方式，保持驱动检测每周期均处于固定的相位区间，虽然可以保证驱动效率稳定，但切换频率直接影响控制频率，会对回路控制、信号微分等带来额外干扰。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法及系统。
本发明提供一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，包括：
S1：获取置于检测状态的谐振子电极的第一振动数字量和第二振动数字量，所述第一振动数字量对应所述谐振子电极的X电极，所述第二振动数字量对应所述谐振子电极的Y电极；
S2：根据所述第一振动数字量提取所述X电极振动信号对应的第一正余弦分量，根据所述第二振动数字量提取所述Y电极振动信号对应的第二正余弦分量；
S3：根据动力学方程对所述第一正余弦分量和所述第二正余弦分量进行状态解算，获得误差信号，所述误差信号包括稳频控制回路的时延相位、稳幅控制回路的振动能量、正交控制回路的简正偏离和驻波控制回路的驻波方位角；
S4：对所述误差信号进行控制解算，获得回路控制量，所述回路控制量包括稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量；
S5：根据所述稳频控制量和所述谐振子的切换时序，计算获得驱动周期内电极驱动信号的相位信号，所述相位信号包括所述X电极的驱动信号的第一起止相位和所述Y电极的驱动信号的第二起止相位，根据所述相位信号计算当次驱动周期内的能量系数，所述能量系数包括所述X电极的第一能量参数和所述Y电极的第二能量参数；
S6：对所述回路控制量结合所述驻波方位角和所述谐振子的切换时序进行合成调制，获得所述X电极的第一驱动模拟量和所述Y电极的第二驱动模拟量；
S7：根据所述能量系数，通过程控放大器对所述第一驱动模拟量和所述第二驱动模拟量分别进行信号缩放，获得修正后的第一驱动信号和第二驱动信号；
S8：将所述第一驱动信号施加于所述X电极，将所述第二驱动信号施加于所述Y电极，以对所述谐振子进行闭环控制。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S1包括：
S11：通过时序控制单元对所述谐振子时序进行切换控制；
S12：将所述谐振子的电极置于检测状态；
S13：通过I/V转换器分别获取所述X电极的第一振动模拟量和所述Y电极的第二振动模拟量，并将所述第一振动模拟量和所述第二振动模拟量传输至模数转换器；
S14：通过所述模数转换器将所述第一振动模拟量转换为第一振动数字量，将所述第二振动模拟量转换为第二振动数字量。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S5中所述相位信号的计算式为：
；
；
其中，为相位信号中的起相位，/>为相位信号中的止相位，/>为驱动周期0时刻的初相，/>为稳频控制量，/>为时序控制单元处于驱动时段的占空比，/>为时序控制单元处于空闲时段的占空比，/>为时序控制单元的切换频率；
；
；
其中，为本周期的累计相位，/>为下一周期的累计相位，/>为取模运算。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S5中所述能量系数的计算式为：
；
其中，为计算得到的能量系数，/>为最小驱动能量比，/>为驱动能量比；
；
；
其中，为驱动持续时间。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S2中解调获得所述第一正余弦分量和所述第二正余弦分量的计算式为：
；
；
；
其中，为包括第一振动数字量和第二振动数字量在内的陀螺检测信号，为谐振子的X轴振动幅度，/>为谐振子的Y轴振动幅度，/>为解调参考信号，/>为待辨识信号，/>为过程零均值噪声，/>为稳频控制量，/>为谐振子X轴振动幅度的直流分量，/>为谐振子Y轴振动幅度的直流分量，/>为第一正余弦分量中的正弦分量，/>为第一正余弦分量中的余弦分量，/>为第二正余弦分量中的正弦分量，/>为第二正余弦分量中的余弦分量。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S3中所述动力学方程的表达式为：
；
；
；
；
其中，为时延相位，/>为简正偏离，/>为振动能量，/>为驻波方位角。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S6包括：
S61：通过时序控制单元对所述谐振子时序进行切换控制；
S62：通过信号调制单元，根据稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量，结合驻波方位角和切换时序进行合成调制，获得所述X电极对应的第一驱动数字量和所述Y电极对应的第二驱动数字量，并将所述第一驱动数字量和所述第二驱动数字量传输至数模转换器；
S63：通过所述数模转换器将所述第一驱动数字量转换为第一驱动模拟量，将所述第二驱动数字量转换为第二驱动模拟量。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S6中对所述回路控制量结合所述驻波方位角和所述谐振子的切换时序进行合成调制的表达式为：
；
；
其中，为第一驱动数字量，/>为第二驱动数字量，/>为稳幅控制量，为驻波控制量，/>为稳频控制量，/>为驻波方位角，/>为时间，/>为正交控制量。
根据本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，步骤S7中根据所述能量系数，通过程控放大器对所述第一驱动模拟量和所述第二驱动模拟量分别进行信号缩放的表达式为：
；
；
其中，为修正获得的第一驱动信号，/>为修正获得的第二驱动信号，为第一能量参数，/>为第二能量参数。
本发明还提供一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正系统，用以执行如以上任一项所述的基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，包括：
时序控制单元，用于对时序进行切换控制，受切换控制的时序包括驱动时段、检测时段和空闲时段；
电极分时切换单元，用于根据所述时序控制单元的切换时序切换谐振子电极的工作电路状态，所述工作电路状态包括驱动状态、检测状态和空闲状态；
I/V转换器，用于将谐振子振动引起的电流信号转换为电压信号，以获取第一振动模拟量和第二振动模拟量；
模数转换器，用于将第一振动模拟量转换为第一振动数字量，将第二振动模拟量转换为第二振动数字量；
信号解调单元，用于根据第一振动数字量提取第一正余弦分量，根据所述第二振动数字量提取第二正余弦分量；
状态解算单元，用于根据动力学方程对第一正余弦分量和第二正余弦分量进行状态解算；
控制计算单元，用于对误差信号进行控制解算；
能量系数计算单元，用于根据稳频控制量和谐振子的切换时序，计算驱动周期内电极驱动信号的相位信号，并根据向微信号计算档次驱动周期内的能量系数；
信号调制单元，用于对回路控制量结合驻波方位角和谐振子的切换时序进行合成调制；
数模转换器，用于将第一驱动数字量转换为第一驱动模拟量，将第二驱动数字量转换为第二驱动模拟量；
程控放大器，用于根据能量系数对第一驱动模拟量和第二驱动模拟量分别进行信号缩放。
本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法及系统，针对谐振陀螺分时驱动效率波动问题，通过获取分时驱动单周期初始相位及驱动频率，根据分时切换时序和持续时间，计算本次驱动的能量系数并以附加增益的方式作用于相应的驱动信号，实现驱动效率的实时修正，降低分时驱动额外干扰，提升回路稳定性，降低输出噪声。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法流程图。
图2是本发明实施例一提供的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正系统结构示意图。
附图标记：
1、谐振子；2、电极；3、时序控制单元；4、电极分时切换单元；5、I/V转换器；6、模数转换器；7、信号解调单元；8、状态解算单元；9、控制计算单元；10、能量系数计算单元；11、信号调制单元；12、数模转换器；13、程控放大器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1至图2描述本发明实施例一。
本发明提供一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，包括：
S1：获取置于检测状态的谐振子X电极的第一振动数字量和谐振子Y电极的第二振动数字量；
其中，步骤S1包括：
S11：通过时序控制单元对所述谐振子时序进行切换控制；
S12：将所述谐振子的电极置于检测状态；
S13：通过I/V转换器分别获取所述X电极的第一振动模拟量和所述Y电极的第二振动模拟量，并将所述第一振动模拟量和所述第二振动模拟量传输至模数转换器；
S14：通过所述模数转换器将所述第一振动模拟量转换为第一振动数字量，将所述第二振动模拟量转换为第二振动数字量。
进一步的，在检测周期内，在时序控制单元对时序进行切换控制的条件下，通过电极分时切换单元将谐振子的电极置于检测状态，通过I/V转换器获取X电极的振动电压模拟信号和Y电极的振动电压模拟信号，并传输至模数转换器，通过模数转换器将模拟电压信号转换为数字量电压信号。
S2：根据所述第一振动数字量提取X电极振动信号对应的第一正余弦分量，根据所述第二振动数字量提取Y电极振动信号对应的第二正余弦分量；
进一步的，通过信号解调单元提取数字量电压信号中的谐振子的X电极振动信号的正弦分量和余弦分量以及数字量电压信号中的谐振子的Y电极振动信号的正弦分量和余弦分量。
其中，步骤S2中解调获得所述第一正余弦分量和所述第二正余弦分量的计算式为：
；
；
；
其中，为包括第一振动数字量和第二振动数字量在内的陀螺检测信号，为谐振子的X轴振动幅度，/>为谐振子的Y轴振动幅度，/>为解调参考信号，/>为待辨识信号，/>为过程零均值噪声，/>为稳频控制量，/>为谐振子X轴振动幅度的直流分量，/>为谐振子Y轴振动幅度的直流分量，/>为第一正余弦分量中的正弦分量，/>为第一正余弦分量中的余弦分量，/>为第二正余弦分量中的正弦分量，/>为第二正余弦分量中的余弦分量。
S3：根据动力学方程对所述第一正余弦分量和所述第二正余弦分量进行状态解算，获得误差信号，所述误差信号包括稳频控制回路的时延相位、稳幅控制回路的振动能量、正交控制回路的简正偏离和驻波控制回路的驻波方位角；
进一步的，通过状态解算单元，根据X电极振动信号的正弦分量和余弦分量以及Y电极振动信号的正弦分量和余弦分量，计算获得稳频控制回路的时延相位、稳幅控制回路的振动能量、正交控制回路的简正偏离以及驻波控制回路的驻波方位角。
其中，步骤S3中所述动力学方程的表达式为：
；
；
；
；
其中，为时延相位，/>为简正偏离，/>为振动能量，/>为驻波方位角。
S4：对所述误差信号进行控制解算，获得回路控制量，所述回路控制量包括稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量；
进一步的，通过控制计算单元，根据稳频控制回路的时延相位、稳幅控制回路的振动能量、正交控制回路的简正偏离以及驻波控制回路的驻波方位角，计算并对应生成稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量。
S5：根据所述稳频控制量和所述谐振子的切换时序，计算获得驱动周期内电极驱动信号的相位信号，根据所述相位信号计算当次驱动周期内的能量系数；
进一步的，所述相位信号包括所述X电极的驱动信号的第一起止相位和所述Y电极的驱动信号的第二起止相位，所述能量系数包括所述X电极的第一能量参数和所述Y电极的第二能量参数。
进一步的，通过能量系数计算单元，根据稳频控制量及切换时序，计算当次驱动周期X、Y两电极驱动信号各自的起止相位，进一步分别计算当次驱动周期X、Y两电极驱动信号的能量系数。
进一步的，步骤S50中能量系数计算单元计算X、Y两电极驱动信号能量系数的过程包括以下步骤：根据控制计算单元提供的稳频控制量，以及时序控制单元提供的切换频率、占空比和切换时序，分别计算X、Y两电极当次驱动信号的起止相位，以及驱动持续时间；根据两电极起止相位和驱动持续时间，分别计算两电极当次驱动的能量与对应连续驱动下的能量比值；根据由最小驱动频率、效率最小起止相位计算得到的预设最小驱动能量比，分别计算两电极当次驱动的能量系数。
进一步的，最小驱动能量比是根据实际工作中可能出现的驱动效率最低情况下预先计算得到的，因此可知能量系数不大于1，即实际工作均是将信号进行缩小，用以保证驱动信号不会超出供电电压范围，引起信号削顶失真。
其中，步骤S5中所述相位信号的计算式为：
；
；
其中，为相位信号中的起相位，/>为相位信号中的止相位，/>为驱动周期0时刻的初相，/>为稳频控制量，/>为时序控制单元处于驱动时段的占空比，/>为时序控制单元处于空闲时段的占空比，/>时序控制单元的切换频率；
；
；
其中，为本周期的累计相位，/>为下一周期的累计相位，/>为取模运算。
其中，步骤S5中所述能量系数的计算式为：
；
其中，为计算得到的能量系数，/>为最小驱动能量比，/>为驱动能量比；
；
；
其中，为驱动持续时间。
S6：对所述回路控制量结合所述驻波方位角和所述谐振子的切换时序进行合成调制，获得所述X电极的第一驱动模拟量和所述Y电极的第二驱动模拟量；
其中，在时序控制单元对时序进行切换控制的条件下，通过信号调制单元根据稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量，并根据驻波方位角和切换时序方波信号进行合成调制，获得X电极调制驱动信号电压数字量、和Y电极调制驱动信号电压数字量，通过数模转换器转换为模拟量。
其中，步骤S6包括：
S61：通过时序控制单元对所述谐振子时序进行切换控制；
S62：通过信号调制单元，根据稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量，结合驻波方位角和切换时序进行合成调制，获得所述X电极对应的第一驱动数字量和所述Y电极对应的第二驱动数字量，并将所述第一驱动数字量和所述第二驱动数字量传输至数模转换器；
S63：通过所述数模转换器将所述第一驱动数字量转换为第一驱动模拟量，将所述第二驱动数字量转换为第二驱动模拟量。
其中，步骤S6中对所述回路控制量结合所述驻波方位角和所述谐振子的切换时序进行合成调制的表达式为：
；
；
其中，为第一驱动数字量，/>为第二驱动数字量，/>为稳幅控制量，为驻波控制量，/>为稳频控制量，/>为驻波方位角，/>为时间，/>为正交控制量。
进一步的，程控放大器由于实际工作中均将驱动信号缩小，因此程控放大器默认增益为最大增益。
S7：根据所述能量系数，通过程控放大器对所述第一驱动模拟量和所述第二驱动模拟量分别进行信号缩放，获得修正后的第一驱动信号和第二驱动信号；
进一步的，通过程控放大器，根据当次驱动周期X、Y两电极驱动信号的能量系数，将数模转换器提供的X、Y两电极驱动信号模拟量进行信号缩放，生成修正后的X、Y两电极驱动信号。
其中，步骤S7中根据所述能量系数，通过程控放大器对所述第一驱动模拟量和所述第二驱动模拟量分别进行信号缩放的表达式为：
；
；
其中，为修正获得的第一驱动信号，/>为修正获得的第二驱动信号，为第一能量参数，/>为第二能量参数。
S8：将所述第一驱动信号施加于所述X电极，将所述第二驱动信号施加于所述Y电极，以对所述谐振子进行闭环控制。
进一步的，通过电极分时切换单元，在时序控制单元对时序进行切换控制的条件下，将修正后的X、Y两电极驱动信号、对应施加于谐振子的电极上，完成本周期修正后的分时驱动，实现谐振陀螺闭环控制。
本发明还提供一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正系统，用以执行如以上任一项所述的基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，包括：
时序控制单元3，用于对时序进行切换控制，受切换控制的时序包括驱动时段、检测时段和空闲时段；
进一步的，时序控制单元用于产生切换时序信号，将谐振陀螺闭环控制的一个工作周期分为四个工作时段，包括X电极驱动时段、Y电极驱动时段、X电极的振动电压信号检测时段和Y电极的振动电压信号检测时段，各工作时段在切换至下一工作时段的过程中停留有空闲时段。
电极分时切换单元4，用于根据所述时序控制单元的切换时序切换谐振子电极的工作电路状态，所述工作电路状态包括驱动状态、检测状态和空闲状态；
I/V转换器5，用于将谐振子振动引起的电流信号转换为电压信号，以获取第一振动模拟量和第二振动模拟量；
模数转换器6，用于将第一振动模拟量转换为第一振动数字量，将第二振动模拟量转换为第二振动数字量；
信号解调单元7，用于根据第一振动数字量提取第一正余弦分量，根据所述第二振动数字量提取第二正余弦分量；
状态解算单元8，用于根据动力学方程对第一正余弦分量和第二正余弦分量进行状态解算；
控制计算单元9，用于对误差信号进行控制解算；
能量系数计算单元10，用于根据稳频控制量和谐振子的切换时序，计算驱动周期内电极驱动信号的相位信号，并根据向微信号计算档次驱动周期内的能量系数；
信号调制单元11，用于对回路控制量结合驻波方位角和谐振子的切换时序进行合成调制；
数模转换器12，用于将第一驱动数字量转换为第一驱动模拟量，将第二驱动数字量转换为第二驱动模拟量；
程控放大器13，用于根据能量系数对第一驱动模拟量和第二驱动模拟量分别进行信号缩放。
其中，本发明提供的基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正系统还包括谐振子1和电极2，如图2所示，电极2为交错分布的X电极和Y电极，谐振子1为陀螺核心敏感单元，谐振子1的形状为半球型或筒型或环型或蝶翼型，根据应用需求和精度等级不同，其材质可为石英、硅基和金属，电极2用于驱动和检测谐振子1振动，电极2为接触式或者非接触式，具体可选用压电陶瓷或电容等。
下面描述本发明实施例二。
谐振子形状为半球形，材质为熔融石英，固有频率约为5.3kHz，电极为由基座镀层与谐振子内表面金属镀层组成的电容。
首先开始分时驱动效率修正，由谐振子固有频率振动，使得电极间距发生正弦运动，使其容值产生同频变化，根据时序控制单元产生的切换时序信号，在电极分时切换单元的操控下，在检测周期，检测谐振子振动信号，谐振子相应电极工作于检测状态，连接至I/V转换器，在检测周期内，电极容值的正弦变化等效为电荷源，产生同频的电流输出，由I/V转换器变为模拟电压信号，当谐振子振动稳定后，各控制回路正常工作，稳幅回路设定值4V，工作频率约5312.486Hz，在检测周期，将陀螺检测信号经过信号解调单元最小二乘辨识，表达式如下：
；
；
；
计算获得X、Y轴的正余弦分量分别为：
；
；
；
；
之后解算各控制回路误差：
；/>
；
；
；
根据控制算法，计算得到各主控制回路控制量为：
稳频控制回路：
，
稳幅控制回路：
，
正交控制回路：
，
驻波回路：
；
时序控制单元设置驱动周期时间长度为40μs，空闲周期时间长度为10μs，检测周期时间长度为150μs，一个工作周期总时间长度200μs，因此，
切换频率：
，
占空比：
；
其中，为时序控制单元处于检测时段的占空比；
根据累积相位得到本次驱动周期0时刻初相为：
；
更新累积相位：
；/>
计算X、Y电极驱动信号起止相位为：
；
；
；
；
其中，为X电极驱动信号起相位，/>为X电极驱动信号止相位，/>为Y电极驱动信号起相位，/>为Y电极驱动信号止相位；
根据先前实验可知，最小驱动频率为：
；
其中，为最小驱动频率；
那么可以得到预设的最小能量比为：
；
那么分别可以得到X电极和Y电极的能量系数为：
；
；
其中，为X电极对应的驱动能量比，/>为Y电极对应的驱动能量比；
根据各回路控制量和驻波方位角，计算X电极和Y电极的驱动信号为：
；/>
；
；
；
根据能量系数，可以得到X电极和Y电极的驱动信号为：
；
；
根据时序切换信号，在驱动周期，将驱动信号电压分别施加于相应的电极处，实现效率修正后的控制回路闭环，使各回路稳定运行。
本发明提供的一种基于能量系数的谐振陀螺效率修正方法及系统，通过实时计算当次驱动周期X、Y两电极的能量系数，缩放两电极上施加的驱动电压信号，修正因分时驱动引入的效率波动，降低额外不稳定性，提升陀螺稳定性指标，无需进行硬件改动，无需改动原有控制程序和控制算法，避免引入额外误差，另外通过在软件上添加能量系数计算单元，对修正方法进行实施，无需在传统分时控制电路上进行硬件改动，具有良好的适用性和可移植性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，包括：
S1：获取置于检测状态的谐振子X电极的第一振动数字量和谐振子Y电极的第二振动数字量；
S2：根据所述第一振动数字量提取X电极振动信号对应的第一正余弦分量，根据所述第二振动数字量提取Y电极振动信号对应的第二正余弦分量；
S3：根据动力学方程对所述第一正余弦分量和所述第二正余弦分量进行状态解算，获得误差信号，所述误差信号包括稳频控制回路的时延相位、稳幅控制回路的振动能量、正交控制回路的简正偏离和驻波控制回路的驻波方位角；
S4：对所述误差信号进行控制解算，获得回路控制量，所述回路控制量包括稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量；
S5：根据所述稳频控制量和所述谐振子的切换时序，计算获得驱动周期内电极驱动信号的相位信号，根据所述相位信号计算当次驱动周期内的能量系数；
步骤S5中所述相位信号的计算式为：
其中，为相位信号中的起相位，/>为相位信号中的止相位，/>为驱动周期0时刻的初相，ω0为稳频控制量，ηC为时序控制单元处于驱动时段的占空比，ηr为时序控制单元处于空闲时段的占空比，ωSW为时序控制单元的切换频率；
其中，为本周期的累计相位，/>为下一周期的累计相位，mod为取模运算；
步骤S5中所述能量系数的计算式为：
其中，k为计算得到的能量系数，Enmin为最小驱动能量比，En为驱动能量比；
tDU＝2πηC/ωSW；
其中，tDU为驱动持续时间；
S6：对所述回路控制量结合所述驻波方位角和所述谐振子的切换时序进行合成调制，获得所述X电极的第一驱动模拟量和所述Y电极的第二驱动模拟量；
S7：根据所述能量系数，通过程控放大器对所述第一驱动模拟量和所述第二驱动模拟量分别进行信号缩放，获得修正后的第一驱动信号和第二驱动信号；
S8：将所述第一驱动信号施加于所述X电极，将所述第二驱动信号施加于所述Y电极，以对所述谐振子进行闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11：通过时序控制单元对所述谐振子时序进行切换控制；
S12：将所述谐振子的电极置于检测状态；
S13：通过I/V转换器分别获取所述X电极的第一振动模拟量和所述Y电极的第二振动模拟量，并将所述第一振动模拟量和所述第二振动模拟量传输至模数转换器；
S14：通过所述模数转换器将所述第一振动模拟量转换为第一振动数字量，将所述第二振动模拟量转换为第二振动数字量。
3.根据权利要求1所述的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，步骤S2中解调提取获得所述第一正余弦分量和所述第二正余弦分量的计算式为：
其中，D(k)为包括第一振动数字量和第二振动数字量在内的陀螺检测信号，DX(k)为谐振子的X轴振动幅度，DY(k)为谐振子的Y轴振动幅度，为解调参考信号，θ*为待辨识信号，e(k)为过程零均值噪声，ω0为稳频控制量，Mx为谐振子X轴振动幅度的直流分量，My为谐振子Y轴振动幅度的直流分量，Sx为第一正余弦分量中的正弦分量，Cx为第一正余弦分量中的余弦分量，Sy为第二正余弦分量中的正弦分量，Cy为第二正余弦分量中的余弦分量。
4.根据权利要求3所述的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，步骤S3中所述动力学方程的表达式为：
Q＝2(CxSy-CySx)；
E＝Cx 2+Sx 2+Cy 2+Sy 2；
其中，为时延相位，Q为简正偏离，E为振动能量，θ为驻波方位角。
5.根据权利要求1所述的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，步骤S6包括：
S61：通过时序控制单元对所述谐振子时序进行切换控制；
S62：通过信号调制单元，根据稳频控制量、稳幅控制量、正交控制量和驻波控制量，结合驻波方位角和切换时序进行合成调制，获得所述X电极对应的第一驱动数字量和所述Y电极对应的第二驱动数字量，并将所述第一驱动数字量和所述第二驱动数字量传输至数模转换器；
S63：通过所述数模转换器将所述第一驱动数字量转换为第一驱动模拟量，将所述第二驱动数字量转换为第二驱动模拟量。
6.根据权利要求5所述的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，步骤S6中对所述回路控制量结合所述驻波方位角和所述谐振子的切换时序进行合成调制的表达式为：
VX(t)＝[Cacos2θ-Cpsin2θ]sinω0t-Cqsin2θcosω0t；
VY(t)＝[Casin2θ+Cpcos2θ]sinω0t+Cqcos2θcosω0t；
其中，VX(t)为第一驱动数字量，VY(t)为第二驱动数字量，Ca为稳幅控制量，Cp为驻波控制量，ω0为稳频控制量，θ为驻波方位角，t为时间，Cq为正交控制量。
7.根据权利要求6所述的一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，步骤S7中根据所述能量系数，通过程控放大器对所述第一驱动模拟量和所述第二驱动模拟量分别进行信号缩放的表达式为：
EX(t)＝kX·VX(t)；
EY(t)＝kY•VY(t)；
其中，EX(t)为修正获得的第一驱动信号，EY(t)为修正获得的第二驱动信号，kX为第一能量参数，kY为第二能量参数。
8.一种基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正系统，用以执行如权利要求1至7任一项所述的基于能量系数的谐振陀螺驱动效率修正方法，其特征在于，包括：
时序控制单元，用于对时序进行切换控制，受切换控制的时序包括驱动时段、检测时段和空闲时段；
电极分时切换单元，用于根据所述时序控制单元的切换时序切换谐振子电极的工作电路状态，所述工作电路状态包括驱动状态、检测状态和空闲状态；
I/V转换器，用于将谐振子振动引起的电流信号转换为电压信号，以获取第一振动模拟量和第二振动模拟量；
模数转换器，用于将第一振动模拟量转换为第一振动数字量，将第二振动模拟量转换为第二振动数字量；
信号解调单元，用于根据第一振动数字量提取第一正余弦分量，根据所述第二振动数字量提取第二正余弦分量；
状态解算单元，用于根据动力学方程对第一正余弦分量和第二正余弦分量进行状态解算；
控制计算单元，用于对误差信号进行控制解算；
能量系数计算单元，用于根据稳频控制量和谐振子的切换时序，计算驱动周期内电极驱动信号的相位信号，并根据向微信号计算档次驱动周期内的能量系数；
信号调制单元，用于对回路控制量结合驻波方位角和谐振子的切换时序进行合成调制；
数模转换器，用于将第一驱动数字量转换为第一驱动模拟量，将第二驱动数字量转换为第二驱动模拟量；
程控放大器，用于根据能量系数对第一驱动模拟量和第二驱动模拟量分别进行信号缩放。
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