MEMS力平衡加速度传感器以测量误差最小为目标的控制算法

作者：刘志强; 夏磊; 张猛; 黄志龙; 宦荣华^*

来源：动力学与控制学报, 2022, 20(06): 94-100.

• MEMS
• 最优控制
• 振动
• 力平衡传感器

力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的，力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标，限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平衡传感器为对象，提出了一种以测量误差最小为目标的力平衡加速度计最优控制算法.引入测量误差新变量，将难以处理的力平衡控制转化为以响应最小为目标的经典控制问题，在此基础上获得了最优控制力的解析表达式，实现了对未知加速度信号的实时高精度检测.分别针对三种不同类型的输入加速度信号(阶跃、周期和随机)进行检测仿真，发现提出的算法能够准确地检测各类输入加速度信号，测量信号频带达kHz量级，同时在该控制算法下敏感元件的振动响应也得到有效控制，保证了加速度传感器的大动态范围.研究成果可为高精度和宽频带力平衡加速度传感器的研究提供基础.

• 单位
  浙江大学; 航天学院