曹慧亮，李宏生，申 冲，石云波，刘 俊，王 华

（1. 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051；2. 中北大学 电子测试技术国防科技重点实验室，太原 030051；3. 东南大学 仪器科学与工程学院，南京 210096）

双质量硅微机械陀螺仪带宽拓展系统设计

曹慧亮1,2，李宏生3，申 冲1,2，石云波1,2，刘 俊1,2，王 华1,2

（1. 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051；2. 中北大学 电子测试技术国防科技重点实验室，太原 030051；3. 东南大学 仪器科学与工程学院，南京 210096）

检测开环状态下，微机械陀螺的实际工作带宽约为驱动和检测模态固有频率差值（Δf）的一半，而陀螺结构的机械灵敏度与Δf成反比，较高的机械灵敏度有助于优化陀螺的噪声特性。本文提出了一种较为通用的陀螺带宽拓展方法，在使陀螺拥有较好的机械灵敏度基础上有效提高陀螺带宽以增强其动态环境适应性。首先，建立了陀螺检测系统的模型，并进一步得到了陀螺结构的传递函数和机械带宽。其次，分析了带宽拓展控制器的系统特性，设计了基于比例-积分串联相位超前控制方法的带宽拓展控制器，并对其进行了系统级和电路级仿真，验证了设计参数。最后进行了测试，结果表明采用本文所述方法可将陀螺带宽从原有的13 Hz拓展到了104 Hz，且具有较好的带内平整度，验证了设计方案。

双质量硅微机械陀螺仪；带宽拓展；比例-积分串联相位超前；模型仿真

双质量硅微机械陀螺仪采用 MEMS加工工艺制成，拥有体积小、成本低、重量轻、可靠性高、可批量生产等优点在惯性导航、汽车安全、机器人、消费电子等领域有着广泛的应用[1-2]。……